“e－航海”時代海事動態監管系統——電子巡航

郝 勇 江長運 陳仕祥 李翌陽

（武漢理工大學航運學院1） 武漢 430063） （內河航運技術湖北省重點實驗室2） 武漢 430063）

（中華人民共和國長江海事局3） 武漢 430016）

2006年，國際航標協會（IALA）首次提出“e－航海（e－Navigation）”概念，將電子信息技術應用到航海和水上交通安全管理中.目前，“e－航海”理念得到了世界海事組織（IMO）和各航運國家的積極推進和實施［1－3］.我國長江海事局適應“e－航海”時代的理念和技術，組織開發了電子巡航系統，于2011年7月1日在長江干線蕪湖段和武漢段試運行，2012年在該局全線推廣實施.

電子巡航系統作為一種新興的水上交通動態監管技術系統，還沒有得到廣泛的研究.現有的文獻對電子巡航的技術構架、運行模式等問題進行了初步探討［4－6］，有關電子巡航系統的概念、組成、功能等方面認識還不夠清晰.本文結合蕪湖海事局電子巡航系統應用現狀的調研結果，對“e－航海”時代背景下電子巡航系統概念、組成、功能特點進行全面的描述，分析其信息特征、實施效果及存在的問題，以深化對電子巡航的認識，促進電子巡航在海事動態監管的實施.

1 “e－航海”的概念及實施

1.1 “e－航海”概念

“e－航海”通過電子的方式，在船上和岸上收集、綜合和顯示信息，以增強船舶泊位到泊位的航行能力，以及相應的海上安全、保安和海洋環境保護能力.“e－航海”旨在將雷達、全球定位系統（GPS）、船舶交通服務系統（VTS）、自動識別系統（AIS）、閉路電視系統（CCTV）等現有技術系統進行全方位的融合，提高航行的安全性［7］.

1.2 “e－航海”實施現狀

2006年IMO制定“e－航海發展戰略”，積極促進“e－航海”目標的實現.同年，IMO在馬六甲海峽開展名為“地區海上電子高速公路（regional marine electronic highway，MEH）”的實驗項目，以期將岸基海事信息、海上環境信息和相應的船載航行設備信息進行綜合并提供給船上操作人員和岸基管理人員，利用海事咨詢資訊技術，建立加強航行安全、減少污染危險和收集用戶數據資料的地區網絡，從而保證船舶和岸上管理機關獲取充分的信息［8］.當前，“e－航海”的理念已通過世界各航運國家所研發使用的水上交通監管平臺體現出來，如歐洲內河航運信息服務（river information service，RIS）、芬蘭COAST WATCH系統、日本電子航海支持系統（electronic navigation support system）、美國智能航運信息服務網絡系統（intelligent waterway system and waterway information network，IWS）.

事實上，“e－航海”理念早已通過各類現代航海技術系統體現，其最突出的代表為VTS.VTS在提供通航信息服務、助航服務、船舶交通組織維護方面具有重要作用，成為水上交通管理的重要手段［9］.VTS的誕生可追溯至20世紀中期，至今已經歷了3個發展階段［10］，目前正朝向信息化、數字化、網絡化方向發展，這一特征正通過AIS、CCTV等技術系統在VTS中的應用顯現出來［11－12］.

2 電子巡航系統概念及組成

2.1 系統概念

電子巡航系統（electronic patrol system）是在整合AIS，VTS，CCTV等信息系統與監管系統功能的基礎上，通過模擬巡航、劃定邊界線、設置臨界值等技術手段，實現船舶交通秩序維護、船舶違章行為糾正與處罰、通航環境數據采集等功能的一種現代監管技術系統.

電子巡航系統將AIS，VTS，GPS等系統所采集的監管對象信息與海事業務數據中心標準數據或系統設定值進行比對，識別監管對象的運動狀態和發展趨勢，對不正常狀態進行預警，從而為海事管理機構實施水上交通安全監管提供參考和決策支持.

2.2 系統組成

電子巡航系統主要由監管平臺、協同系統和海事數據中心組成，其主體構架為“1＋6＋1”，即以地理信息系統（GIS）為平臺構建電子巡航系統平臺，高度整合船舶交通管理系統（VTS）、船舶自動識別系統（AIS）、全球定位系統（GPS）、氣象信息系統（WIS）、閉路電視監控系統（CCTV）、船舶違章取證系統、共享水位信息系統（WLIS）等7大系統，并配套長江海事數據中心與船舶管理系統、船員管理系統等系統實時聯動，其系統組成見圖1.

3 電子巡航系統功能

電子巡航系統功能可分為內部功能和監管功能，前者主要指系統內部數據采集和處理，后者主要是電子巡航系統所具有的水上交通動態監管功能.

3.1 電子巡航系統內部功能

圖1 電子巡航系統框架圖

電子巡航整合了現有的各類技術系統，信息高度集成和智能處置是其顯著特征之一.作為一種信息技術系統，電子巡航可實現數據信息的自動采集和智能評估.

3.1.1 數據的自動采集 電子巡航可對船舶交通信息和環境信息進行自動采集，其中船舶交通信息包括船名、船舶尺度、船舶類型、船員證書等靜態信息，船舶實時位置、航速等動態信息；環境信息包括與航道地理、水文、氣象等有關的信息.這些信息的采集是通過數據接口將現有的VTS，AIS等信號接入到電子巡航系統中，或者說電子巡航“借用”了現有系統所采集的信息，如接入AIS信息（船名、位置等）、VTS信息（船舶航速、航向等）、GPS信息（船舶定位、測速及時間等）、CCTV信息（區域和船舶實況畫面）、WIS信息（風況、溫度等）、WILS（水位、流速等）、長江海事數據中心數據（船舶簽證、船員證書、法律規范等）.

除上述途徑外，還可通過VHF守聽、船舶報告等方式人工獲取水上交通信息.

3.1.2 數據的智能評估 電子巡航系統通過功能開發，對所采集的數據進行智能化評估，以判斷船舶是否遵守相關航行規定、是否處于危險狀態或面臨緊迫局面、船員證書及船舶簽證、安檢等是否滿足規定要求等.這種評估主要通過“一模擬、兩線、兩值”技術（即模擬巡航技術、分隔線和邊界線技術、臨界值和領域值技術）進行.

1）模擬巡航技術 通過模擬巡航技術判斷船舶及船員證書是否存在缺陷.電子巡航系統通過模擬巡航實時獲取船舶及船員的基本信息，并自動和長江海事數據中心提供的數據進行比對，包括轄段內所有船舶是否存在安檢缺陷、逃避簽證、黑名單船舶、重點跟蹤船舶.

2）通過分隔線技術判斷監控船舶是否遵守定線制.電子巡航系統在相應定線制區域劃定中間分隔線，對在航船舶進行自動越線檢測（如蕪湖海事局目前設定為10m），超越該線的船舶會發出船舶逆向報警.

3）通過邊界線技術判斷特殊區域是否處于安全狀態.電子巡航系統劃定橋區、渡區、施工區、錨泊區、警戒區、淺區、取水口保護區等區域，值班人員根據系統報警設置及專業判斷，實時監控區域內外船舶航行和錨泊狀態.

4）通過臨界值技術對惡劣氣象水文狀況的預警，見圖2.電子巡航系統關聯了氣象、水文系統，通過將相應轄區內氣象站采集的水文氣象信息進行安全預警臨界值設置（如設定高水位9.4m、低水位4.52m，風力5級，能見度1 500m），超過臨界值時自動預警.

圖2 電子巡航系統臨界值技術通航環境參數設定

5）通過領域值技術實現在航船舶安全預警，見圖3.電子巡航系統通過設置過往船舶與特定區域（如橋區、渡區、錨地停泊區）的安全距離（如前后100m，左右50m），實現對船舶領域的安全預警，避免船舶在追越和并行過程中距離過近.

圖3 電子巡航系統領域值技術船舶安全間距預警

3.2 電子巡航監管功能

電子巡航監管功能體現在對水域現場通航環境和船舶交通秩序維護和監控等方面的應用，主要體現在：

1）轄區巡航監視 執法人員通過電子巡航系統對轄區水域進行全盤巡查，通過系統內部信息的采集和比對，可獲取區域內船舶交通和通航環境信息，發現船舶存在的問題及缺陷.

2）重點監管單元監控 電子巡航系統具有區域設置功能，可在監控平臺上劃定渡區、施工區、警戒區、錨地停泊區、橋區、淺區等特殊區域，并通過相應的系統預警設置及人員監視，可對這類重點監管單元進行實時監控.此外，還可對危險化學品船、渡船、大型船舶、客船等重點船舶進行跟蹤和巡視，實現對重點監管單元的監控.

3）船舶交通秩序組織和維護 執法人員通過電子巡航平臺及VHF等通訊設備對船舶交通秩序的組織和維護，監督船舶遵守轄區內有關船舶航行、停泊和作業要求的相關管理規定.重點監管內容包括：（1）船舶遵守船舶定線制規定情況，是否存在逆向行駛、錯走深水航路、不按限速規定航行等違法行為；（2）船舶遵守橋區等重點區域有關航行規定的情況，是否存在違法追越、并行、錯走橋孔、穿越橋區引航道、擅入施工區、超吃水、超渡區航行等行為；（3）船舶遵守停泊秩序規定，是否存在超范圍錨泊、超寬停泊、超負荷靠泊等違法行為；（4）船舶遵守限航或禁航等交通管制規定情況，是否存在不按限航規定航行、穿越禁航區等違法行為；（5）危險品船舶等重點船舶航行動態，是否存在違規作業、超載渡運等違法行為；（6）船舶、船員等靜態和航次信息，是否存在證書過期、配員不足、逃逸簽證、逃逸處罰、逃漏規費、未按規定糾正安檢缺陷等違法行為；（7）船舶AIS配備及使用情況.

4）發現和糾正船舶違章行為 電子巡航系統通過安全預警設置，可對某一特定區域內船舶的航行、停泊和作業情況進行安全預警，當船舶行為信息違反系統設置時，系統會發出自動報警，執法人員利用VHF呼叫對船舶違章行為進行糾正，要求船舶立即停止違章行為.在遠程糾正無效時，使用海事執法船登船檢查、制止船舶違法行為，保存船舶違法行為的有關電子證據，依法實施海事行政處罰或網上協查.

5）船舶違章取證及證據保存 利用電子巡航監管中船舶違章取證子系統，可對船舶違章行為進行取證，同時可對違章證據、處理結果、繳費信息等進行記錄和存檔，有助于提高海事監管效率和執法規范化水平.

6）發布通航信息 電子巡航可通過AIS短信播發等信息發布功能，對航行通（警）告、安全預警、氣象水文等安全信息進行發布，并提供安全航行咨詢服務.

7）協助應急行動開展 當發生水上交通事故及險情時，利用電子巡航系統信息采集和發布平臺，可為應急行動提供有關水文、氣象、事發船舶信息等資訊服務，對事發區域船舶交通秩序進行組織調度，協調各方應急船舶的行動.

4 電子巡航實施現狀及存在的問題

4.1 電子巡航實施現狀

在電子巡航實施后，船舶違章行為發現及遠程糾正、海巡艇出艇、行政處罰等主要業務數據均呈現較大的變化.以蕪湖海事局和武漢海事局為例，蕪湖海事局2011年7月～10月通過電子巡航發現船舶各類違章行為10 615次，實施遠程糾正違章行為10 203次，遠程糾正率達96.1%；武漢海事局2012年1月～6月通過電子巡航發現船舶違反航行規定行為129件（占所查處的該類違章行為總數的39%）、逃避簽證39件（占所查處的該類違章行為總數的68%），海巡艇油耗同比下降27%.

各分支局電子巡航運行數據表明，電子巡航實施后，船舶違章行為次數有所下降，海巡艇巡航針對性和效率提高，船舶違章行為得到進一步糾正，電子巡航監管威懾力得以彰顯，相對于傳統海巡艇現場巡航的監管方法，電子巡航在監管自動化和信息化方面具有顯著優勢.

4.2 存在的問題

自電子巡航實施以來，在長江干線水上交通安全管理工作中發揮了一定的作用，取得了較好的成效，但也暴露出一些問題，主要有：

1）電子江圖標示不準確，精確度不高 電子江圖存在漏標、錯標的現象，導致提供的靜態信息不準確.電子江圖上未標明部分錨地、停泊區、碼頭、泊位、渡線、過江電纜等準確范圍、位置，某些監管對象標示有誤，分界線標示不清晰或存在錯誤.建議重新對監管對象進行標示，對橋區、過江電纜區域，增加標示航寬、凈空高度；對已經停運的渡線，刪除已有的標示；對一類監管區、警戒區、錨泊區等重點水域，用色彩來區分這些重點水域，并增加特定功能（比如在某區域發生預警該區域會閃爍紅色光芒來提高警示程度）；對設標水域及分道通航水域，按照定線制規定，重新標示航標及分界線.

2）系統設備存在缺陷，系統功能不完善，誤報警多 系統的主要監管設備GPS，AIS有時無信號顯示，VTS船舶信號盲點較多，小型船舶基本沒有信號，造成此類船舶無法監控，而且GPS、AIS、VTS信號接入存在偏差，船舶信號接入信號不同步，不能實時反映水上實際情況.建議及時更新系統主要監管設備，彌補設備的缺陷，穩定信號源，使電子巡航系統功能得到完全發揮.

同時，船舶歷史回放功能單一，僅能回放單船一定時間段的歷史軌跡，如有違法行為需要取證（如警戒區并行、追越），則不能滿足違法事實的調查，并且在歷史回放時電子江圖中沒有標明定線制航道，無法說明船舶越界、逆行等違法事實.建議增加船舶歷史回放的功能，結合重新標示的電子江圖實施監管.

系統設備的缺陷還導致系統穩定性不足.電子巡航系統運行以來，各操作臺多次發生死機、白屏現象，需把電子巡航系統徹底卸載刪除后再重新安裝才可正常使用.

另外，電子巡航系統的覆蓋面不廣.建議強化現場AIS設備檢查，擴大系統的覆蓋面，增大系統動靜態信息量，讓電子巡航系統更廣泛被應用于動態監控、事故調查、數據統計等.

3）專業技術水平不高，系統維護力量不強現場執法人員對電子巡航系統軟件不夠熟練.部分執法人員對新知識的接收速度較慢，電子巡航專業技術水平較低，在實施電子巡航時不能完全勝任.建議增強現場執法人員的定期知識培訓.專業技術水平的不足還導致系統維護力量不強，因此要加強專業技術保障隊伍的建設，通過多種渠道引進和補充人才，來彌補維護力量不足問題，特別是加強VTS設備維護人才的培養，以保障各項系統順暢運行.

4）相關管理規范需進一步制定和執行 當前，長江海事局有關電子巡航的工作規范還不完善，針對人員職責、值班規范、統計報表、業務培訓、系統維護保養、考核評估等一系列管理規范尚未得到制定，或雖然已制定但各分支局規范不統一，電子巡航的運行還沒有得到規范地管理，需要研究制定相關規范，確保電子巡航工作的順利開展.

5 結束語

電子巡航適應e－航海理念，整合了現有的VTS，AIS，GPS等信息技術系統，將物聯網技術應用到水上交通監管中，通過海事傳感網對巡航對象的狀態參數進行實時采集、傳輸，運用專家系統分析巡航對象的安全狀態和運動態勢，實現了對船舶違章行為的智能判斷和遠程糾正.對數據的自動采集和智能評估是電子巡航最顯著的信息特征，在該特征下，電子巡航實現了轄區巡航監視、重點監管單元監控、船舶交通組織和維護、船舶違章發現和糾正、通航信息發布等監管功能.

［1］彭國均，張杏谷，項 鷺，等.歐盟蒙拉麗薩海事工程探析及其啟示［J］.中國航海，2012，35（3）：62－66.

［2］鮑劍波.“e－航海”概念的發展［J］.中國海事，2007，（11）：48－51.

［3］SPALDING J W，SHEA K M，LEWANDOWSKI M J.Intelligent waterway system and the waterway information network［C］.Proceedings of the 2002National Technical Meeting of The Institute of Navigation.San Diego，CA，2002：487－495

［4］余龍泉，熊 輝，孫 鵬.長江海事電子巡航系統的開發與實現［J］.武漢交通職業學院學報，2012，14（4）：9－12.

［5］張 帆.基于扁平化管理理念的長江電子巡航運行模式研究［J］.中國水運，2012（9）：44－45.

［6］程家友.談電子巡航在長江海事中的應用［J］.中國海事，2013（2）：42－44.

［7］白亭穎，朱勇強.e－Navigation發展研究［J］.中國海事，2011（7）：52－55.

［8］李紅喜.海上電子高速公路技術在馬六甲海峽的應用［J］.海洋測繪，2003（6）：59.

［9］朱家高，陳建華.VTS效用及中國VTS管理［J］.大連海事大學學報，2008，34（S1）：30－33.

［10］曹余勤.智能VTS系統應用研究［D］.大連：大連海事大學，2004.

［11］朱 軍.船舶交通管理基礎［M］.大連：大連海事大學出版社，2012.

［12］羅素云，譚 箭.AIS與雷達目標航跡相關算法［J］.武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2003，27（1）：112－115.