鐘漢明

摘要：隨著我國(guó)海洋油氣田勘探開發(fā)的發(fā)展，離岸海洋油氣平臺(tái)以及平臺(tái)間海底管線、電纜等數(shù)量與日俱增，也增加了過往船舶與平臺(tái)發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)以及過往船舶對(duì)海底管線和電纜損壞等風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)此問題，結(jié)合虛擬航標(biāo)的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀，以及海洋油氣開發(fā)設(shè)施特點(diǎn)，提出了將虛擬航標(biāo)應(yīng)用到海洋油氣開發(fā)設(shè)施的方案，用以保障海洋油氣開發(fā)設(shè)施的安全生產(chǎn)和船舶安全航行，并對(duì)應(yīng)用中可能存在問題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：虛擬航標(biāo) ?油氣開發(fā)設(shè)施 ?自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) ?應(yīng)用現(xiàn)狀

引言

隨著海洋油氣勘探和開采技術(shù)不斷提升，海上油氣采集、生產(chǎn)和附屬設(shè)施的數(shù)量也不斷增加，在某些海域形成了平臺(tái)群以及相關(guān)的海底管線/電纜等附屬設(shè)備，給過往船舶安全航行帶來了隱患[1]。同時(shí)，海上過往商船、漁船和作業(yè)工程船舶在航行和作業(yè)過程中，一旦與海洋油氣開發(fā)設(shè)施發(fā)生碰撞會(huì)帶來極大的危害，嚴(yán)重影響海上石油的安全生產(chǎn)。此外，海洋平臺(tái)也會(huì)對(duì)周圍的通航環(huán)境和船舶安全航行造成一定的影響[2]。

目前，防止船舶與海洋平臺(tái)的保障措施主要有人為的措施，如設(shè)置信號(hào)燈，警示標(biāo)志，以及派守護(hù)船在周圍守護(hù)警戒，這些措施有效地保障了海洋油氣設(shè)施的安全作業(yè)。但是在能見度不良或者其他惡劣天氣等情況下，以上措施很難發(fā)揮其作用，應(yīng)對(duì)船舶的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，以及船舶拋錨對(duì)海底管線和電纜的破壞風(fēng)險(xiǎn)，海洋油氣開發(fā)設(shè)施迫切需要一種新的安全保障機(jī)制。虛擬航標(biāo)是一種基于AIS技術(shù)、ECDIS等技術(shù)的一種為過往船舶標(biāo)識(shí)障礙物或者提供危險(xiǎn)物警告的有效手段，其抗惡劣環(huán)境干擾能力強(qiáng)、易布設(shè)等特點(diǎn)很好地契合了海洋平臺(tái)安全保障的需要。

虛擬航標(biāo)的工作原理

虛擬航標(biāo)是基于 AIS 網(wǎng)絡(luò)而產(chǎn)生和發(fā)展的新型航標(biāo)應(yīng)用技術(shù)，是一種不存在的無實(shí)體的航標(biāo)，它需要從附近的AIS基站發(fā)送相關(guān)信息。它綜合了計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和AIS等現(xiàn)代高新技術(shù)在航標(biāo)領(lǐng)域中的應(yīng)用，將AIS 與電子海圖顯示和信息系統(tǒng)（ECDIS）有機(jī)結(jié)合，利用 AIS 基站將管理區(qū)域內(nèi)的航標(biāo)信息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地傳送給用戶，并在AIS的顯示屏、ECDIS 上顯示出來，在這種情況下，航標(biāo)符號(hào)會(huì)出現(xiàn)在AIS 的顯示屏上沒有實(shí)際航標(biāo)存在的特定位置，從而達(dá)到監(jiān)控、預(yù)警等目的。

AIS虛擬航標(biāo)系統(tǒng)原理是在3G（GPS/GSM/GIS）系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將3G系統(tǒng)采集的航標(biāo)數(shù)據(jù)及人機(jī)接口輸入的其它非遙測(cè)航標(biāo)數(shù)據(jù)，變換為適合 AIS 接口的數(shù)據(jù)格式，通過 AIS 基站網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，而后在船舶或相關(guān)管理部門的 ECDIS 界面上進(jìn)行顯示，監(jiān)控中心將數(shù)據(jù)送至AIS接口，AIS 處理器對(duì)送來的數(shù)據(jù)按電文要求進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過AIS 基站網(wǎng)絡(luò)利用 VHF 鏈路進(jìn)行發(fā)布，船舶及相關(guān)的用戶利用 AIS 接收機(jī)接收后在ECDIS 系統(tǒng)上顯示，如圖1所示：

圖1 ?AIS虛擬航標(biāo)系統(tǒng)工作原理圖

虛擬航標(biāo)在海洋油氣開發(fā)設(shè)施中的應(yīng)用

隨著近年來海洋油氣業(yè)的發(fā)展，以油氣鉆探平臺(tái)和油氣采集、生產(chǎn)平臺(tái)以及其附屬設(shè)備為代表的離岸海洋建筑物逐漸增多，都給沿海的通航環(huán)境造成很大的影響，如沒有建立完善的助航保障體系，過往商船、漁船和作業(yè)工程船在航行或作業(yè)過程對(duì)海洋油氣開發(fā)設(shè)施帶來了隱患。傳統(tǒng)的手段，包括設(shè)置警戒標(biāo)，配備警戒船等仍不能有效保障船舶安全通過海洋油氣開發(fā)設(shè)施附近水域，尤其在惡劣天氣情況下，因此迫切需要一種新的保障措施引入來改變目前的局面。

虛擬航標(biāo)是基于AIS網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生新型航標(biāo)應(yīng)用技術(shù)，它是將某一區(qū)域內(nèi)航標(biāo)信息實(shí)時(shí)發(fā)送給用戶，并在顯示終端顯示。與傳統(tǒng)實(shí)體航標(biāo)相比，虛擬航標(biāo)具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：①虛擬航標(biāo)的設(shè)置比較快捷、方便，比如為某個(gè)水域設(shè)置一個(gè)沉船等標(biāo)識(shí)，虛擬航標(biāo)的快捷型就可以很好的體現(xiàn)，只需在AIS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中設(shè)置一座沉船標(biāo)識(shí)即可;②虛擬航標(biāo)設(shè)定、更改和維護(hù)的成本較低。虛擬航標(biāo)主要依靠AIS岸基系統(tǒng)，其設(shè)置一般通過AIS系統(tǒng)資源實(shí)現(xiàn)，因此設(shè)定、更改或維護(hù)基本不需要額外花費(fèi)，相對(duì)于傳統(tǒng)航標(biāo)成本顯著減少;③虛擬航標(biāo)的布設(shè)基本不受水域環(huán)境、海況和氣象等條件限制?；贏IS技術(shù)的虛擬航標(biāo)具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、排他性、抗干擾性、信息量大和更新及時(shí)等特點(diǎn)，因此虛擬航標(biāo)的位置信息更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定;④虛擬航標(biāo)更綠色和環(huán)保，更符合我國(guó)海事“更安全、更清潔、更便捷”的服務(wù)宗旨。

通過以上虛擬航標(biāo)與傳統(tǒng)航標(biāo)對(duì)比可以看出，虛擬航標(biāo)很適合應(yīng)用于海洋油氣開發(fā)設(shè)施領(lǐng)域，為其周圍水域安全提供保障。海上油氣開發(fā)設(shè)施通常是不可移動(dòng)，屬于離岸建筑物范疇。根據(jù)國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)（IALA）于2007年6月頒布了《關(guān)于海區(qū)航標(biāo)服務(wù)中使用自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）的建議案》（A-126）中明確指出離岸建筑物（例如：鉆油平臺(tái)）屬應(yīng)配備相應(yīng)AIS航標(biāo)的要求。根據(jù)國(guó)際海事組織（IMO）在SOLAS 公約2002年修正案要求，國(guó)際航行300總噸和國(guó)內(nèi)沿海航行500總噸及以上的船舶已分別于2004年 12月31日和2008年7月1日前安裝AIS 設(shè)備。同時(shí)，較大船舶均配備了電子海圖顯示和信息系統(tǒng)（ECDIS），2012 年起 ECDIS 將是船舶必須強(qiáng)制安裝的設(shè)備，進(jìn)而能夠顯示AIS信息。AIS及ECDIS的廣泛使用為虛擬航標(biāo)在油氣開發(fā)設(shè)施中發(fā)揮作用創(chuàng)造了前提條件。

隨著海洋油氣田開發(fā)技術(shù)日益成熟，海上平臺(tái)以及平臺(tái)之間海底管線/電纜數(shù)量增多，有些海域已經(jīng)形成了平臺(tái)群，其占據(jù)的海域面積較大，對(duì)過往商船、漁船以及作業(yè)工程船舶安全航行或作業(yè)產(chǎn)生顯著影響。根據(jù)不同平臺(tái)的位置、功能需求的不同，選擇合適的AIS設(shè)備種類、規(guī)格，設(shè)置相適應(yīng)AIS虛擬航標(biāo)，使其作用距離能夠覆蓋本工程所有平臺(tái)以及平臺(tái)間管線/電纜，從而通過信息的相互探測(cè)、監(jiān)控和預(yù)警，以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)目標(biāo)：

盡可能實(shí)現(xiàn)油氣平臺(tái)或平臺(tái)群水域的AIS全覆蓋，使過往船舶從各個(gè)方向靠近平臺(tái)群時(shí)均能在一定安全距離外接收到油氣平臺(tái)的基于AIS的虛擬航標(biāo)信息。endprint

為航行在平臺(tái)或平臺(tái)群周圍水域的船舶提供精確位置服務(wù)，如用于航線矯正等。

通過AIS基站通過虛擬航標(biāo)可以為附近水域船舶進(jìn)行提供必要的氣象或者其他重要信息服務(wù)。

緊急情況下，基于AIS虛擬航標(biāo)可以對(duì)應(yīng)急組織、救援管理起到足夠的信息支持作用。

存在的問題

盡管虛擬航標(biāo)應(yīng)用到海洋平臺(tái)是未來發(fā)展的趨勢(shì)，但同樣存在一些問題。未來虛擬航標(biāo)的規(guī)?；瘧?yīng)用過程中將主要面臨以下問題：

在中短期內(nèi)，虛擬航標(biāo)不會(huì)被許多船舶顯示（由于沒有安裝ECDIS等相關(guān)配套設(shè)備），或者虛擬航標(biāo)的大小在不同顯示終端大小不同。

虛擬航標(biāo)需要統(tǒng)一規(guī)范相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，目前仍沒有統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。虛擬航標(biāo)相關(guān)規(guī)范的設(shè)定涉及很多部門，要使虛擬航標(biāo)更高效地發(fā)揮作用，必須協(xié)調(diào)好IMO、IALA、IHO、ITU、IEC、以及航海儀器生產(chǎn)商等各方利益，制定一個(gè)統(tǒng)一、詳細(xì)的虛擬航標(biāo)實(shí)施規(guī)范。

虛擬航標(biāo)對(duì)AIS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性有很高的要求。在應(yīng)用過程中，要考慮全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）受到非法攻擊的可能性;相關(guān)電子導(dǎo)航設(shè)備出錯(cuò)可能性以及其對(duì)干擾的敏感性;需要考慮AIS VDL容量大小和FATDMA設(shè)計(jì)的合理性。

此外，英國(guó)和愛爾蘭航標(biāo)管理局在虛擬航標(biāo)草案中對(duì)虛擬航標(biāo)設(shè)定做了以下要求，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)做了明確說明：①應(yīng)能滿足日益增長(zhǎng)的過往船舶的各種通信能力需求;②圍繞風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置虛擬航標(biāo);③盡量減少虛擬航標(biāo)的作用范圍;④提供有效的信號(hào)位置;⑤虛擬航標(biāo)可以提供航標(biāo)、確定位置以及危險(xiǎn)區(qū)域警告等功能;⑥虛擬航標(biāo)技術(shù)還需要進(jìn)一步監(jiān)督、審核和開發(fā);⑦需要有一個(gè)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);⑧可以為電子航海的發(fā)展提供支持;⑨需要考慮花費(fèi)合理性以及盡量減少對(duì)環(huán)境的影響。

結(jié)論

虛擬航標(biāo)的出現(xiàn)為海洋油氣開發(fā)設(shè)施安全生產(chǎn)增添了一道安全防撞網(wǎng)，將會(huì)大大降低來自船舶對(duì)油氣平臺(tái)以及對(duì)海底管線和電纜等碰撞風(fēng)險(xiǎn)，從而產(chǎn)生很大潛在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，隨著ECDIS技術(shù)、AIS技術(shù)等和海上安全相關(guān)的信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬航標(biāo)將會(huì)呈現(xiàn)無限的應(yīng)用前景，不僅在離岸海洋油氣開發(fā)設(shè)施，而且港口、內(nèi)河航道等區(qū)域發(fā)揮越來越重要的作用。

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（作者單位：中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司）endprint