應(yīng)對(duì)海上風(fēng)電通信安全隱患探討

吳木榮 南海航海保障中心汕頭通信中心

2020年9月22日，國(guó)家主席習(xí)近平在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論會(huì)議上第一次向世界宣示，中國(guó)提振氣候雄心，力爭(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和（“雙碳”目標(biāo)）。應(yīng)對(duì)氣候變化逐漸成為構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的核心內(nèi)容，“雙碳”目標(biāo)成為我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)整體布局的重要實(shí)踐，包括光伏、風(fēng)電在內(nèi)的清潔能源成為實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”的重要路徑，受到全球廣泛關(guān)注。

“十四五”期間，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將從近海向深水遠(yuǎn)岸布局轉(zhuǎn)變。由于海上風(fēng)電開發(fā)不同于陸地風(fēng)電建設(shè)，在遠(yuǎn)離陸地的條件下，需要特別關(guān)注海況、水文、交通、氣候等因素，能否及時(shí)掌握海上氣象、水文等資料以及有效規(guī)避船舶碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，是對(duì)于海上風(fēng)電運(yùn)維提出更高的安全要求，相應(yīng)的海上安全管理措施必須匹配到位。

1.海上風(fēng)電場(chǎng)主要面臨的安全隱患

1.1 風(fēng)機(jī)設(shè)施碰撞事故風(fēng)險(xiǎn)

按目前海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)的區(qū)域來看，尤其是在粵東沿海水域，有部分海上風(fēng)電場(chǎng)恰好在海上運(yùn)輸通航區(qū)或海上漁場(chǎng)區(qū)域，由于此類水域航線密集和通航環(huán)境復(fù)雜，海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)，將大幅度加大了通航的復(fù)雜性和安全的風(fēng)險(xiǎn)性。商漁船和休閑旅游船舶在海上風(fēng)電場(chǎng)周圍水域的航行、誤闖入、或故意闖入，在缺乏引導(dǎo)或干預(yù)的情況下，碰撞到風(fēng)機(jī)設(shè)施的概率較大。容易發(fā)生船撞事故，對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)施及船舶人員造成嚴(yán)重安全隱患。

1.2 輸電管斷纜事故風(fēng)險(xiǎn)

海底線纜因錨泊作業(yè)遭受破壞是其面臨的主要安全威脅之一。海上風(fēng)電場(chǎng)輸電海纜布線路徑途經(jīng)漁船眾多的主要漁區(qū)，同時(shí)又處于監(jiān)管盲區(qū)，缺乏提醒漁船安全作業(yè)、謹(jǐn)慎作業(yè)和繞道行駛的警戒措施，存在拋錨、拖網(wǎng)作業(yè)等安全隱患，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、設(shè)施安全、船舶安全和人員的人身安全造成較大威脅。

1.3 海上通信信號(hào)減弱

根據(jù)已建多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際測(cè)試可知，海上風(fēng)電場(chǎng)會(huì)對(duì)周邊區(qū)域無線電背景噪聲造成惡化（約10dB），還會(huì)對(duì)海事監(jiān)管系統(tǒng)（VTS系統(tǒng)、VHF系統(tǒng)、AIS系統(tǒng)等）產(chǎn)生反射和遮擋，對(duì)海上安全通信造成的衰減，削弱海事通信監(jiān)管系統(tǒng)的效能，進(jìn)一步增大風(fēng)機(jī)設(shè)施碰撞和輸電管斷纜事故風(fēng)險(xiǎn)。

2.海上通信存在的主要問題

隨著第五代移動(dòng)通信的普及，其大容量、高速率的特點(diǎn)使人們的生活更加便利。尤其是在陸地上的應(yīng)用，極大的提高了工作效率和生活水平，加速了各行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而，海洋占地球面積71.8%，海上通信卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于陸地，在我國(guó)這兩者的差距則更為顯著。導(dǎo)致這樣的現(xiàn)狀，既有海洋特殊地理環(huán)境的因素，也存在技術(shù)掣肘等原因。

2.1 海洋地理環(huán)境的限制導(dǎo)致陸上通信方式無法簡(jiǎn)單遷移

目前，在海上通信的方式無外乎三種∶手機(jī)、無線電臺(tái)和衛(wèi)星通信。手機(jī)移動(dòng)通信是在陸地上最常用、最普遍的通信方式。手機(jī)一般使用移動(dòng)蜂窩網(wǎng)信號(hào)。移動(dòng)蜂窩網(wǎng)基站的覆蓋半徑因基站發(fā)射功率的大小而不同，在城市里一般覆蓋半徑在2-3公里，在偏遠(yuǎn)地區(qū)的大型基站覆蓋面積可達(dá)到十幾公里。通常情況下，離海岸近的錨地可接收到手機(jī)信號(hào)，但遠(yuǎn)離海岸的海域就較為困難。因?yàn)殛懮系耐ㄐ呕窘ㄔO(shè)密度大，氣候環(huán)境也比較穩(wěn)定，能夠以較低的成本進(jìn)行高密度的基站建設(shè)，但海上與陸地大為不同，環(huán)境情況復(fù)雜得多。一是氣候具有高溫、高濕、大風(fēng)、大浪等特點(diǎn)，這將導(dǎo)致基站的建設(shè)和設(shè)備運(yùn)維成本高昂、建設(shè)難度大，無法密集地建設(shè)基站；二是海上供電也存在較大問題，難以實(shí)現(xiàn)有線電源以滿足基站的大量供電需求；三是基站信號(hào)傳輸，海洋的惡劣環(huán)境導(dǎo)致光纜的鋪設(shè)與維護(hù)的成本巨大，難以滿足基站的信號(hào)傳輸要求。因此，近岸之外難以實(shí)現(xiàn)5G通信的復(fù)制遷移。另外，港口錨地附近能夠收到的信號(hào)往往由于強(qiáng)度不夠，或者由于只有2G信號(hào)，沒有3G和4G、5G信號(hào)，手機(jī)用戶只能接打電話，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。因此，手機(jī)通信一般為個(gè)人在近岸使用。

2.2 海洋地理環(huán)境限制了海上專用通信信號(hào)的覆蓋

我國(guó)沿海設(shè)有上海、廣州和天津三大海岸電臺(tái)和眾多小型海岸電臺(tái)，以支持地面無線電通信系統(tǒng)和海上安全信息播發(fā)系統(tǒng)。海岸電臺(tái)基站的設(shè)置一般在沿海岸基。岸臺(tái)甚高頻基站最遠(yuǎn)可覆蓋25海里，中高頻最遠(yuǎn)可覆蓋100海里。超過岸基覆蓋范圍的區(qū)域，若要在海上建設(shè)基站，則要面臨著海上固定基座的建設(shè)、光纜電纜的鋪設(shè)、維護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)、海上高溫、高濕、高鹽環(huán)境的重重考驗(yàn)，這使基站建設(shè)的成本大大增加。目前，除了在個(gè)別島嶼，基本上沒有海上基站。

2.3 城市的發(fā)展在某種程度上阻礙了海上信號(hào)的傳輸

國(guó)際海事組織（IMO）提出實(shí)施的全球海上遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)（GMDSS）將海上劃分為A1、A2、A3、A4四個(gè)海區(qū)。從理論上講，通過GMDSS即可覆蓋全球海上通信，滿足海上搜救與安全通信以及船舶的常規(guī)通信業(yè)務(wù)基本需求。但隨著城市的發(fā)展以及海運(yùn)行業(yè)的繁榮，許多地面基站的發(fā)射與接收信號(hào)受到岸邊和海上建筑物的遮擋，對(duì)電波產(chǎn)生阻擋的作用，引起電波損耗，因而不能完全達(dá)到預(yù)期的信號(hào)覆蓋范圍，出現(xiàn)了信號(hào)盲區(qū)，影響船舶進(jìn)行海上安全遇險(xiǎn)報(bào)警與海上搜救，特別是遠(yuǎn)距離通信方式比較單一，通常使用中高頻或單邊帶通信，一旦信號(hào)受遮擋，這會(huì)導(dǎo)致遇險(xiǎn)報(bào)警不及時(shí)或者無法進(jìn)行遇險(xiǎn)報(bào)警，對(duì)海上船舶的航行安全產(chǎn)生較大危害。

2.4 我國(guó)海上通信技術(shù)的研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)的制定仍需加強(qiáng)

對(duì)于我國(guó)而言，當(dāng)前海上通信系統(tǒng)大多依賴國(guó)外技術(shù)，在關(guān)鍵的無線傳輸和組網(wǎng)領(lǐng)域只掌握較少的核心技術(shù)。在標(biāo)準(zhǔn)的制定方面，之前我國(guó)很少充當(dāng)主要角色，我國(guó)在國(guó)際上的話語(yǔ)權(quán)有限。例如，在過去中國(guó)沒有參與AIS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，AIS技術(shù)發(fā)展始終處于受制于人的狀態(tài)。

3.應(yīng)對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)通信安全隱患的主要對(duì)策

2021年9月1日開始實(shí)施的《中華人民共和國(guó)海上交通安全法》第二十三條明確規(guī)定：國(guó)務(wù)院交通運(yùn)輸主管部門應(yīng)當(dāng)采取必要的措施，保障海上交通安全無線電通信設(shè)施的合理布局和有效覆蓋。為貫徹落實(shí)《中華人民共和國(guó)海上交通安全法》有關(guān)規(guī)定的要求，也為保障我國(guó)海上通信安全、促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)相關(guān)部門有必要采取各種措施來完善海上通信。當(dāng)前，如何完善海上通信覆蓋、增強(qiáng)海上通信信號(hào)，解決海上風(fēng)電場(chǎng)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，保障海上風(fēng)電場(chǎng)周邊的船舶航行安全，保障海上風(fēng)電、海上運(yùn)輸、漁業(yè)等行業(yè)良性發(fā)展，顯為較為緊迫。

3.1 利用海上風(fēng)電場(chǎng)，建設(shè)海上通信補(bǔ)點(diǎn)基站

首先考慮補(bǔ)點(diǎn)VHF、AIS基站，讓通信信號(hào)能夠完整覆蓋，實(shí)現(xiàn)船舶通信暢通，可利用海上風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行建設(shè)基站補(bǔ)點(diǎn)。一是避免建筑物遮擋信號(hào)的情況，風(fēng)電場(chǎng)一般建于距離陸岸20-40公里的位置，可以避開岸邊高樓、橋梁等建筑物的遮擋；二是風(fēng)電場(chǎng)一般所在的位置恰好是岸基電臺(tái)信號(hào)覆蓋的邊緣或影響了原有信號(hào)的傳輸，在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)基站補(bǔ)點(diǎn)起到了很好的信號(hào)接力和信號(hào)補(bǔ)充的作用；三是能夠大大減少成本投入，可以利用風(fēng)電場(chǎng)原本建設(shè)的升壓站作為補(bǔ)點(diǎn)基站的機(jī)房的場(chǎng)地，降低了海上單獨(dú)建設(shè)基站難度以及建設(shè)費(fèi)用；四是解決了供電和與海陸間信號(hào)傳輸問題，海上風(fēng)電場(chǎng)升壓站已帶有海底電纜光纜可以進(jìn)行供電和海陸信號(hào)傳輸，其供電量能夠滿足基站的基本用電需求。以臺(tái)灣海峽西出口為例，經(jīng)信號(hào)測(cè)試，在臺(tái)灣海峽西出口水域?qū)儆谕ㄐ判盘?hào)盲區(qū)。臺(tái)灣海峽西出口區(qū)域是我國(guó)海上運(yùn)輸船舶來往密集的主要通道，存在信號(hào)盲區(qū)則會(huì)對(duì)來往的船舶航行安全造成較大潛在風(fēng)險(xiǎn)。利用南澳海域風(fēng)電場(chǎng)建設(shè) V HF、AIS基站的補(bǔ)點(diǎn)建設(shè)基地，完善臺(tái)灣海峽西出口的信號(hào)覆蓋率，有利于補(bǔ)齊臺(tái)灣海峽西出口通信缺口，完善地面無線電通信系統(tǒng)，織密織牢海上通信網(wǎng)。

3.2 利用海上風(fēng)電場(chǎng)，完善海上5G通信建設(shè)

海上5G網(wǎng)絡(luò)既可以為航運(yùn)事業(yè)提供有力的通信保障，改善廣大海員的通信體驗(yàn)，也能推進(jìn)海事管理智能化進(jìn)程，大大降低管理成本和難度?；?G技術(shù)構(gòu)建一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于原有的海上通信系統(tǒng)來說也是一個(gè)有效的補(bǔ)充和替代方案?？蓪⒑Ｑ?G網(wǎng)絡(luò)分為沿岸海域、近海海域以及遠(yuǎn)洋海域三大部分。一是加快海域近岸端5G基站部署建設(shè)，主要為港口碼頭以及沿海航行的船舶提供5G網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍為沿海周邊區(qū)域，目前超遠(yuǎn)距離海上5G覆蓋技術(shù)能夠達(dá)到30-60公里。除通信功能以外，依托沿海5G+物聯(lián)網(wǎng)還能實(shí)現(xiàn)船舶智能靠泊、海上業(yè)務(wù)流程智能化管控，打造智能港口碼頭應(yīng)用場(chǎng)景。二是在近海的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)5G基站。目前海上風(fēng)電場(chǎng)升壓站基本都通過海底光纜傳輸，建設(shè)了5G網(wǎng)絡(luò)，并在風(fēng)機(jī)上搭載WIFI，在風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域可進(jìn)行良好的5G通信。以此為啟發(fā)，可在風(fēng)電場(chǎng)升壓站上建設(shè)海上5G宏基站，風(fēng)機(jī)上搭載子基站。因此，在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的前期設(shè)計(jì)方案中就要做好規(guī)劃，充分考慮與5G基站的相互融合，為基站的建設(shè)預(yù)留設(shè)備場(chǎng)地、供電及網(wǎng)絡(luò)接口等。三是依托5G技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)深度融合。衛(wèi)星通信系統(tǒng)，既可以作為一種獨(dú)立的通信手段（適用于對(duì)海上、空中的移動(dòng)通信和專用通信網(wǎng)），又可以與陸地的通信系統(tǒng)結(jié)合、相互補(bǔ)充，以構(gòu)成更完善的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。利用低軌衛(wèi)星為遠(yuǎn)洋區(qū)域構(gòu)建5G網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

3.3 利用海上風(fēng)電場(chǎng)，完善通信預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)

根據(jù)海上風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)情況，利用海上風(fēng)電場(chǎng)升壓站增設(shè)VHF、AIS基站、雷達(dá)站點(diǎn)、CCTV，集合VTS、VHF及AIS系統(tǒng)，對(duì)各通信和監(jiān)管手段進(jìn)行集成，建立針對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)的E航海水上交通安全預(yù)警系統(tǒng)。水上交通安全預(yù)警系統(tǒng)基于WEBGIS技術(shù)平臺(tái)自主研發(fā)，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、地理信息技術(shù)（GIS技術(shù)）、統(tǒng)計(jì)技術(shù)、java script客戶端技術(shù)，采用空間數(shù)據(jù)庫(kù)和B/S架構(gòu)開發(fā)，java跨平臺(tái)部署。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)特定范圍設(shè)置電子圍欄，嵌入AIS系統(tǒng)和電子海圖系統(tǒng)，建立起風(fēng)電場(chǎng)電子圍欄，通過公眾系統(tǒng)網(wǎng)在每1個(gè)AIS和電子海圖終端顯示。根據(jù)AIS數(shù)據(jù)識(shí)別越線船舶靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，自動(dòng)觸發(fā)預(yù)警消息，自動(dòng)發(fā)送提醒消息報(bào)文至船載顯示器，發(fā)送VHF語(yǔ)音提醒消息至甚高頻終端，告知區(qū)域內(nèi)船舶注意避開風(fēng)電場(chǎng)圍欄內(nèi)設(shè)施，謹(jǐn)慎駕駛。平臺(tái)監(jiān)控終端同時(shí)會(huì)顯示，提醒值守人員，實(shí)施動(dòng)態(tài)人工監(jiān)控。系統(tǒng)給技術(shù)監(jiān)管部門提供系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，使其能在緊急時(shí)刻人工介入管理。水上交通安全預(yù)警系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)護(hù)，將方便交通指揮人員及早地了解情況、發(fā)現(xiàn)問題、采取相應(yīng)的指揮措施，有效防止和避免風(fēng)電場(chǎng)設(shè)施設(shè)備被破壞或施工人員安全受威脅。

3.4 完善轄區(qū)通信設(shè)施配套，實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)有效覆蓋

到目前為止，我國(guó)的海上通信基本還是依賴于陸上基站，如岸基的海岸電臺(tái)，近岸港口使用的陸上移動(dòng)通信基站等。第一要保障岸基海岸電臺(tái)的正常使用。對(duì)于因城市發(fā)展而造成信號(hào)阻擋的電臺(tái)基站，需及時(shí)進(jìn)行遷址改造，其成本盡可能應(yīng)由造成信號(hào)阻擋的建筑的責(zé)任方來承擔(dān)。另外，應(yīng)完善并落實(shí)相關(guān)的無線電管理?xiàng)l例，從法律層面上保護(hù)基站信號(hào)不受遮擋。第二要加緊完成海岸電臺(tái)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化數(shù)字化改造。目前海岸電臺(tái)所用的進(jìn)口設(shè)備存在著維護(hù)難度大、安全性等問題，有些設(shè)備廠家甚至已經(jīng)停產(chǎn)。因此，亟需對(duì)海岸電臺(tái)完成國(guó)產(chǎn)化數(shù)字化改造，推進(jìn)轄區(qū)海岸電臺(tái)升級(jí)改造，提升海岸電臺(tái)性能，實(shí)現(xiàn)海岸電臺(tái)數(shù)字化、信息化管理，確保轄區(qū)通信信號(hào)有效覆蓋，滿足海上風(fēng)電場(chǎng)周邊海域船舶安全航行通信需求。第三要繼續(xù)發(fā)展陸地通信。加快技術(shù)研究，并加強(qiáng)將陸地通信技術(shù)遷移到海上的相關(guān)研究，提高無線通信的穩(wěn)定性，及對(duì)惡劣傳輸環(huán)境的適應(yīng)性。第四是加快海洋通信衛(wèi)星建設(shè)。我國(guó)目前已具有首批完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的VDES基站，正式入網(wǎng)運(yùn)行。在2021年3顆交通甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)衛(wèi)星發(fā)射成功，也標(biāo)志著我國(guó)自主可控的交通VDES衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)邁出重要一步?；诒倍范虉?bào)文技術(shù)，在普通移動(dòng)通訊信號(hào)不能覆蓋的海洋區(qū)域，船舶只要裝有北斗短報(bào)文模塊終端即可通過短報(bào)文進(jìn)行通訊，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程語(yǔ)音調(diào)度。通過加大海洋通信衛(wèi)星的投資力度，加快技術(shù)的研究與標(biāo)準(zhǔn)的制訂，加快海洋通信衛(wèi)星發(fā)展，實(shí)現(xiàn)海上通信有效覆蓋。

3.5 主動(dòng)介入海上風(fēng)電建設(shè)，減少海上通信影響

在海上風(fēng)電場(chǎng)工程項(xiàng)目選址階段，海事、航保部門應(yīng)主動(dòng)介入，主動(dòng)溝通，主動(dòng)作為，根據(jù)海域特征，綜合考慮港口航運(yùn)的區(qū)域、海上風(fēng)電區(qū)域以及其他工業(yè)用海的總體布局，充分考慮風(fēng)電機(jī)組對(duì)海上通信導(dǎo)航的影響，提出專業(yè)意見，避開通航密集區(qū)，優(yōu)先開發(fā)對(duì)航運(yùn)安全和海上通信基本無影響或影響較小的海上風(fēng)電場(chǎng)。對(duì)航運(yùn)安全和海上通信有影響的區(qū)域，應(yīng)結(jié)合水域的實(shí)際情況，與風(fēng)電企業(yè)溝通，落實(shí)風(fēng)電企業(yè)事先做好論證規(guī)劃工作，充分考慮海上船舶通航要求，充分補(bǔ)足海上通信配套設(shè)施，將不利的影響降到最低。

4.結(jié)束語(yǔ)

綠色能源是未來的方向，中國(guó)發(fā)展海上風(fēng)電具有戰(zhàn)略意義。海事航保部門應(yīng)利用海上風(fēng)電場(chǎng)資源，發(fā)展海上無線電通信，助力綠色能源發(fā)展，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。