內(nèi)河與封閉性水域立體監(jiān)管與救助體系研究

非鵬 龔? 周昱城

摘 要：本研究首先分析了內(nèi)河與封閉水運航運現(xiàn)狀和所面對的問題，分析國內(nèi)外航運監(jiān)管新業(yè)態(tài)新技術(shù)，并應用新技術(shù)，構(gòu)建立體監(jiān)管與救助體系。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星AIS 水下機器人;北斗-AIS終端

中圖分類號：U698? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）10-0044-03

中共中央、國務院于2019年9月印發(fā)實施了《交通強國建設(shè)綱要》，《綱要》中指出，“加強區(qū)域綜合交通網(wǎng)絡協(xié)調(diào)運營與服務技術(shù)、城市綜合交通協(xié)同管控技術(shù)、基于船岸協(xié)同的內(nèi)河航運安全管控與應急搜救技術(shù)等研發(fā)”[1]。

與此同時，航運經(jīng)濟進一步快速發(fā)展，全國內(nèi)河航道通航里程12.73萬公里，比上年增加172公里。等級航道里程6.67萬公里，占總里程52.4%，提高0.2個百分點。三級及以上航道里程1.38萬公里，占總里程10.9%，提高0.3個百分點[2]，港口吞吐量和貨運量連續(xù)多年穩(wěn)居世界前列。航運經(jīng)濟的快速發(fā)展對海事監(jiān)管部門，從業(yè)人員都提出了更高的要求。

中華人民共和國海事局履行水上交通安全監(jiān)督管理、船舶及相關(guān)水上設(shè)施檢驗和登記，防止船舶污染和航海保障等行政管理和執(zhí)法職責，并配合海上維權(quán)執(zhí)法行動[3]。海事監(jiān)管的科學性是保證航運經(jīng)濟發(fā)展的重中之重。

1 背景

我國內(nèi)河資源較為豐富，具有航運開發(fā)價值的主要河流眾多，我國內(nèi)河航運資源主要分布在長江、珠江及淮河流域。，長江干線的通航能力由于長江口航道的整治工程和三峽工程成功實施大為提升，航道等級也因此大幅度的升級。2017年，長江干線貨物通過量達25億t，三峽船閘通過量達1.38億t。[4]

我國是一個湖泊眾多的國家，湖泊作為封閉性水域，具有易污染難治理，微小型船舶多監(jiān)管復雜等特點，推進“高原湖泊”旅游和航運融合發(fā)展，將極大地促進地方經(jīng)濟社會發(fā)展。進入新時代，堅決貫徹落實習近平生態(tài)文明思想和習近平總書記考察云南重要講話精神，如何在保護金山銀山的大前提下發(fā)展并監(jiān)管旅游航運，也是新的挑戰(zhàn)和機遇。

總體來說，航運在綜合交通運輸體系所占的比重小，這是因為我國大量水資源屬于流域的上游，都處在高山峽谷之中，航道等級低，船舶噸位小，沿江缺少中心城市和產(chǎn)業(yè)布局，電站建設(shè)未充分考慮通航要求，阻斷了航道的連通性，這些制約因素，致使航運難以充分發(fā)揮運距遠、噸位大、耗能低的運輸優(yōu)勢。

重點通航水域在安全風險防控水平與能力上與保障水運平安運行、保證人民群眾安全便捷出行還有不少差距，需要在技術(shù)研究、裝備開發(fā)、系統(tǒng)集成與能力建設(shè)方面開展大量的工作。

2 監(jiān)管體系建立的必要性

2.1自然條件導致船舶和通信水平發(fā)展參差不齊

大量水域通航環(huán)境復雜，流域通航里程較長，管理范圍廣，流域內(nèi)小型船舶數(shù)量眾多，分布較廣，內(nèi)河運輸裝備水平參差不齊，安全防控難度大，安全應急體系與處置能力明顯不足，航運安全防控與應急處置工作壓力較大。而流域內(nèi)的安全事故時有發(fā)生，極大影響了人民生命財產(chǎn)和流域的航運安全。

惡劣的自然條件，使得公用移動網(wǎng)絡和海事甚高頻（VHF）等通信網(wǎng)絡都無法良好地對全流域進行覆蓋，海事監(jiān)管效率低，無法對航道、通航環(huán)境以及船舶進行合理有效的監(jiān)控。

2.2海事部門配備巡邏艇信息化建設(shè)存在不足

海事巡邏艇信息化建設(shè)缺乏整體思考，各方面信息難以互通集成，信息交流不暢，限制了搜救服務的及時有效性。部分船舶因服役時間較長，缺乏必備的應急通信設(shè)備。海事巡邏艇的對外信息服務能力較弱，未能充分滿足對外服務的需求，只覆蓋了業(yè)務所需的系統(tǒng)。

2.3經(jīng)費不足及高水平人才流失

據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)僅從事瀾滄江航運的注冊船員達到818名，其中，高級船員345名，普通船員473名，而東南亞船員人數(shù)更多。其管理和溝通都需要大量的人力和時間成本，但由于客觀原因，海事執(zhí)法人員收入相較企業(yè)較低，造成了大量的人才流失。而且相較于長江流域，瀾滄江航道整體信息化投資不足，新技術(shù)應用不到位，海事管理人員巧婦難為無米之炊。

3 立體監(jiān)管技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

3.1水面安全監(jiān)管技術(shù)

水面安全監(jiān)管主要內(nèi)容之一是通過實時采集內(nèi)河航道內(nèi)船舶的位置信息、視頻信息、AIS信號等，對船舶進行遠程監(jiān)控，對航道交通流進行管控。近年來，隨著水上交通安全監(jiān)管技術(shù)的快速發(fā)展，我國建設(shè)規(guī)模龐大、技術(shù)先進的船舶交通管理系統(tǒng)（VTS系統(tǒng)）、視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV系統(tǒng)）、船舶自動識別系統(tǒng)（AIS系統(tǒng)）等裝備設(shè)施。

近些年來，衛(wèi)星AIS系統(tǒng)發(fā)展十分迅速，對內(nèi)河交通的監(jiān)管效率也在大幅度提升，歐美國家開發(fā)了AMS、AST Ltd、Free Port-Eye from a sky等系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的共同特點是集成了GPS和衛(wèi)星信號，通過使用這些信號，聯(lián)通內(nèi)河船舶與岸上監(jiān)管部門，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候的監(jiān)管。但是衛(wèi)星通訊的資費較高，只適用于緊急通訊，例如應急搜救等，不適用于全天候的監(jiān)管。

為了打破歐美國家對導航系統(tǒng)的壟斷，我國自主研發(fā)組網(wǎng)了北斗系統(tǒng)，北斗系統(tǒng)同事具備定位和通信功能，可以通過短報文進行必要的信息交流，在搜救領(lǐng)域有著廣泛應用。北斗系統(tǒng)在內(nèi)河航運中的應用，不僅是對系統(tǒng)的一種應用檢驗，也為北斗系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)的推廣奠定了基礎(chǔ)。

3.2空中安全監(jiān)管技術(shù)

近年來，隨著無人機技術(shù)的快速發(fā)展，無人機正在成為空中安全監(jiān)管的主要技術(shù)手段。2015年經(jīng)國家海洋局批準在寧波開展“寧波海洋災害調(diào)查無人機系統(tǒng)”試點項目，并列入了寧波市政府的“三年行動”計劃考核的項目之一。目前，用于海洋災害調(diào)查的無人機設(shè)備采購已經(jīng)基本完成，形成了高低搭配的系列無人機監(jiān)測硬件系統(tǒng)。主要應用于海洋自然災害的監(jiān)測調(diào)查、海洋災害風險源調(diào)查與監(jiān)測、海域海島的定期巡查與管護、海洋環(huán)境動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測等方面。

3.3水下安全監(jiān)管技術(shù)

由于海事部門承擔著水上搜救和船舶防污染的職責，因此水下安全監(jiān)管也是必不可少的。目前，應用在沿海以及內(nèi)河高等級航道的水下安全監(jiān)管設(shè)備主要是自主潛水器（AUV），包括Kongsberg公司的REMUS系列和HUGIN系列，以及bluefin robotics公司的bluefin系列。自主潛水器中裝備有聲學探測和光電成像設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對海底大范圍、高分辨率的搜尋與掃描，確定遇險目標位置，并提供水下遇險目標的高清晰光學圖像，能夠為救助打撈的決策提供技術(shù)支撐。

4 內(nèi)河與封閉性水域立體監(jiān)管體系的建立

針對重點通航水域的監(jiān)管需求，分析高山河流、旅游湖庫區(qū)的水面、空中、水下監(jiān)管與服務手段，建立立體監(jiān)管體系。監(jiān)管體系具有以下系統(tǒng)：

4.1衛(wèi)星AIS系統(tǒng)

AIS系統(tǒng)是工作在VHF頻段上的船舶岸基廣播系統(tǒng)，利用161.075和163.025兩個頻段進行信號的發(fā)射與接收。而衛(wèi)星AIS系統(tǒng)是普通AIS的進階，使用多顆低軌道衛(wèi)星搭載AIS載荷對報文進行解析，并發(fā)送到相應的管理機構(gòu)，使得管理機構(gòu)掌握船舶航行動態(tài)，對內(nèi)河與封閉性水域船舶運行情況進行監(jiān)控。目前AIS載荷并沒有大規(guī)模搭載于衛(wèi)星發(fā)射，AIS衛(wèi)星系統(tǒng)對系統(tǒng)的監(jiān)控并非實時。衛(wèi)星接收并存儲AIS報文信息，并根據(jù)覆蓋范圍把信息發(fā)送給指定基站。

衛(wèi)星AIS具有以下特點：地理覆蓋范圍廣，可包括全球范圍;可顯示并跟蹤的對象多，所有安裝AIS的船舶及航標都可以在系統(tǒng)中表現(xiàn);數(shù)據(jù)內(nèi)容涵蓋量大，不僅顯示船舶基本信息，還顯示了MMSI碼等;更新頻率高;數(shù)據(jù)可靠性強;安全性高等。

4.2水下機器人

水下救援與應急打撈前的偵察保障是避免二次事故的不可或缺的重要措施，傳統(tǒng)手段是進行人工偵察或條件不允許時的簡單探測，這對救助打撈的實施是非常不利的，并且人工偵察的危險系數(shù)很高，極易發(fā)生突發(fā)事件，造成生命財產(chǎn)的損失。

海洋中的事故隨著海上運輸和相應的資源開發(fā)而急劇增加，例如我國“1124”特大海難和埃及的“薩拉姆98號”海難，造成了巨大的經(jīng)濟和社會損失，針對此類事故，救助打撈無疑是國家應急保障體系的重要組成部分，承擔著我國海上人命、財產(chǎn)、環(huán)境救助等多項重要任務。然而水下環(huán)境十分復雜，水下救援與應急打撈存在著巨大的風險，需要具備強大的偵察保障能力以避免救援時二次事故的發(fā)生。針對水下救援與應急打撈的偵察保障需求，利用仿生技術(shù)研制了靈活機動的小型化檢查作業(yè)平臺，其水動力模型與真實的魚類極其相似，降低了偵察裝備引發(fā)二次事故的風險;基于多任務的應急環(huán)境模擬及演練評估技術(shù)開發(fā)了通用的任務平臺，可根據(jù)實際的任務需求模擬作業(yè)環(huán)境進行演練評估，為海上救助打撈提供偵察保障服務。

水中仿生機器人，續(xù)航能力強、低噪音、環(huán)境好，適合在內(nèi)河及封閉水域中運行。目前通過“智能化水上救助處置機器人暨海參捕撈”，“基于水上應急處置機器人的海底打撈及水下抓取作業(yè)”等研究課題的廣泛應用，可根據(jù)實際的任務需求，模擬作業(yè)環(huán)境進行演練評估，應用效果良好。

4.3通信終端

北斗-AIS一體式船載終端主要包括北斗/GNSS模塊、AIS模塊、數(shù)據(jù)通信主控模塊和顯控終端模塊， 使用數(shù)據(jù)通信主控模塊以協(xié)調(diào)北斗模塊與AIS模塊之間的工作，將數(shù)據(jù)量較大AIS數(shù)據(jù)進行篩選及智能壓縮，將其中對時效性要求最高的部分數(shù)據(jù)優(yōu)先通過北斗系統(tǒng)回傳，同時將北斗/GNSS模塊生成的位置信息輸入AIS模塊，以便AIS系統(tǒng)在其傳統(tǒng)頻段內(nèi)播發(fā)常規(guī)AIS數(shù)據(jù)。

在自主模式下，AIS數(shù)據(jù)自動地以不同的更新頻率發(fā)送，其中，動態(tài)信息由航速與航向變化決定，靜態(tài)信息和航行狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)每6分鐘或者按要求發(fā)送，AIS文本信息按要求時間發(fā)送。

AIS短消息分為安全相關(guān)短消息和二進制短消息。AIS安全相關(guān)短消息內(nèi)容應與航行安全相關(guān)，例如看到冰山或浮標不在位。AIS短消息可以對指定目標發(fā)送或?qū)^(qū)域內(nèi)所有安裝AIS的船舶廣播。AIS二進制短消息根據(jù)國際通用或者區(qū)域標準播發(fā)，不能無序播發(fā)。

值班駕駛員應確保顯示和接收安全信息，并按照要求發(fā)送信息。AIS短消息也可廣播海上安全信息。值班駕駛員應當注意特殊的安全相關(guān)消息和特殊用戶身份（如AIS-SART設(shè)備）的短消息。

無論船舶是在航行還是錨泊，AIS設(shè)備應一直保持正常工作。當船長認為AIS的連續(xù)操作可能危害船舶安全時可以關(guān)閉AIS，并在航海日志中記錄。AIS被關(guān)閉后，靜態(tài)數(shù)據(jù)和航次相關(guān)信息可保留存儲。重啟后，本船數(shù)據(jù)將在2分鐘內(nèi)初始化后發(fā)射。在船舶進出港口或者航行于強制報告制的水域，AIS操作應當符合有關(guān)要求。

5 總結(jié)

當前我國航運還處在發(fā)展階段，在發(fā)展過程中，應注意新技術(shù)新手段的應用，打造符合我國國情的內(nèi)河與封閉水域立體監(jiān)管與救助體系。

參考文獻：

[1] 國務院.交通強國建設(shè)綱要[Z]，2019.

[2] 交通運輸部.2019年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報[Z]，2020.

[3] 中央編辦.中央編辦關(guān)于交通運輸部有關(guān)職責和機構(gòu)編制調(diào)整的通知[Z]，2013.

[4] 賈大山，紀永波，焦芳芳.抓住新時期發(fā)展機遇加快內(nèi)河航道基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[J]，中國水運，2019

基金項目：受云南省重點研發(fā)計劃項目《云南省重點通航水域立體監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)研究與應用示范》資助，項目號2018IB021