余龍泉 熊 輝 孫 鵬

（長(zhǎng)江海事局，湖北 武漢 430016）

長(zhǎng)江海事局轄區(qū)全長(zhǎng)2100千米左右，干線的通航環(huán)境復(fù)雜，船舶航行風(fēng)險(xiǎn)較大，容易發(fā)生安全事故，使得長(zhǎng)江海事部門的監(jiān)管難度很大。面對(duì)嚴(yán)峻的水上安全形勢(shì)，經(jīng)過(guò)海事業(yè)務(wù)系統(tǒng)，全球定位系統(tǒng)（GPS）、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）、整合船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、應(yīng)急指揮調(diào)度等專項(xiàng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)，安全監(jiān)管手段的信息化水平有很大程度的提高，但各系統(tǒng)協(xié)調(diào)性不夠，缺乏有效整合，無(wú)法發(fā)揮整體效益，只能依靠監(jiān)管人員每天出動(dòng)海巡艇、執(zhí)法車進(jìn)行巡航，造成巡航工作量大、成本高、效率低。針對(duì)此情況，長(zhǎng)江海事局創(chuàng)新監(jiān)管理念和方式，創(chuàng)造性地提出了“電子巡航”的構(gòu)想。

一、電子巡航系統(tǒng)平臺(tái)的內(nèi)涵和關(guān)鍵點(diǎn)

（一）內(nèi)涵

電子巡航即指應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)、通過(guò)海事傳感網(wǎng)對(duì)巡航對(duì)象的狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、傳輸，進(jìn)而運(yùn)用專家智能系統(tǒng)分析巡航對(duì)象的狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)不正常的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警、干預(yù)、糾正，達(dá)到及時(shí)消除事故隱患、提高海事工作效率和效益的目的。

電子巡航系統(tǒng)平臺(tái)的建立，主要是為在航船舶提供航行指導(dǎo)，對(duì)不正常的航行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警，及時(shí)消除事故隱患；減少海巡艇常規(guī)巡航頻次，提高巡航針對(duì)性和巡航效率，完成對(duì)動(dòng)態(tài)執(zhí)法力量的指揮調(diào)度；合理利用監(jiān)管資源，提高轄區(qū)水域通航船舶管控能力，促進(jìn)船舶航行安全。系統(tǒng)平臺(tái)具體可實(shí)現(xiàn)：

（1）通過(guò)基于電子江圖的AIS、VTS、GPS、CCTV監(jiān)管信息的一體化顯示，全面掌握船舶實(shí)時(shí)位置信息。實(shí)現(xiàn)電子航道圖航標(biāo)、雙向航路及定線制動(dòng)態(tài)管理及顯示；

（2）為船舶提供當(dāng)前轄段內(nèi)有助于船舶安全航行的航行指導(dǎo)信息，如通航狀況、風(fēng)險(xiǎn)提示、水文氣象及航行通（警）告等；

（3）融合無(wú)線甚高頻（VHF）系統(tǒng)功能，建設(shè)短信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)船舶遠(yuǎn)程報(bào)港、預(yù)警服務(wù)等功能?？筛鶕?jù)船舶的航行狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)不正常的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警。同時(shí)完成危險(xiǎn)品船舶管理及動(dòng)態(tài)跟蹤；

（4）實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶、船員等相關(guān)信息的關(guān)聯(lián)查詢。通過(guò)AIS、VTS、GPS、CCTV采集轄段內(nèi)航行船舶信息，與船舶、船員、簽證、安檢、行政處罰等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，進(jìn)行船員配備核查、船舶超載檢測(cè)等［1］［2］［3］；

（5）對(duì)監(jiān)管數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析，進(jìn)行深度挖掘，形成直觀的數(shù)據(jù)分析報(bào)表，為安全監(jiān)管提供決策依據(jù)；

（6）實(shí)現(xiàn)船舶超載檢測(cè)系統(tǒng)、船舶違章取證執(zhí)法系統(tǒng)、危險(xiǎn)品動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)及船舶報(bào)港等系統(tǒng)功能的密切融合，提供標(biāo)準(zhǔn)接口，使所有安全監(jiān)管系統(tǒng)的預(yù)（報(bào)）警統(tǒng)一展示、提醒及取證；

（7）長(zhǎng)江水域隨著季節(jié)變換，水位會(huì)發(fā)生改變，相應(yīng)地，各轄段的航行規(guī)則方面也會(huì)發(fā)生變化，定制合理的航行規(guī)則和船舶預(yù)警規(guī)則，形成航行規(guī)則庫(kù)和安全預(yù)警模型庫(kù)。系統(tǒng)收到目標(biāo)的位置信息后，根據(jù)制定的航行規(guī)則庫(kù)、預(yù)警模型庫(kù)的規(guī)則，判斷船舶是否違規(guī)，繼而產(chǎn)生預(yù)警信息。預(yù)警服務(wù)根據(jù)航行規(guī)則庫(kù)和船舶預(yù)警模型庫(kù)動(dòng)態(tài)將各類預(yù)警信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)異步發(fā)送給用戶，在客戶端中給予警示；

（8）在啟用視頻聯(lián)動(dòng)功能時(shí)，當(dāng)電子巡航系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)違規(guī)船舶時(shí)，系統(tǒng)會(huì)調(diào)動(dòng)就近聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)，對(duì)違章船舶進(jìn)行連續(xù)跟蹤，并實(shí)時(shí)采集視頻信號(hào)，直到該船舶糾正后或離開聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)范圍才結(jié)束，做到對(duì)違章船舶的跟蹤、取證及監(jiān)控目的；

（9）利用重點(diǎn)船舶全過(guò)程監(jiān)控功能，可以實(shí)時(shí)顯示重點(diǎn)船舶的起始港、目的港、載貨信息、航行速度及預(yù)測(cè)離港時(shí)間，通過(guò)對(duì)船舶位置的實(shí)時(shí)采集，系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)用可視范圍內(nèi)的視頻監(jiān)控點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行視頻監(jiān)控。做到轄區(qū)內(nèi)全過(guò)程監(jiān)控的目的［4］；

（10）當(dāng)船舶違規(guī)時(shí)，電子巡航系統(tǒng)將預(yù)警信息轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音，自動(dòng)觸發(fā)VHF設(shè)備，通過(guò)甚高頻，自動(dòng)將語(yǔ)音信息發(fā)送到船舶上，起到對(duì)船舶方提出警示作用。

（二）關(guān)鍵點(diǎn)

長(zhǎng)江海事電子巡航系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)依賴長(zhǎng)江海事傳感網(wǎng)，對(duì)所有巡航對(duì)象進(jìn)行感知、識(shí)別，以海事云計(jì)算服務(wù)為支撐，對(duì)船舶航行安全進(jìn)行預(yù)警分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)違章船舶的及時(shí)提醒或糾違處理［5］［6］。電子巡航系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．海事傳感網(wǎng)（如圖2）。長(zhǎng)江海事傳感網(wǎng)技術(shù)包括了船岸信息一體化網(wǎng)絡(luò)的支持、船載網(wǎng)絡(luò)的支持和岸基網(wǎng)絡(luò)的支持。

船岸信息一體化網(wǎng)絡(luò)是對(duì)船舶運(yùn)作過(guò)程的有關(guān)信息進(jìn)行傳輸、接收、存取、變換和反饋，并不斷對(duì)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化的控制管理一體化的系統(tǒng)。它是一個(gè)大范圍、多層次、多變量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和功能綜合的大系統(tǒng)。單船系統(tǒng)是一個(gè)船舶自動(dòng)化局域網(wǎng)，以單船作為一個(gè)結(jié)點(diǎn)，加入海事傳感網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)船岸一體化管理。船載傳感器負(fù)責(zé)單船數(shù)據(jù)采集，通過(guò)各類無(wú)線傳輸方式與岸上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)船岸數(shù)據(jù)同步，從而實(shí)現(xiàn)船岸之間的信息交換、監(jiān)控和管理，以及船岸信息的實(shí)時(shí)共享和交互，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種船舶的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高管理層的調(diào)度和經(jīng)營(yíng)、決策能力；同時(shí)還可以大幅度地提高船舶航運(yùn)安全性和保障港口水上交通安全，促進(jìn)港口和船舶之間的信息集成和交互。集成后的船舶信息可再次通過(guò)海事傳感網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)船舶和岸上機(jī)構(gòu)之間的信息傳遞，使海事部門機(jī)構(gòu)及時(shí)準(zhǔn)確地掌握船舶動(dòng)態(tài)，實(shí)現(xiàn)船舶的動(dòng)態(tài)巡航與監(jiān)控，而這些信息對(duì)于指揮決策、遠(yuǎn)程救助都是至關(guān)重要的。在船舶信息集成的基礎(chǔ)上，船岸連接還能夠使岸上人員協(xié)助船上人員實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)聽、調(diào)試、診斷及維護(hù)，能夠讓一組專家快速的在線研究船舶上發(fā)生的任何問(wèn)題，為保障船舶安全提供更多更好的服務(wù)。岸上還可以方便地實(shí)現(xiàn)船舶營(yíng)運(yùn)過(guò)程控制和質(zhì)量監(jiān)控。

圖1 電子巡航總體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 海事傳感網(wǎng)示意圖

通過(guò)船岸數(shù)據(jù)通信控制實(shí)現(xiàn)船舶端的船舶航行數(shù)據(jù)和船載設(shè)備數(shù)據(jù)采集，在岸基獲得船舶的實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的船舶導(dǎo)航設(shè)備信息和傳感監(jiān)控信息，提供實(shí)時(shí)的船舶動(dòng)態(tài)信息以及該時(shí)刻相關(guān)的江圖信息資料，在航行或作業(yè)時(shí)，對(duì)制定和實(shí)施航行或作業(yè)方案提供決策支持，跟蹤和記錄實(shí)施的情況。

實(shí)現(xiàn)氣象監(jiān)控、移動(dòng)監(jiān)控、停航監(jiān)控和無(wú)船位更新監(jiān)控。氣象監(jiān)控用于船舶所在位置和當(dāng)前活動(dòng)風(fēng)浪的位置關(guān)系，一旦船舶處于風(fēng)浪的影響范圍內(nèi)，系統(tǒng)將給出報(bào)警，以便及時(shí)做出避風(fēng)決策；移動(dòng)監(jiān)控主要針對(duì)確定處于停航狀況的船舶，發(fā)生位置變化即發(fā)出報(bào)警；停航監(jiān)控主要針對(duì)確定處于航行狀態(tài)的船舶，一旦發(fā)生位置無(wú)變化則發(fā)出報(bào)警；無(wú)船位更新監(jiān)控用于跟蹤船舶的船位更新是否及時(shí)，一旦超過(guò)設(shè)定時(shí)限沒(méi)有返回船位，則進(jìn)行報(bào)警提示。為了強(qiáng)化氣象信息（風(fēng)力、風(fēng)向、浪高和等壓線等氣象參數(shù)）在船舶航行和作業(yè)過(guò)程中的保障作用，應(yīng)提供專業(yè)氣象數(shù)字信息服務(wù)，并在電子江圖上顯示疊加，實(shí)現(xiàn)氣象預(yù)報(bào)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的自動(dòng)顯示［7］。

2．海事云計(jì)算服務(wù)。電子巡航系統(tǒng)利用海事云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)獲取船舶位置信息，結(jié)合空間地理信息，利用航行規(guī)則庫(kù)、預(yù)警模型庫(kù)及決策模型庫(kù)，對(duì)船舶航行狀態(tài)進(jìn)行全面分析，當(dāng)船舶違反航行規(guī)則時(shí)，立即通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通知各監(jiān)管終端，提醒安全值班人員進(jìn)行注意，同時(shí)通過(guò)甚高頻自動(dòng)將預(yù)警信息發(fā)送到違規(guī)船舶航行區(qū)域進(jìn)行安全預(yù)警提示。

3．船舶協(xié)同數(shù)據(jù)庫(kù)。船舶協(xié)同數(shù)據(jù)庫(kù)是電子巡航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐，將現(xiàn)有的監(jiān)管系統(tǒng)以及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)有效整合，并提供各種接口服務(wù)。電子巡航系統(tǒng)利用船舶協(xié)同數(shù)據(jù)庫(kù)提供的各種接口服務(wù)，結(jié)合海事云計(jì)算服務(wù)對(duì)轄區(qū)在航船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，同時(shí)將分析結(jié)果反饋給監(jiān)管終端。船舶協(xié)同數(shù)據(jù)庫(kù)不改變?cè)斜O(jiān)管系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行，充分利用現(xiàn)有資源，管理上可以共享互聯(lián)。

二、電子巡航系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

長(zhǎng)江海事局對(duì)電子巡航的總體要求是：船舶自動(dòng)巡航與跟蹤、渡口（碼頭）自動(dòng)視頻巡航與預(yù)警、重點(diǎn)江段的自動(dòng)視頻巡航、重點(diǎn)危險(xiǎn)源的綜合巡航、重點(diǎn)江段適航條件巡航與預(yù)警等。電子巡航要有利于提高海事巡航次數(shù)和效率，提升海事管理水平與能力，根據(jù)以上要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)［8］，總體框如圖3所示。

圖3 軟件功能結(jié)構(gòu)圖

（一）電子巡航計(jì)劃制定

海事機(jī)構(gòu)制定渡口、碼頭、重點(diǎn)江段、危險(xiǎn)源、江段適航條件的電子巡航計(jì)劃并將任務(wù)發(fā)送給執(zhí)法大隊(duì)執(zhí)行，執(zhí)法大隊(duì)按照制定的電子巡航計(jì)劃對(duì)管轄內(nèi)的船舶、碼頭、重點(diǎn)江段、危險(xiǎn)源、江段適航條件進(jìn)行24小時(shí)不間斷的巡航，并將每次電子巡航記錄上傳至服務(wù)器中。

（二）船舶自動(dòng)巡航與跟蹤

通過(guò)AIS／GPS／VTS系統(tǒng)及船舶、船員、簽證等數(shù)據(jù)庫(kù)的共享，對(duì)轄段內(nèi)的船舶依次進(jìn)行自動(dòng)巡航，在江圖上用表格方式依次展現(xiàn)船舶、貨物、船員、簽證、安檢等基本情況，對(duì)重點(diǎn)監(jiān)控船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，并及時(shí)移交下一轄段［9］。

（三）渡口（碼頭）自動(dòng)視頻巡航與預(yù)警

在對(duì)各渡口（碼頭）的視頻運(yùn)行軌跡預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)渡口（碼頭）的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，依次對(duì)各渡口（碼頭）進(jìn)行視頻巡航，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行預(yù)警和處置，消除事故隱患［10］［11］。

（四）重點(diǎn)江段的自動(dòng)視頻巡航

按預(yù)設(shè)的監(jiān)控路線和間隔時(shí)間，自動(dòng)進(jìn)行巡航，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行處置。各個(gè)海事局的管轄區(qū)域內(nèi)都有很多進(jìn)行重點(diǎn)檢查和巡查的江段，往往這些重點(diǎn)巡查的江段是工作的重點(diǎn)，但是由于各種通航條件的限制，海事部門無(wú)法對(duì)重點(diǎn)江段進(jìn)行7×24小時(shí)全天候監(jiān)控，所以自動(dòng)視頻巡航就顯得格外重要，可以對(duì)其重點(diǎn)江段進(jìn)行實(shí)時(shí)的巡航，減少事故的發(fā)生。

（五）重點(diǎn)危險(xiǎn)源的綜合巡航

重點(diǎn)危險(xiǎn)源是防范事故的重點(diǎn)區(qū)域，通過(guò)視頻等手段進(jìn)行定時(shí)的綜合巡航，加大巡航密度，提高事故隱患的發(fā)現(xiàn)概率，必定能有效地降低事故發(fā)生的可能性。

（六）重點(diǎn)江段適航條件巡航與預(yù)警

適航條件是通航管理的重要基礎(chǔ)，也是預(yù)防事故的重要手段。通過(guò)對(duì)渡口（碼頭）及重點(diǎn)江段的風(fēng)力風(fēng)向、霧及水流速度的定時(shí)巡航，及時(shí)進(jìn)行通航管理，是防范航運(yùn)事故的重要措施。

三、總結(jié)

電子巡航系統(tǒng)，是構(gòu)建在長(zhǎng)江海事基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上的，基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)包括光傳輸系統(tǒng)、IP承載網(wǎng)、海事業(yè)務(wù)廣域網(wǎng)，AIS基站及網(wǎng)絡(luò)、VTS站及網(wǎng)絡(luò)、CCTV點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)成為電子巡航的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

電子巡航要完成其工作，依賴兩大數(shù)據(jù)源：一是類似船舶數(shù)據(jù)、船員數(shù)據(jù)、船檢數(shù)據(jù)、簽證數(shù)據(jù)等的靜態(tài)數(shù)據(jù)，用于查詢、確定巡航對(duì)象的特征；二是類似GPS、AIS、VTS、CCTV等的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)提供巡航對(duì)象的位置、狀態(tài)、影像等動(dòng)態(tài)信息，這是海事監(jiān)管的主要信息來(lái)源。在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和兩大數(shù)據(jù)源的支撐下，定義了電子巡航的功能：船舶巡航、區(qū)段巡航、通航環(huán)境檢查、統(tǒng)計(jì)分析和報(bào)警輔助。電子巡航的軟件實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵問(wèn)題是GPS、AIS、VTS、CCTV等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的接口實(shí)現(xiàn)及將這些動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成船舶對(duì)象的位置信息顯示在地理信息系統(tǒng)（GIS）系統(tǒng)中，然后根據(jù)船舶的狀態(tài)完成相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)模擬的巡航任務(wù)。

通過(guò)調(diào)研分析傳統(tǒng)巡航中的問(wèn)題，研究海事監(jiān)管設(shè)施的技術(shù)特點(diǎn)，利用GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子巡航的技術(shù)框架、實(shí)現(xiàn)方法，并開發(fā)電子巡航的軟件平臺(tái)，通過(guò)在長(zhǎng)江海事局轄區(qū)使用，結(jié)果證明電子巡航能取得很好的效果，能滿足海事安全監(jiān)管的需要。

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