物聯(lián)網(wǎng)技術在海事監(jiān)管的應用和發(fā)展展望

摘 要：過去的十余年間，物聯(lián)網(wǎng)技術飛速發(fā)展，海事監(jiān)管不斷拓展完善，文章闡述了期間物聯(lián)網(wǎng)技術在海事監(jiān)管中應用及其取得的成效，并通過分析現(xiàn)階段海事監(jiān)管發(fā)展需求特別是應用物聯(lián)網(wǎng)技術時存在主要問題，提出通過建立水上交通要素標識碼，結合物聯(lián)網(wǎng)先進發(fā)展技術，實現(xiàn)智慧海事的建設目標。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) RFI EPC系統(tǒng) 海事監(jiān)管

物聯(lián)網(wǎng)技術在海事監(jiān)管應用情況

中國海事多年來堅持以科技和信息化為手段和保障，依托已全面覆蓋直屬海事系統(tǒng)、長三角及水網(wǎng)地區(qū)地方海事局的海事信息網(wǎng)，不斷提高海事監(jiān)管、應急反應和航海保障等各項海事監(jiān)管水平。依托物聯(lián)網(wǎng)技術，主要在通航環(huán)境、航標管理、船舶管理等領域形成了水上交通監(jiān)管要素的身份識別、精確感知、信息傳輸及綜合利用等物聯(lián)網(wǎng)技術應用環(huán)節(jié)。

1、通航環(huán)境

目前關于通航環(huán)境方面的物聯(lián)網(wǎng)應用還處于初期階段，在一些主要港口的通航水域的水上和水下，通過建設水文、氣象觀測站點，實時對潮汐、潮流、風速、風向、能見度、溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)采集，并建立信息處理和發(fā)布系統(tǒng)，為船舶交通管理、應急反應、防潮、防汛及防臺預警等奠定基礎，實現(xiàn)了與船舶安全航行密切相關的助航要素的智能采集、處理和綜合應用。廣東海事局在珠江口建立了主航道兩側的八個水文站和一個數(shù)據(jù)處理中心，以5分鐘為周期實時采集水文信息數(shù)據(jù)，經(jīng)CDMA通信網(wǎng)絡傳送回數(shù)據(jù)處理中心，經(jīng)匯總處理在水文信息服務網(wǎng)站上更新顯示。

除了水文、氣象數(shù)據(jù)之外，為全面感知通航水域海底地形地貌，真實展示航行環(huán)境，天津、上海和廣東海事局的海測大隊通過應用多波束掃側、側掃聲納、磁力儀、聲跟蹤系統(tǒng)、水下機器人等具有高新技術含量的海洋環(huán)境探測和識別設備，有效提高了測繪工作水平和應急反應能力，在航海保障和應急搜救中發(fā)揮了重要作用，為通航環(huán)境的恢復、減少財產(chǎn)損失等提供了有利條件。

2、航標管理

中國海事針對航標管理分散、條件惡劣的特點，積極運用相關物聯(lián)網(wǎng)技術，逐步擺脫依賴由航標管理人員巡檢或過往船舶報告航標異常而實施維護的模式。通過在航標上安裝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，集成了GPS定位、燈器能源、燈器運行控制、碰撞檢測、傾斜檢測等傳感設備，并根據(jù)航標各自特點，因地制宜的運用VHF無線局域網(wǎng)、GSM/GPRS通訊網(wǎng)、北斗衛(wèi)星通訊網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)等數(shù)據(jù)傳輸技術，在航海保障中心建立基于GIS的航標助航服務管理系統(tǒng)，實時獲取航標地理位置、工作狀態(tài)、電源系統(tǒng)等各部分工作參數(shù)，并有效確定航標故障，從而實現(xiàn)了航標管理人員對航標狀態(tài)的遠程感知和處置。目前已經(jīng)廣泛應用于燈浮標、燈塔、燈樁和導標等助航設施中，從而大大提高了航標可利用率、應急恢復能力及管理效率。目前，全國四大海區(qū)航標遙測遙控終端占比達到60%以上。

3、船舶管理

船舶管理作為海事監(jiān)管基礎和重點，中國海事一直不遺余力的圍繞船舶管理積極引進和開發(fā)相關科技信息化系統(tǒng)，通過運用AIS、VTS、RBN/DGPS、LRIT、VHF、CCTV等技術手段，不斷擴大系統(tǒng)部署的覆蓋范圍，并以行政強制力保障船舶對上述系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端的安裝和應用，通過上述各類技術手段的綜合運用實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的互補和融合，提升船舶采集數(shù)據(jù)的精度；同時在數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)綜合運用微波、衛(wèi)星、MSTP、SDH等無線或有線通信傳輸手段；最后在通過數(shù)據(jù)中心建設，以GIS平臺為載體，實現(xiàn)各類采集數(shù)據(jù)的綜合運用，利用數(shù)據(jù)挖掘技術從而實現(xiàn)船舶管理的可視化和綜合化。從而基本上構建了船舶身份識別、船舶精確感知、信息傳輸及船舶采集數(shù)據(jù)綜合利用等依托物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)了船舶綜合管理。主要應用系統(tǒng)情況簡要說明如下：

船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）。AIS是基于自主時分多址（SOTDMA）和GPS等現(xiàn)代通信及網(wǎng)絡技術，通過船載與岸上基站的AIS收發(fā)器在船舶之間、船舶與基站站之間建立信息交互平臺。目前中國海事局建設的中國AIS岸基網(wǎng)絡系統(tǒng)，由264座基站組成，通過VHF頻段和有線通信傳輸手段實現(xiàn)與AIS國家數(shù)據(jù)中心互聯(lián)互通，實現(xiàn)覆蓋我國99.97%的沿海水域和4大水系的內(nèi)河高等級航道，是全球規(guī)模最大的AIS岸基網(wǎng)絡系統(tǒng)。目前AIS是沿海船舶管理主要應用的技術手段之一。

船舶遠程識別和跟蹤系統(tǒng)（LRIT）。LRIT是利用衛(wèi)星定位和通信技術獲取船舶身份、船舶位置與對應時間等識別跟蹤信息，并發(fā)送給船旗國所指定的數(shù)據(jù)中心進行儲存和處理。LRIT由于具有全球覆蓋的特點，在反恐、環(huán)保、搜救和航行安全、海上保安等領域具有非常重要的作用。

船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）。VTS是利用雷達、CCTV和微波傳輸?shù)韧ㄐ旁O施監(jiān)控航行在港灣和進出港口的船舶，并給這些船舶提供航行中所需的安全信息的系統(tǒng)。“十一五”期間，中國海事局建成了覆蓋我國主要航道、港口的VTS中心28個，雷達站91個，實現(xiàn)了沿海主要港口和水道都能利用VTS進行船舶動態(tài)監(jiān)控和服務，當前，VTS仍在補點和覆蓋完善中。但從嚴格意義上，VTS并不完全具備物聯(lián)網(wǎng)技術的全部特性，但其經(jīng)過人工標識和與AIS識別船舶融合，在信息服務、助航服務、交通組織和聯(lián)合行動等海事監(jiān)管職責中發(fā)揮舉足輕重的作用。

無線電指向標-差分全球定位系統(tǒng)（RBN/DGPS）。RBN/DGPS是一種新型、高精度、全天候的海上導航定位系統(tǒng)，它利用航海無線電指向標來播發(fā)差分修正信息，向用戶提供高精度服務的助航系統(tǒng)。主要由基準臺、播發(fā)臺、完善性監(jiān)控臺和監(jiān)控中心組成。該系統(tǒng)定位為船與船這一物物通信。自1995年起，逐步建成覆蓋我國沿海的RBN/DGPS臺站21座，信息作用距離300公里，定位精度優(yōu)于10米，就其覆蓋范圍而言，延伸VTS和AIS的作用距離，為船舶航行、航道疏浚、航標布設、海道測量等提供了高精度的GPS定位，使船舶能更好的感知自身位置，促進航行安全。

上述技術除RBN/DGPS應用于船與船的物聯(lián)外，其他技術實現(xiàn)所采集的數(shù)據(jù)再結合CCTV、數(shù)據(jù)中心動態(tài)、靜態(tài)等信息，通過整合到GIS平臺，為海事管理、應急輔助指揮和航海保障提供了智能管理和可視平臺，從而使得數(shù)據(jù)綜合應用和決策分析得以初步實現(xiàn)。

4、其他管理

在應用物聯(lián)網(wǎng)技術方面除了上述海事對外服務和監(jiān)管外，在海事系統(tǒng)內(nèi)部的綜合管理和拓展信息采集等方面，各直屬局也在不斷拓展。比如天津海事局研究開發(fā)“測繪設備進出庫自動感知管理系統(tǒng)”，通過采用RFID、條形碼自動識別技術與通信技術等物聯(lián)網(wǎng)技術，結合移動式PDA電子標簽感應器和設備管理系統(tǒng)形成了RFID監(jiān)管網(wǎng)絡，對每臺加裝電子標簽的設備實行出入庫智能識別，提高了設備管理效率。比如江蘇海事局的移動執(zhí)法終端項目“海事通”和浙江海事局的船載無線綜合指揮系統(tǒng)，分別應用移動終端和在海巡艇上部署微波無線通信機，延伸了信息采集的觸角，在各自海事監(jiān)管領域發(fā)揮舉足輕重的作用。上述各項物聯(lián)網(wǎng)方面的應用都具有較高的推廣應用價值。

海事監(jiān)管應用物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展需求和存在問題分析

盡管物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)在海事監(jiān)管中得到了局部的應用，但由于物聯(lián)網(wǎng)技術和海事監(jiān)管均處在發(fā)展變化中，距離“全面精準感知，實現(xiàn)智能海事”還有相當漫長的道路要走。當前全球物聯(lián)網(wǎng)尚處在概念、論證和試驗階段，仍處于攻克關鍵技術、制定標準規(guī)范和研發(fā)應用的初級階段，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)需要解決一系列的問題。包括在傳感器核心芯片等方面存在核心技術的瓶頸、還未形成標準規(guī)范、信息安全問題有待解決、接入層統(tǒng)一協(xié)議有待制定、IPv6轉型迫在眉睫等若干問題。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中的迂回曲折及現(xiàn)階段的技術局限一定程度上影響了其在海事監(jiān)管的應用。

除了物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展本身面臨的挑戰(zhàn)外，結合海事監(jiān)管本身的發(fā)展需求和綜合分析現(xiàn)階段應用物聯(lián)網(wǎng)技術情況，在海事監(jiān)管領域存在以下問題善待解決：

1、統(tǒng)一的海事標準體系有待建立

發(fā)展智能海事，其基礎是實現(xiàn)海事監(jiān)管對象的精確“感知”，建立海事監(jiān)管的“電子鏡像”，實現(xiàn)信息共享及綜合處理。雖然海事監(jiān)管信息化及物聯(lián)網(wǎng)領域已經(jīng)建立了一系列的技術標準，但仍難以滿足海事監(jiān)管的發(fā)展需求。現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)應用物件標識各自獨立，導致形成信息孤島，這與物聯(lián)網(wǎng)要求的物件唯一標識的目標想違背。

2、進一步提升和完善精準感知體系

海事監(jiān)管的精準感知體系，在現(xiàn)有的包括AIS、LRIT、VTS等技術手段中，由于各有各自的技術局限性，主要在采集感知和數(shù)據(jù)傳輸方面存在問題。數(shù)據(jù)采集是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“物物相聯(lián)，人物互動”的基礎，物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集包括傳感器技術、嵌入式系統(tǒng)技術、采集設備和核心芯片，通過對采集設備獲得的各種原始數(shù)據(jù)進行必要的處理，以獲得與目標事物相關的信息。在海事監(jiān)管現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集技術手段，一方面存在標準不一、采集內(nèi)容單一的問題，另一方面在交通要素涉及面和地理覆蓋面各有優(yōu)劣，進而引發(fā)采集數(shù)據(jù)精度的問題，采集數(shù)據(jù)的精度是建立精準感知體系的關鍵要求之一。精確感知，顧名思義，必須具備在普適條件下的數(shù)據(jù)采集，具備高度的穩(wěn)定性和可靠性，避免出現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡不通、郵件丟失等現(xiàn)象，海事監(jiān)管涉及安全方面的職責對這方面要求尤其突出。

3、進一步完善感知傳輸體系

感知傳輸體系完善當前主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸效率和數(shù)據(jù)傳輸安全問題，除了現(xiàn)有的采集系統(tǒng)應用的傳輸手段外，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，各種不同無線通信技術與網(wǎng)絡結構不斷融合，包括無線傳感器網(wǎng)絡、RFID網(wǎng)絡、手機網(wǎng)絡、3G通信網(wǎng)絡、微波及衛(wèi)星傳輸網(wǎng)絡及有線寬帶等，通信網(wǎng)絡環(huán)境愈發(fā)復雜，其承載各類業(yè)務的基礎網(wǎng)絡安全性問題比現(xiàn)有網(wǎng)絡系統(tǒng)更加復雜，多種復雜異構的通信系統(tǒng)會由于自身特點對整體安全問題帶來影響。這與海事監(jiān)管具備嚴密安全性和可控性要求相去甚遠，還有漫長的道路要走。因此水上交通監(jiān)管要素間的信任關系、前端無線接入的認證和安全通信及安全體系的擴展等方面的研究進展是解決采集數(shù)據(jù)安全傳輸問題的關鍵。

4、進一步提升各類海事信息資源綜合應用

由于數(shù)據(jù)冗余，缺乏協(xié)同機制，如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源整合，實現(xiàn)綜合應用開發(fā)，是擺在海事發(fā)展面前的重要課題。通過尋求使用數(shù)據(jù)倉庫、聯(lián)機分析、數(shù)據(jù)挖掘、ESB等先進技術，加強決策支持力度和評價與決策系統(tǒng)的建設和完善，從而進一步提升海事精細化服務水平，在海事應急指揮、對外交通信息服務等方面發(fā)揮越來越重要的作用。

（作者單位：浙江海事局）