虛擬AIS航標(biāo)在黃浦江橋區(qū)水域的應(yīng)用探索

張翔?鄭丕顯

摘? 要：隨著黃浦江航運船舶日益大型化，在橋區(qū)水域通航安全愈發(fā)被重視。本文基于虛擬AIS航標(biāo)的功能和優(yōu)勢，結(jié)合黃浦江橋區(qū)水域通航環(huán)境特點，開展虛擬AIS航標(biāo)在黃浦江橋區(qū)水域的應(yīng)用探索，以求更好地保障橋區(qū)水域水上交通安全，服務(wù)船舶航行。

關(guān)鍵詞：虛擬AIS航標(biāo)；黃浦江；橋區(qū)水域

中圖分類號：U644 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引 言

隨著長三角地區(qū)經(jīng)濟飛速發(fā)展，黃浦江作為上海港沿海和長江干線航運的末端，又是連接江浙內(nèi)河水網(wǎng)“蘇錫?！焙汀昂技魏钡闹匾ǖ溃S著黃浦江船舶數(shù)量的增加和船舶噸位的上升，水上交通運輸愈加繁忙。與此同時，黃浦江跨江大橋多，且部分橋梁設(shè)有水中橋墩，與日俱增的船舶流量使得黃浦江橋區(qū)水域船舶安全航行風(fēng)險也更加嚴(yán)峻。本文結(jié)合黃浦江橋區(qū)水域通航特點，借助虛擬AIS航標(biāo)的功能和優(yōu)點，嘗試探索AIS航標(biāo)在黃浦江橋區(qū)水域的應(yīng)用，以求提升黃浦江船舶通航整體安全度。

1 AIS航標(biāo)概述

AlS航標(biāo)是新型的無線電航標(biāo)，其原理是以AIS短報文形式進(jìn)行播發(fā)，并在周邊航行的船舶AIS船臺和電子海圖信息系統(tǒng)上予以顯示，是更加直觀、便捷的新型助導(dǎo)航設(shè)施。根據(jù)組成形式不同，可分為實體AIS航標(biāo)、虛擬AIS航標(biāo)、合成AIS航標(biāo)3種。

1.1? 實體AIS航標(biāo)

實體AIS航標(biāo)是指安裝在真實存在的實體航標(biāo)上的AIS設(shè)備，以電文21的格式發(fā)送該航標(biāo)的相關(guān)信息的航標(biāo)設(shè)備，同時能夠向基站定點發(fā)送6號報文，上傳航標(biāo)相關(guān)運行狀況。實體AIS航標(biāo)設(shè)備主要為發(fā)送功能，所以相對于船臺AIS更加簡單，僅有AIS主機、VHF天線、GPS模塊構(gòu)成。主要分布在航行風(fēng)險較高、港區(qū)口門、航路轉(zhuǎn)向點以及引航點等重要位置。

1.2? 虛擬AIS航標(biāo)

AIS虛擬航標(biāo)基站主要完成區(qū)域內(nèi)AIS虛擬航標(biāo)信息的設(shè)置與發(fā)送，通過電文21播發(fā)，提供船舶導(dǎo)航、定位、避險或其他助航信息。在AIS虛擬航標(biāo)基站的信號覆蓋范圍水域內(nèi)航行的船舶，均可接收到AIS虛擬航標(biāo)信號，并在電子航道圖系統(tǒng)、船載終端上以助航設(shè)施圖例顯示出來，結(jié)合視覺航標(biāo)給航行船舶用戶提供良好的導(dǎo)助航服務(wù)[1]。

虛擬AIS航標(biāo)并不存在實物，而是通過附近的AIS基站播發(fā)信號，用戶在航海設(shè)備的虛擬航標(biāo)設(shè)置位置顯示虛擬AIS航標(biāo)符號。虛擬AIS航標(biāo)具有助航信息告知及時、位置顯示精確、信息直觀、設(shè)置方便、修改簡單和安裝維護成本低等優(yōu)點。虛擬AIS航標(biāo)應(yīng)用于需要立即布設(shè)航標(biāo)，或布設(shè)實體航標(biāo)不可行等情形，或標(biāo)識于航行環(huán)境經(jīng)常變化的動態(tài)區(qū)域。例如：新的沉船處不能及時設(shè)置實體航標(biāo)，可以立即設(shè)置虛擬AIS航標(biāo)標(biāo)識應(yīng)急沉船位置；在船舶流量大、交通流復(fù)雜、航道狹窄等實體航標(biāo)設(shè)置不方便甚至可能成為礙航物的水域，選擇設(shè)置虛擬AIS航標(biāo)，典型應(yīng)用為長江口復(fù)式航道虛擬AIS航標(biāo)。

虛擬AIS航標(biāo)的海圖符號與實體AIS航標(biāo)基本相同，也是以航標(biāo)位置為圓心，以3 mm為半徑的洋紅色圓形，圓心為點圓形圖標(biāo)，右上方標(biāo)有直體V-AIS字符，如圖1所示。圓形圖標(biāo)上方繪有實體航標(biāo)的頂標(biāo)符號，表示虛擬AIS航標(biāo)與實體航標(biāo)的用途種類相同[2]。

1.3? 合成AIS航標(biāo)

合成AIS航標(biāo)是指出于經(jīng)濟性或?qū)嵱眯孕枰?，在該合成AIS航標(biāo)的位置上，物理上存在實體航標(biāo)，但該AIS信號不是由實體航標(biāo)上的設(shè)備發(fā)送，而是通過附近的AIS基站，以電文21的格式發(fā)送該航標(biāo)相關(guān)信息，在航海設(shè)備顯示的合成AIS航標(biāo)與實體航標(biāo)位置重合。

2 黃浦江橋區(qū)水域通航現(xiàn)狀及可行性分析

2.1? 黃浦江橋區(qū)水域通航現(xiàn)狀

黃浦江干流由吳淞口101浮筒至巨潮港，全長67.9 km，沿途共有8座跨江橋梁，其中在閔行海事局轄區(qū)共有3座限制性大橋（有橋墩），由下至上分別為奉浦大橋、閔浦二橋、閔浦三橋。本文以奉浦大橋橋區(qū)水域為研究對象進(jìn)行分析。

奉浦大橋水中橋墩4座，中間橋孔為通航主孔，凈空高度為28 m，通航凈寬60 m；中間橋孔的南、北側(cè)為副孔，凈空高度為18 m，凈寬為105 m，通航橋孔分布見圖2。根據(jù)《上海黃浦江通航安全管理規(guī)定》，當(dāng)船舶航經(jīng)奉浦大橋中孔時，其水面以上最大高度加上過大橋時的當(dāng)?shù)爻蔽粦?yīng)低于29.5 m；水面以上最大高度22 m及以下的小型船舶上駛時，應(yīng)當(dāng)從北孔通過；當(dāng)中孔無大型船舶行駛時，可視情況從中孔通過；水面以上最大高度22 m及以下的小型船舶下行時，應(yīng)當(dāng)從南孔通過；大型船舶（船隊）應(yīng)當(dāng)通過中孔航行[3]。

奉浦大橋附近水域通航環(huán)境如下：沿岸碼頭11個，輪渡線1條，支流港1個，奉浦大橋上游0.87 n mile處為閔浦二橋（橋墩1座，通航孔1個，禁航孔1個），兩橋水域間設(shè)有145#-148#共4座實體邊界航標(biāo)。在船舶流量方面，奉浦大橋日均通過船舶流量達(dá)1 400余艘次，且呈現(xiàn)船舶按照潮水時間集中進(jìn)口態(tài)勢，在集中進(jìn)口期間，每小時船舶通過數(shù)量達(dá)118艘次，船舶通航密度較大，如圖3所示。研究水域整體通航環(huán)境呈現(xiàn)船舶流量大、作業(yè)碼頭多、通航孔多、航道狹窄、客渡船橫越航道頻繁的特點。

2.2? 可行性分析

隨著黃浦江航運船舶日益大型化，跨江大橋的防碰撞保護需求也更加迫切，對虛擬AIS航標(biāo)在橋區(qū)水域進(jìn)行應(yīng)用探索是提升橋區(qū)水域船舶航行安全的有效嘗試。

相對于在狹水道設(shè)置實體航標(biāo)，虛擬AIS航標(biāo)既能夠準(zhǔn)確直觀標(biāo)識航道又不妨礙航行、不占用水域，而且能夠顯示更豐富的航道信息和助航信息，同時可節(jié)省人力、物力、財力和能源消耗，減少環(huán)境污染。

自2010年開始，國內(nèi)航行海船陸續(xù)被要求配備船載電子海圖系統(tǒng)，目前進(jìn)入黃浦江的國內(nèi)航行海船均已按照要求配備，同時，在黃浦江航行的內(nèi)河船舶也安裝了帶有電子海圖顯示功能的AIS設(shè)備（新諾、賽洋以及北斗等），為虛擬AIS航標(biāo)在黃浦江的應(yīng)用提供了較好的研究基礎(chǔ)。目前，虛擬AIS航標(biāo)作為智慧航道建設(shè)的重要組成部分，已經(jīng)在多地投入實際應(yīng)用，例如在蘇通大橋水域、長江岳陽段、長江口航道等設(shè)置虛擬AIS航標(biāo)，為船舶安全航行提供良好的導(dǎo)助航作用。

3 AIS航標(biāo)在黃浦江橋區(qū)水域的應(yīng)用設(shè)想

3.1? 融合虛擬AIS航標(biāo)的大橋防撞預(yù)警系統(tǒng)

隨著黃浦江通航船舶噸位逐步增加，大橋碰撞風(fēng)險日趨嚴(yán)峻。傳統(tǒng)實體航標(biāo)在對橋區(qū)水域船舶的導(dǎo)助航作用和警示作用有限。在大霧、大雨等能見度不良的惡劣天氣下，實體航標(biāo)的警示效果更是大打折扣。

因此可嘗試探索包含虛擬AIS航標(biāo)的橋梁防撞預(yù)警系統(tǒng)，借助虛擬AIS航標(biāo)不占用水域、能夠主動播發(fā)助航信息等優(yōu)點，在奉浦大橋等設(shè)有橋墩的跨江橋梁上安裝具有虛擬AIS航標(biāo)、激光測量單元、視頻監(jiān)控中心和顯示屏等設(shè)備的綜合性橋梁防撞預(yù)警系統(tǒng)。安裝在橋墩的虛擬AIS航標(biāo)能夠發(fā)布通航高度、最佳通航航向等精準(zhǔn)的助航信息，見表1。

船舶在ECDIS或具有電子海圖功能的AIS設(shè)備上獲取橋梁虛擬AIS航標(biāo)播發(fā)的AIS信息，能夠更好地掌握大橋橋墩位置、橋梁高度及推薦通航航向等，并根據(jù)需要及時調(diào)整船舶自身航行狀態(tài)。同時，虛擬AIS航標(biāo)抗干擾能力強，能夠在大霧、大雨等極端天氣中穩(wěn)定運行，保障了系統(tǒng)的可靠性。

此外，可以在橋梁虛擬AIS航標(biāo)設(shè)備中設(shè)定安全警戒距離，一旦船舶與橋墩的距離小于安全距離，虛擬AIS航標(biāo)將立刻對船舶播發(fā)警告信息，并會將警報情況反饋到相關(guān)管理部門，由管理人員對報警信息進(jìn)行處理，對可能碰撞橋墩的船舶提前干預(yù)，避免事故發(fā)生。

3.2? 基于虛擬AIS航標(biāo)的航道界線

根據(jù)奉浦大橋與閔浦二橋的相關(guān)通航規(guī)定，閔浦二橋北孔禁止通航，致使該水域通航環(huán)境復(fù)雜，上下行船舶航道分界線不清楚，時常發(fā)生船舶反航道行駛的危險行為。同時該水域航道狹窄，最窄處僅130 m，在該水域大量設(shè)置傳統(tǒng)航標(biāo)不切實際。因此，基于虛擬AIS航標(biāo)的航道分界線，以其布設(shè)簡單，不減少航道寬度，成為規(guī)范船舶通航秩序的首選。

基于虛擬AIS航標(biāo)的航道分界線并不需要在航道中裝設(shè)實體航標(biāo)，而是通過附近的AIS基站，以每6 s一次對外播發(fā)虛擬AIS航標(biāo)位置信息，在電子海圖上顯示出一條虛擬的航道分界線，從而幫助船舶高效航行，同時虛擬AIS航標(biāo)分割線能夠根據(jù)實際通航安全管理需求，適時調(diào)整推薦航道航路，如圖4所示。航經(jīng)該水域并安裝有ECDIS或具有電子海圖功能的船舶，就能接收到虛擬AIS航標(biāo)信息，并按照推薦航路航行。

3.3? 基于虛擬AIS航標(biāo)的水上功能區(qū)設(shè)置

隨著海事管理機構(gòu)對水域管理的逐步精細(xì)化，為規(guī)范船舶航行秩序，時常根據(jù)管理需要，設(shè)定船舶掉頭區(qū)、禁航區(qū)、水上作業(yè)施工區(qū)、水上服務(wù)區(qū)等功能區(qū)域，但在海圖上未能即時顯示，當(dāng)船舶在航經(jīng)該區(qū)域時，便會產(chǎn)生因不熟悉相關(guān)水域情況而造成水上險情事故。如果布設(shè)實體航標(biāo)，不僅需要航標(biāo)部門耗費大量的人力、物力和時間，且在橋區(qū)等狹窄水域，實體航標(biāo)會占用船舶航行空間。特別是一些臨時設(shè)定、使用一段時間以后就會撤銷的功能區(qū)，虛擬AIS航標(biāo)便可以發(fā)揮自身優(yōu)勢，根據(jù)相關(guān)管理需要，隨設(shè)隨撤，最大程度上減少對水域通航環(huán)境的影響。

4 結(jié) 語

本文基于AIS虛擬航標(biāo)設(shè)置簡捷、不占用水域和提供助航信息服務(wù)等功能和優(yōu)勢，結(jié)合黃浦江橋區(qū)水域通航特點，嘗試探索AIS航標(biāo)在黃浦江橋區(qū)水域的應(yīng)用，以求更好地保障橋區(qū)水域水上交通安全。但因布設(shè)AIS虛擬航標(biāo)缺乏相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，仍需海事管理機構(gòu)和航海保障機構(gòu)共同探索，既保證合理利用基站資源，又能較好地為船舶提供豐富的助航服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周彩，彭奇，周有為，岳智勇.淺析AIS虛擬航標(biāo)在長江岳陽段的應(yīng)用[J].中國水運，2021（5）：24-25.

[2] 李佑鋼，徐海潮，金炳耀，於陽.基于多技術(shù)的虛擬航標(biāo)應(yīng)用初探[J].中國水運，2018（2）：60-62.

[3] 中華人民共和國交通運輸部.上海黃浦江通航安全管理規(guī)定[Z].2017.

作者簡介：

張翔，本科，閔行海事局西渡海巡執(zhí)法大隊，主要從事船舶監(jiān)督管理相關(guān)工作，（E-mail）1050454886@qq.com，13436267358