程洪 交通運輸部南海航海保障中心廣州航標處

1.引言

航標是維持海上運輸暢通，保障船舶安全、經(jīng)濟航行的重要設施，對發(fā)展我國水上交通運輸事業(yè)，支持海洋資源開發(fā)和漁業(yè)捕撈，促進國民經(jīng)濟建設和發(fā)展，加強國防建設和維護國家主權(quán)均有非常重要的作用。近年來，港珠澳大橋、深中通道、海上風電場、隧道工程等一系列的國家、省市重點水上工程順利建設離不開航標的助航保障服務。廣州航標處轄區(qū)內(nèi)粵港澳大灣區(qū)建設正如火如荼地建設著，灣區(qū)內(nèi)利用船舶出行的旅客眾多，每天往返香港、澳門、廣東（珠海、中山、深圳、佛山、東莞等）等地的高速客船多達500多艘次；珠江口多個港口貨運吞吐量大，每天穿梭的航運船舶多達幾千艘次；各類涉海工程也正如火如荼地建設當中。在這種背景下，灣區(qū)建設對航標高質(zhì)量服務的需求是不言而喻的。另外由于“海洋強國”“交通強國”等國家戰(zhàn)略的實施，必然刺激航運增量發(fā)展與航運擴容需求，航標服務質(zhì)量也提出了新的要求。在這些歷史契機下，需要我們提供綠色、環(huán)保、高效、便捷、智能的航標服務。

2.廣東航道規(guī)劃情況

按照《廣東省的航道總體規(guī)劃》（2020-2035年），全省的航道總體布局為構(gòu)建“八通、兩橫、一網(wǎng)、三連、四線”主骨架，形成內(nèi)外聯(lián)通、干支銜接的全省航道“一張網(wǎng)”。其中，廣州航標處的轄區(qū)處于“八通”中的珠江口進港主通道（含廣州港出海航道、深圳港西部港區(qū)進港航道、礬石水道等）、深圳港鹽田港區(qū)進港航道，用于支撐國際樞紐港廣州港和深圳港的國際貿(mào)易發(fā)展；“兩橫”中的沿海東西向航路中的陽江、江門、深圳沿海水域，及西江和東江線中的廣州通航水域，密切粵東西地區(qū)與粵港澳大灣區(qū)聯(lián)系?！耙痪W(wǎng)”中的廣州、東莞、深圳沿線的珠三角高等級航道網(wǎng)，形成珠江三角洲經(jīng)濟發(fā)展和對外貿(mào)易的主要連接通道和江海中轉(zhuǎn)聯(lián)運的網(wǎng)絡；“四線”中的江門港廣海灣航道和陽江港海陵灣港區(qū)主航道，促進全省沿海港口均衡發(fā)展，促進沿海產(chǎn)業(yè)發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級，支撐沿海經(jīng)濟帶發(fā)展。

近期（2020-2025年）在建的沿海項目有深圳港西部港區(qū)出海航道疏浚拓寬工程（20萬噸級）；新建的沿海項目有廣州港環(huán)大虎島公用航道工程（7萬噸級）、廣州港 20萬噸級航道工程（含小船航道）、廣州港環(huán)大虎島公用航道工程（7萬噸級）、廣州港20萬噸級航道工程（含小船推薦航道）。

中期（2026—2035年）強化航道與港口發(fā)展規(guī)模相互適應，科學合理實施粵西和粵東沿海超深水航道，重點推進14個沿海港口進港航道等項目的實施，全面提升沿海航道等級。其中，廣州航標處轄區(qū)的項目有鹽田港區(qū)進港航道（20萬噸級）、秤頭角LNG航道（10 萬噸級）、媽灣港區(qū)進港航道（10萬噸級）、蛇口港區(qū)進港航道（15萬噸級）、龍鼓西航道（20萬噸級）、廣州港出海航道（北段）（7萬噸）。

3.浮標情況

目前，浮標大多是用鋼材制作，鋼材易腐蝕，需要進行防腐處理，涂刷大量防腐化學材料和表面顏色，給海洋生物造成巨大威脅，嚴重污染海洋環(huán)境。浮標燈器、電池、太陽能板、AIS、雷達應答器獨立配置，增加航標工作人員現(xiàn)場作業(yè)難度，存在安全隱患。另外，浮標設置在海洋、河流、航道，具備優(yōu)良的設備搭載性能。

根據(jù)《交通強國建設綱要》和《交通強國海事建設綱要（2018-2050）》的戰(zhàn)略部署，交通運輸部印發(fā)《綠色交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》，推動航保業(yè)務轉(zhuǎn)型升級，推廣應用航標新材料、新技術(shù)、新工藝，增強視覺助航效能，促進節(jié)能減排。為了保護和改善海洋環(huán)境，保護海洋資源，防治污染損害，維護生態(tài)平衡，在航道上布設燈浮標選用線性低密度聚乙烯新材料制作，安裝一體化燈器。搭載視頻監(jiān)控和多用途傳感器，拓展航標功能，全面提升污染防治、節(jié)能低碳、生態(tài)保護、資源節(jié)約循環(huán)利用水平，推進綠色航道建設。

4.線性低密度聚乙烯新材料浮標

浮標釆用先進的制造技術(shù)及工藝，釆用進口線性低密度聚乙烯原色材料（見圖1），應用于浮體、顯形板、頂標等部位，充分發(fā)揮了材料的優(yōu)異性能。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計合理，堅固耐用且外形美觀，視覺效果極佳，提高了助航性能，為船舶航行安全，提供了強有力的保障。

圖1 線性低密度聚乙烯新材料浮標

（1）新材料模塊采用優(yōu)質(zhì)的線性低密度聚乙?。↙LDPE）原色材料結(jié)合先進的滾塑一體成形工藝，具有結(jié)構(gòu)堅固、耐腐蝕性強、韌性強、耐老化等特點。

（2）浮標整體在高鹽高濕強紫外線的海洋環(huán)境下，使用10年后，其結(jié)構(gòu)強度仍可保證助航要求，表面顏色仍符合IALA標準，期間不需要進行刷漆著色工作。

（3）浮標生產(chǎn)過程綠色環(huán)保、無污染；且整體材料無毒無害，可回收再利用，符合國家相關(guān)環(huán)保要求。

（4）浮標浮體內(nèi)部填充閉孔率大于90%的雙組份發(fā)泡材料，保證浮體受損后不會進水沉沒而影響航行安全。

（5）浮標表面光滑，海生物不易附著，使用高壓水槍可輕松清除表面污漬，大大降低了后期的運行維護強度及成本。

5.“北斗+AIS”一體化航標燈

目前國內(nèi)航標設備遠程監(jiān)控主要采用北斗通信方式，只有航標管理部門能看到航標的運行狀態(tài)，過往船舶只能通過目視觀察標志，在能見度較低時航行危險系數(shù)較高。

AIS航標只在重要位置和拐點設置，且北斗終端與AIS單獨運行，結(jié)構(gòu)安裝與供電相對復雜，AIS航標向周圍船舶發(fā)出21號報文，AIS航標運行數(shù)據(jù)（6號報文）通過基站遠程傳輸，當基站與AIS航標距離較遠時，AIS的運行信息無法傳輸給基站，加上當前航標運行管理系統(tǒng)暫未接入AIS航標數(shù)據(jù)，航標部門很難對AIS航標進行有效監(jiān)管。

將AIS通信與北斗通信集成于一體（見圖2），通過北斗通信將AIS航標的數(shù)據(jù)上傳至航標運行管理系統(tǒng)，讓航標管理人員實時了解目視航標（航標燈）與無線電航標（AIS）的運行狀態(tài)，航標燈的運行數(shù)據(jù)也能通過報文6傳輸至AIS基站，雙通道監(jiān)控，數(shù)據(jù)更可靠；同時也能夠減少航標設備的安裝，成本相對較低，后期維護也更方便。

圖2 北斗監(jiān)控系統(tǒng)可同時接收北斗上傳的燈器運行數(shù)據(jù)和AIS運行數(shù)據(jù)

（1）燈器集成AIS通信及北斗通信單元，既能向過往船舶發(fā)送AIS信號，也能將燈器與AIS的運行信息上傳至監(jiān)測平臺，實現(xiàn)航標信息多方共享。

（2）燈器內(nèi)置藍牙模塊，可以通過藍牙APP獲取燈器的運行參數(shù)，也能夠在不拆卸燈器的情況下設置AIS信息、燈器運行參數(shù)，解決了一體化燈器現(xiàn)場維護、調(diào)試困難、AIS參數(shù)必須連接電腦設計的難題。

（3）燈器集成度高，外形輕巧，安裝快捷，便于維護。

6.視頻影像系統(tǒng)

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由四路攝像頭、主機、通信模塊組成，系統(tǒng)遠程通過信號與遠程監(jiān)控平臺建立連接。當系統(tǒng)觸發(fā)攝像頭啟動時，攝像頭開始錄像，主機將攝錄的影像上傳至監(jiān)控平臺。系統(tǒng)方框圖見圖3。

圖3 通訊模塊

6.1 船舶進入到AIS警戒范圍內(nèi)啟動攝像

根據(jù)已經(jīng)布設AIS基站，遠程監(jiān)控平臺可以接收水域內(nèi)所有裝載AIS船臺的船舶信息，如位置、航向、航速等；同時可以在遠程監(jiān)控平臺上錄入智能視頻系統(tǒng)的位置和警戒范圍，當船舶駛?cè)刖浞秶?，遠程監(jiān)控平臺通過4G網(wǎng)絡自動發(fā)送指令，啟動攝像頭錄像，并在監(jiān)控上顯示報警信息，主機將攝錄的影像上傳至監(jiān)控平臺。

6.2 船舶進入到攝像頭識別警戒范圍內(nèi)啟動攝像

智能視頻系統(tǒng)的攝像頭具有強大的圖像處理、AI算力、模式識別和計算機視覺技術(shù)，能夠在一定范圍內(nèi)識別船舶及船舶信息，當船舶駛?cè)霐z像頭警戒范圍（可設置）時，攝像頭自動開啟錄像功能，主機將攝錄的影像上傳至監(jiān)控平臺，遠程監(jiān)控系統(tǒng)上顯示報警信息。相對于傳統(tǒng)的安裝碰撞傳感器的視頻影像系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以將碰撞之前影像提前攝錄并上傳至監(jiān)控平臺，就算影像系統(tǒng)被撞失能，仍然能夠追溯事故船舶。

6.3 人工遠程開啟攝像

管理人員可以根據(jù)需要，通過遠程監(jiān)控平臺手動開啟攝像頭錄像，主機將攝錄的影像上傳至監(jiān)控平臺。在出現(xiàn)大霧天氣或者人員落水時，可以支持應急和救援。

7.智能航道功能擴展

綠色智能航道可以從兩個方面擴展，一是氣象、水文、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)采集，二是氣象、水文、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)播發(fā)。這些氣象信息可用于船舶航行保障、海洋科學觀測與研究。同時，通過粵港澳大灣區(qū)水域現(xiàn)有航標進行技術(shù)改造，實現(xiàn)關(guān)鍵位置航標具備能見度觀測、風速風向觀測、表面流觀測等功能，收集轄區(qū)水域通航信息，并通過網(wǎng)絡傳輸至岸基數(shù)據(jù)中心，經(jīng)處理分析后分發(fā)至港口航道相關(guān)運營單位和監(jiān)管職能部門，作為日常生產(chǎn)和管理的重要依據(jù)。

7.1 氣象、水文、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)采集

和船舶航行相關(guān)的適合浮標和燈船進行多渠道感知的水文氣象基礎信息主要包括：

①風速、風向、氣壓、溫濕度、降雨量等：利用安裝于浮標或燈船上部的氣象測量儀對航標位置處的風速、風向、氣壓、溫濕度、降雨量等進行監(jiān)測。

②能見度：利用安裝于浮標或燈船上部的能見度傳感器對航標位置處的能見度進行監(jiān)測。當能見度極低時，會產(chǎn)生報警信息，及時向岸基平臺和過往船只發(fā)出安全預警。

③波浪：由浮標上的波浪測量儀測量波高、波向、波周期等數(shù)據(jù)。

④流速、流向：利用安裝于浮標或燈船下部的多普勒流速測量儀記錄航道的流速流向，尤其是剖面流速流向的觀測，可以監(jiān)測海水倒灌現(xiàn)象。

⑤水深：測量航標所在位置的水深，水深測量儀一般都包括溫度補償儀，可以測量航標所在位置水溫，計算落水人員失溫趨勢。

⑥航標姿態(tài)：利用安裝在航標上的姿態(tài)測量儀及碰撞傳感器感知航標和船舶的碰撞。

⑦溢油監(jiān)測：當水中石油類物質(zhì)含量上升時，可能存在海面溢油情況，航標會及時發(fā)出溢油預警，促使有關(guān)部門迅速處置。

⑧水溫、濁度、鹽度、酸堿度等：由水質(zhì)測量儀測量水溫、鹽度、酸堿度、電導率、溶解氧DO、氧化還原電位ORP、化學需氧量COD、水濁度、葉綠素含量等，可以根據(jù)這些參數(shù)評估航道水體質(zhì)量。

⑨大氣污染指標：大氣污染指標主要包括：PM2.5、船舶尾氣含硫量等。當船只通過航標時，可采用非分散紅外光譜儀（NDIR）對其煙囪部位實施遠程光學攝像，測量分析尾氣成分。若測得含硫量超標，則可推斷該船尾氣不達標，由航標將相關(guān)信息發(fā)送至海事監(jiān)管部門。

7.2 氣象、水文、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)播發(fā)

智能航道系統(tǒng)擬使用III型AIS航標，可以使用多種接入方式發(fā)送多種信息，信息包含21號報文（AIS航標報告信息），6號報文（航標—岸臺補充報告信息、航標遙測遙控信息、水文氣象信息、環(huán)境監(jiān)測信息等）。III型AIS航標回傳的數(shù)據(jù)比較豐富，能有效避免時隙沖突，保障傳輸成功率，發(fā)射功率最高可達12.5瓦，傳輸距離較遠，具備AIS接收功能，能夠輔助記錄周邊通過的AIS船只歷史記錄，并支持氣象、水文、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)播發(fā)功能。

7.3 數(shù)據(jù)采集管理

數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)主要完成傳感器通訊、信息采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲并控制數(shù)據(jù)傳輸，保證數(shù)據(jù)可以通過不同的通信方式穩(wěn)定可靠的將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǚ掌?。按預定時序（可設置）對各功能模塊和通信設備加電工作，在采集完成后關(guān)閉。正常情況下，按預定的頻率，對水文氣象要素進行自動采集和處理；惡劣海況下，根據(jù)內(nèi)部設定的門限值可加密觀測，惡劣海況結(jié)束后可自控恢復正常觀測。對采集數(shù)據(jù)進行初步質(zhì)量控制，內(nèi)容包括：剔除粗大誤差；檢查測量值上下限等。自動編制報文，利用通信傳輸系統(tǒng)把數(shù)據(jù)發(fā)送給岸基系統(tǒng)。采用大容量的固態(tài)數(shù)據(jù)存儲器，用于采集原始數(shù)據(jù)的保存。