水上施工航行安全管理應(yīng)用船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的研究

周強(qiáng) 湖南省常德航道事務(wù)中心

1.引言

船舶自動(dòng)識(shí)別（AIS）系統(tǒng)是一種數(shù)字化助航系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了先進(jìn)現(xiàn)代科技、交叉學(xué)科，綜合應(yīng)用電子信息顯示、電腦技術(shù)、局部網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)，為防止船舶碰撞提供水域航行信息感知技術(shù)支持?該技術(shù)能夠在更大的區(qū)域內(nèi)，即時(shí)和可視化形成和提供船舶航行信息，水上作業(yè)應(yīng)用該技術(shù)，可以大幅度提高作業(yè)航行安全?案例人工島拋（吹）填工程，大量作業(yè)船舶集中運(yùn)行于作業(yè)水域，為保證工期作業(yè)船舶的航行安全，工程應(yīng)用船舶自動(dòng)識(shí)別AIS技術(shù)，取得了良好的水域航行監(jiān)控和管理效果，為工程順利安全施工提供了充分技術(shù)支持?這里介紹該施工導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用，以為同類水上工程船舶安全航行管理應(yīng)用提供技術(shù)參考?

2.工程概況

某港口人工島建筑面積206.8萬(wàn)m2，人工填海面積2175.6萬(wàn)m2，筑島共需砂方2000多萬(wàn)m3，拋（吹）填作業(yè)量很大?所以需要相當(dāng)數(shù)量的機(jī)械裝備和材料應(yīng)用?施工地系屬海上孤立島嶼，離岸邊最短距離大約2km，不存在棧橋直接接岸，作業(yè)人員出入和物資運(yùn)輸，須由船舶運(yùn)輸完成?

工程所在水域航道航線資源緊張，伴隨作業(yè)船舶的增加，如何加強(qiáng)航道航線安全航行管理，成為工程管理和技術(shù)實(shí)施難點(diǎn)?依靠常規(guī)的航行裝備，在如此高密度、復(fù)雜的船舶航線和苛刻的施工條件下，很難保證船舶航行安全?為保證船舶航行安全，強(qiáng)化作業(yè)船舶管理，工程在作業(yè)區(qū)航行資源和安全管理上，應(yīng)用了船舶自動(dòng)識(shí)別AIS技術(shù)?

3.AIS技術(shù)在施工航行管理中的應(yīng)用

3.1 常規(guī)航行管理方法

在水工導(dǎo)航管理中，VHF（甚高頻）通常被用作船舶最重要的導(dǎo)航工具?對(duì)講機(jī)是船上主要通訊裝備，優(yōu)點(diǎn)是：大容量鋰電池，防水堅(jiān)固，應(yīng)用簡(jiǎn)單，還可用BP226AA堿性電池盒，以備突發(fā)事件中使用，并且備有專用快速充電器?船舶電臺(tái)，也稱海用無(wú)線對(duì)講機(jī)，是專門使用于岸上無(wú)線通信和海上船舶的無(wú)線對(duì)講機(jī)[1]?

以往，經(jīng)常使用的導(dǎo)航裝備有手機(jī)、VHF等?由于裝備的特性，無(wú)法有效反映船舶在實(shí)際應(yīng)用中的動(dòng)態(tài)信息，無(wú)法直觀地定位船舶，并及時(shí)對(duì)船舶進(jìn)行監(jiān)控?由于不清楚船舶的實(shí)際情況、具體位置，僅能依靠船員導(dǎo)航和管理船舶，給施工管理帶來(lái)了困難?

（1）常用航行設(shè)備

通過(guò)AIS實(shí)際應(yīng)用，對(duì)其功效和以往的導(dǎo)航裝備開(kāi)展了比較，結(jié)果見(jiàn)表1具體所示?由表可知，船載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)顯著優(yōu)于以往經(jīng)常使用的導(dǎo)航裝備?故在施工船舶上裝配AIS，船舶航行安全將得到大幅度提高?此外，AIS裝備的功能，還能夠用于施工生產(chǎn)?船載AIS開(kāi)展后，船舶航行狀態(tài)明確，管理人員能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)船舶靠停時(shí)間?依據(jù)場(chǎng)地石碼頭的情況和車輛的狀態(tài)，可以準(zhǔn)確安排后續(xù)運(yùn)輸，將大大增強(qiáng)船舶航行的效率和碼頭的利用率，為船東增強(qiáng)效益和效率?

表1 常規(guī)導(dǎo)航與AIS導(dǎo)航的性能比較

（2）AIS航行管理方法

AIS裝備由軟件與硬件兩部分組成，其硬件由VHF頻段發(fā)射的船載廣播轉(zhuǎn)發(fā)器、一個(gè)應(yīng)用VHF頻段的收發(fā)器，以及一個(gè)能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸接口、參考時(shí)間的接收機(jī)、信息處理器及其他等導(dǎo)航裝備構(gòu)成?

接口軟件、網(wǎng)絡(luò)軟件和系統(tǒng)控制軟件構(gòu)成了AIS裝備的軟件部分?依照既定的程序，AIS系統(tǒng)通過(guò)軟件控制各個(gè)硬件的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)船舶通信、監(jiān)控、導(dǎo)航和識(shí)別功能?

因其突出的功效，AIS被廣泛應(yīng)用于船舶航行管理中?表1為普通導(dǎo)航裝備和與AIS裝備的對(duì)比?由表1可知，AIS裝備比普通導(dǎo)航裝備功能更多，功效可靠，能夠及時(shí)的對(duì)船舶實(shí)施監(jiān)控[2]?

3.2 作業(yè)船只應(yīng)用AIS導(dǎo)航

挖泥船是較早進(jìn)入作業(yè)水域的船只，作業(yè)期間，挖泥船數(shù)量相對(duì)較少，并且多處于固定狀態(tài)，因此AIS監(jiān)測(cè)功效發(fā)揮不顯著?

拋石船主要應(yīng)用大約1000m3開(kāi)敞運(yùn)料船?在碼頭裝載了石材以后，拋石船通過(guò)水道，跨越客船航線，駛向作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)?拋石船隊(duì)船只多、航速快、航線動(dòng)態(tài)復(fù)雜?案例作業(yè)區(qū)需要拋石總計(jì)達(dá)170萬(wàn)m3，出于安全航行管理的需要，對(duì)拋石船舶安裝AIS系統(tǒng)?

項(xiàng)目所用石場(chǎng)為白沙頭采石場(chǎng)，距紅港灣4.5km左右，洪港灣建設(shè)了專用砂礫帶式輸送機(jī)碼頭?碼頭有兩條雙車道，可同時(shí)裝卸作業(yè)?碼頭前沿水5m深?石材最大日裝載量為10000～12000萬(wàn)m3?石材到施工現(xiàn)場(chǎng)的水運(yùn)距離大約為25km?通過(guò)在石材運(yùn)輸船上裝配AIS，具體運(yùn)行中，滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求，并能將位置和航態(tài)信息顯示在電子實(shí)時(shí)海圖上?即使霧天影響航行視線的惡劣條件下，船舶的位置也能準(zhǔn)確地確定，能進(jìn)行清晰的通信，保證航行安全?為監(jiān)控管理作業(yè)船舶提供便利，能夠保證施工進(jìn)度[3]?

3.3 AIS系統(tǒng)導(dǎo)航管理功效

（1）作業(yè)區(qū)全局監(jiān)控

本項(xiàng)目原料供應(yīng)分散，供石地點(diǎn)29km?工地距離取沙點(diǎn)約35km，距離排泥點(diǎn)30km，而船舶距離防臺(tái)錨地約60km?在如此大的范圍內(nèi)，無(wú)論是碼頭?？浚€是作業(yè)區(qū)航行，AIS導(dǎo)航系統(tǒng)均能夠快捷、準(zhǔn)確地定位和顯示作業(yè)船只位置，對(duì)作業(yè)船只的作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效監(jiān)控，更好服務(wù)于作業(yè)船只的管理和調(diào)度?

（2）船舶作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控

案例作業(yè)區(qū)，作業(yè)船舶數(shù)量很大?隨著工程業(yè)務(wù)的逐漸推進(jìn)，參與作業(yè)的船只越來(lái)越多，水域航行管理變得越來(lái)越緊迫?水域?qū)嵤〢IS管理，管理人員可以清晰把握區(qū)域船舶密度和航行狀態(tài)?在泊靠管理過(guò)程中，借助AIS系統(tǒng)，可以方便檢查作業(yè)船舶是否在指定區(qū)域泊靠?此外，管理調(diào)度人員可以依據(jù)AIS系統(tǒng)所監(jiān)控的信息狀態(tài)，合理分配區(qū)域航線資源，令作業(yè)船舶靠泊、裝卸、航行組織調(diào)度更合理，降低作業(yè)船只相遇概率，區(qū)域航線資源利用更有效率，作業(yè)水域的航行安全性更有保障?

（3）提升作業(yè)船舶的運(yùn)營(yíng)能力

作業(yè)區(qū)船舶具有較大的流動(dòng)性，幾個(gè)小時(shí)之間，作業(yè)船舶的位置變動(dòng)很大，對(duì)講機(jī)方式很難應(yīng)對(duì)擁有較大流動(dòng)性的作業(yè)區(qū)安全調(diào)度和控制管理?但AIS系統(tǒng)基本不受作業(yè)區(qū)范圍的影響，無(wú)論作業(yè)船舶的流動(dòng)性有多大，均能夠?qū)崟r(shí)顯示作業(yè)船舶的位置信息?通過(guò)比較實(shí)時(shí)信息與調(diào)度記錄，船舶工期運(yùn)行狀態(tài)第一時(shí)間把握，從而有利于實(shí)現(xiàn)有效的作業(yè)管理?

（4）保障工區(qū)航行安全

船舶航行安全，除本身機(jī)械裝備的運(yùn)行狀態(tài)影響外，交匯避讓是另一個(gè)較為關(guān)鍵的安全因素?管理人員和駕駛?cè)藛T都需要清楚地了解水域和航線狀態(tài)信息，把握可能存在的交匯時(shí)間和交匯點(diǎn)，以利于超前準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)預(yù)案，及時(shí)實(shí)施相應(yīng)的航行控制，避免發(fā)生交匯事故?AIS系統(tǒng)在設(shè)定操控條件后，在無(wú)人員操作的狀態(tài)下，也會(huì)依據(jù)既定的程序控制運(yùn)行，因此可為船舶交匯控制提供一層安全控制保障?

A IS系統(tǒng)對(duì)水域航行信息有實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)優(yōu)勢(shì)，當(dāng)有船舶航行進(jìn)入蓋覆范圍后，借助在線網(wǎng)絡(luò)，可以在顯示終端相互傳送和辨識(shí)航行信息，在線各方可以依據(jù)其它船舶對(duì)本船舶形成的威脅程度，安排控制操作?AIS系統(tǒng)可以設(shè)置安全報(bào)警，當(dāng)存在船舶進(jìn)入報(bào)警范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)及時(shí)發(fā)出警示，引起船舶駕駛員及時(shí)注意并采取必要控制措施，避免風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生?AIS系統(tǒng)與電子海圖集成應(yīng)用，水域船舶航行信息得以即時(shí)可視化顯示，其航行安全管理應(yīng)用價(jià)值進(jìn)一步提高?

與雷達(dá)等裝備相比，AIS技術(shù)可以在船岸之間、船舶之間傳導(dǎo)更多的即時(shí)導(dǎo)航信息?AIS系統(tǒng)基本不受復(fù)雜海況和不良天氣的影響?它沒(méi)有死角，復(fù)蓋范圍廣，能準(zhǔn)確地反映運(yùn)動(dòng)的方向和軌跡?此外由于VHF無(wú)線電波具有較好的繞射性能，即使有障礙物存在，也可以實(shí)現(xiàn)傳輸和接收信息?所以船舶安裝AIS系統(tǒng)后，獲得水域航行的信息面和信息量均極大提高?

4.促進(jìn)水上施工應(yīng)用AIS技術(shù)的保障措施

從案例人工島建設(shè)應(yīng)用來(lái)看，作業(yè)船舶應(yīng)用AIS技術(shù)還存在一些問(wèn)題?比如作業(yè)船舶種類較多，AIS裝備種類也不統(tǒng)一?當(dāng)不同類型的裝備互聯(lián)時(shí)，會(huì)有連接不到情況?此外作業(yè)船舶的操作者大多為施工人員，他們對(duì)AIS裝備的知識(shí)和應(yīng)用水平參差不齊，因此在設(shè)備使用上難免差強(qiáng)人意?更有相當(dāng)一部分人安全意識(shí)不強(qiáng)，思想麻痹，導(dǎo)致一些安全隱患?案例工程管理團(tuán)隊(duì)注意在以下方面加強(qiáng)安全管理：

4.1 規(guī)定專項(xiàng)安全資金

導(dǎo)航系統(tǒng)的選擇和配備有個(gè)資金投入問(wèn)題，因資金投入責(zé)任義務(wù)不明確，而引發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)配備和使用糾紛時(shí)有發(fā)生?為加強(qiáng)工程安全保障投入，有必要通過(guò)合同規(guī)定，確定導(dǎo)航系統(tǒng)的投入問(wèn)題?較為常見(jiàn)的情況是，許多參與工程的民用船舶，其水上導(dǎo)航裝備，沒(méi)有達(dá)到海事局規(guī)定裝配的系統(tǒng)類型和配置要求?如果訂立合同時(shí)明確規(guī)定部分資金專用于裝備AIS導(dǎo)航系統(tǒng)，這樣施工船舶在進(jìn)場(chǎng)前，就會(huì)按照合同要求，完善配備AIS系統(tǒng)，避免船東因投入考慮，低配甚至不配標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)，影響作業(yè)船舶導(dǎo)航安全管理應(yīng)用?

4.2 設(shè)備品牌規(guī)格應(yīng)統(tǒng)一

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，AIS裝備因操作不當(dāng)而發(fā)生故障的情況時(shí)有發(fā)生?一旦發(fā)生故障，多先由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員維修處理，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員維修處理不了，則需要廠家提供技術(shù)支持?無(wú)論是現(xiàn)場(chǎng)維修處理，還是尋求廠家提供技術(shù)支持，品牌型號(hào)統(tǒng)一，其維修操作終歸相對(duì)單一簡(jiǎn)單，而如果品牌型號(hào)多樣，現(xiàn)場(chǎng)人員把握不比統(tǒng)一型號(hào)那樣易于技術(shù)掌握，就是需求廠家技術(shù)支持，也是品牌型號(hào)統(tǒng)一的聯(lián)系和處理相對(duì)容易?水上環(huán)境狀態(tài)瞬息萬(wàn)變，窗口期搶工期施工，不允許因設(shè)備等待維修而耽誤工期，因此水上施工設(shè)備維修宜快不宜慢?

比如這樣的案例，2111船導(dǎo)航在計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件中找不到該船，船檢時(shí)裝備卻無(wú)異常，船東和施工方均無(wú)法自行克服和處理，只能求助廠家，多天等待，廠家技術(shù)人員才抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查得知，是因?yàn)榇霸谛蘩磉^(guò)程中其天線受到相關(guān)損壞，更換天線后，系統(tǒng)恢復(fù)正常?水上施工應(yīng)盡可能避免這種耗時(shí)等待和大費(fèi)周折[4]?裝備統(tǒng)一品牌型號(hào)的必要性在于：

（1）克服因設(shè)備型號(hào)不一致，導(dǎo)致增加維修技術(shù)掌握的難度?設(shè)備型號(hào)統(tǒng)一便于管理人員了解和把握裝備性能，利于工程現(xiàn)場(chǎng)維修?

（2）由于一種裝備往往在一個(gè)地區(qū)集中投放市場(chǎng)，因此廠家在該地區(qū)投放的售后服務(wù)技術(shù)力量相對(duì)要大，因此廠家在該地區(qū)的技術(shù)支持更具有快速反應(yīng)條件?并且一次故障處理時(shí)，可以順帶對(duì)可能存在的其它設(shè)備問(wèn)題開(kāi)展檢查?

4.3 提高全員重視程度

項(xiàng)目安全管理需要各級(jí)管理者廣泛參與，通力合作?管理者重視起來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)安全操作的嚴(yán)格檢控程度就會(huì)提高很多，AIS裝備的應(yīng)用上，需要當(dāng)事人、船舶操作員、管理人員的合力重視、參與和應(yīng)用?為了保證工程安全順利建設(shè)，項(xiàng)目部需要在實(shí)際管理中予以有力的支持和投入，支持AIS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配備，監(jiān)督作業(yè)船舶應(yīng)用AIS系統(tǒng)參與安全生產(chǎn)，并指派專人負(fù)責(zé)AIS系統(tǒng)工期日常管理維護(hù)，強(qiáng)化工期航行安全檢查，督促船員養(yǎng)成安全操作習(xí)慣?

4.4 借力供應(yīng)商加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)

廠家更了解AIS設(shè)備的元器件功效、電路配備以及應(yīng)用控制技術(shù)要點(diǎn)，廠家技術(shù)人員參與設(shè)備檢測(cè)和維護(hù)，其經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的針對(duì)性更強(qiáng)?出于加強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備考慮，項(xiàng)目管理部門應(yīng)注意加強(qiáng)與廠家溝通聯(lián)系，與廠家建立長(zhǎng)期技術(shù)合作關(guān)系?項(xiàng)目管理部門應(yīng)該注意邀請(qǐng)廠家派員培訓(xùn)己方技術(shù)人員，使他們有能力現(xiàn)場(chǎng)檢查處理大部分應(yīng)用故障，避免依賴廠家派人解決設(shè)備問(wèn)題，延誤施工生產(chǎn)?也可爭(zhēng)取利用廠家技術(shù)人員培訓(xùn)己方操作人員，加強(qiáng)船員應(yīng)用AIS的技術(shù)培訓(xùn)，使船員考試合格后上崗操作，提高操作人員應(yīng)用AIS系統(tǒng)的專業(yè)技術(shù)性，提高技術(shù)應(yīng)用水平?

5.結(jié)語(yǔ)

開(kāi)展了水上施工航行安全管理應(yīng)用船舶自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的研究，主要技術(shù)點(diǎn)包括：

（1）介紹了船舶自動(dòng)識(shí)別AIS技術(shù)在施工航行管理中的應(yīng)用，具體技術(shù)點(diǎn)包括常規(guī)航行管理方法、作業(yè)船只應(yīng)用AIS導(dǎo)航方法以及AIS系統(tǒng)導(dǎo)航管理功效?

（2）介紹了促進(jìn)水上施工應(yīng)用AIS技術(shù)的保障措施，具體技術(shù)的保障措施措施包括規(guī)定專項(xiàng)安全資金、設(shè)備品牌規(guī)格應(yīng)統(tǒng)一、提高全員重視程度、借力供應(yīng)商加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)?

（3）船舶自動(dòng)識(shí)別AIS技術(shù)是綜合應(yīng)用電子信息顯示、電腦技術(shù)、局部網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)，所形成的一種即時(shí)、可視化航行信息感知和管理應(yīng)用技術(shù)，制式體系，專業(yè)性較強(qiáng)，充分發(fā)揮該系統(tǒng)的船舶航行安全管理功能，除了管理方加強(qiáng)組織管理外，船舶駕駛員對(duì)該設(shè)備的掌握水平也在很大程度上關(guān)系該技術(shù)的安全管理應(yīng)用功效，必須加強(qiáng)船員應(yīng)用能力技術(shù)培訓(xùn)?