智慧航保重任在肩

文 / 本刊記者 陳楠枰

智慧航保重任在肩

文 / 本刊記者 陳楠枰

雖“春風不度玉門關”，亦能漂洋過海直搗鹿特丹。

在海運通道構成著我國最重要能源原材料運輸通道的今天，我們研究和探討建設21世紀海上絲綢之路，不能不涉及海上航道和重要海峽通道的安全保障問題。

擁有適度超前的基礎設施、運輸裝備、服務能力和支持保障系統，對海運通道具有一定的影響力與控制力，能夠有效保障國家重要物資和人員的海上運輸。

航保人亦早已清醒地認識到，隨著中國經濟實力的增強和國家地位的提高，在海上通道和航道安全保障領域應該做出與一個負責任大國形象相匹配的貢獻。

而建立裝備現代化、管理信息化、反應快速化、巡航搜救立體化的水上支持保障系統，持有強大的航海保障能力已經且必須成為海運強國的特點之一。

由一款航海APP說起

趕在2014年的最后一天，“海E行”終于正式上線，為廣大使用手機或平板電腦的航海用戶提供電子海圖瀏覽、航線繪制、海上定位及導航、航跡查詢等服務。

“以往我們的服務重點更多關注于港口航運企業、中大型船舶，由于成本關系、船員素質等原因，造成許多沿海低配小型船舶不能享受移動助航服務。”據東海航海保障中心主任王鶴荀介紹，作為一款新的海上移動助航軟件，“海E行”專門針對小型漁船、低配非公約船舶及個人用戶設計開發，正為“貧民船”開啟不輸于中大型船舶的智慧航保服務。

通過手機APP下載“海E行”后記者發現，通過該款軟件不僅可以在線或離線下載電子海圖，實時獲取定期更新的港口、島嶼、礁石、水深、航標等航海數據，還能隨時測量始發港、目的港及任意兩點間的航行距離，獲取電子海圖上任意點的經緯度，或通過經緯度查找目的地位置，為海上航行提供參考依據。

除此之外，不僅能滿足于對即將航行的線路進行手工設計、修改及保存，讓海上航線設計更加智能、便捷，亦可通過GPS或沿海移動基站配合電子海圖進行準確定位、導航。

窺豹一斑，從構思到上線測試，“海E行”的誕生從側面顯現著交通運輸部東海航海保障中心以科技為媒、智慧航保的步履堅定。誠然，這僅是騏驥一毛。

e-Navigation 為了更安全高效的航海

過去幾十年來，隨著數字化航海技術的迅速發展，GPS、BDS、AIS、電子海圖、無線電通信和計算機網絡等現代技術在航海領域廣泛應用，為船舶航行提供了更加安全可靠的服務保障，海上信息技術得到明顯進步和飛速發展。

基于云計算平臺、web云端和智能手機云端的“海e行”電子航行示意圖云服務平臺

然而，很多情況下這些技術的進步都是單獨發生的，一些為船舶和陸上用戶服務的信息應用系統獨自運行，缺乏集成。越來越多的設備引入，使航海人員獲得信息的負擔大大增加，反而影響了航行安全和效率。

尷尬的現實面前，為減輕“大量信息導致的混亂”，“e-Navigation（E-航海）”研究項目應運而生。

國際海事組織將“E-航海”定義為：“通過電子的手段，收集、整合、交換、顯示和分析船方和岸方海上信息，以加強泊位到泊位航行和相關服務，從而提高海上航行安全和安保能力，保護海上環境。”

國際航海界普遍認為，“E-航海”不應是硬件設備，而是信息的集成，是航海信息的大平臺，是先進導航技術。

本著“航行更安全，成本更低”的最終目標，世界發達國家相繼開展“E-航海”戰略研究和系統開發等相關工作，從用戶需求、框架結構、差距分析、成本/效益分析和風險研究出發，基于這些研究結果，著手制定“E-航海”戰略實施計劃。

建立中國獨有的框架體系

對“E-航海”的受益用戶而言，只要關心在信息域獲得的信息是否滿足自己需要，而不需要知道這些信息具體來源于哪個具體的技術服務子系統或哪個設備。

對“E-航海”系統而言，則只需要根據用戶各種業務數據請求，從不同的技術服務子系統中獲取數據，并以標準的數據格式、適當的展現形式提供給用戶，從而滿足用戶需求。

近年來，交通運輸部東海航海保障中心亦以現有科研成果為技術基礎，以自身科技力量為研發主體，聯合相關高校、科研院所、港口集團、引航、氣象服務、水文管理等有關部門，著手開展“E-航海”項目研究。

“國際上，‘E-航海’的發展已經進入實施階段，而中國還處于跟蹤分析消化狀態。”王鶴荀介紹，隨著海洋強國戰略的深入推進，積極實施中國的“E-航海”項目，參與相關國際技術交流與合作，將有助于提高在國際海事事務中的話語權,更好地融入國際海事發展的趨勢與潮流，并更好地服務國家經濟建設和社會發展。

王鶴荀這樣表述其對“E-航海”中國戰略的愿景，“建立中國的‘E-航海’框架體系，實現航海保障類數據信息在船舶和岸上設施之間交換，并整合、轉換這些數據，成為各利益相關方支持決策和行動的助航保障服務信息。通過戰略實施，達到‘航路更安全、領海更安保、航運更高效、系統更集成’的總體目標。”

為此，東海航海保障中心根據“E-航海”的航海保障服務系統總體架構，在關鍵技術和創新、海上服務集國際標準化和S-100為標準的海上通用數據交換模型國際標準化等三個方面著力開展此套集成框架在中國的應用研究。

“以技術架構為骨架的基礎上，‘E-航海’戰略真正實施的血肉是各類針對不同用戶需求的海上服務集。每個服務都針對特定的用戶需求或底層數據服務，如AIS數據采集服務、船舶進出港口統計分析服務、水上交通管理服務、航海保障系列服務等等。這些服務構成了‘E-航海’的核心，是其‘按需服務’宗旨的體現。”王鶴荀表示。

自升式鉆井平臺站樁定位

強大的航海保障能力不僅關系到船舶的航行及安全，也關系到我國沿海港口經濟建設和海洋強國戰略的穩步推進。

其中，以無線電指向標-差分北斗衛星導航系統、海上北斗連續運行參考站系統、水上安全信息數字廣播系統、寬帶VHF數據通信系統、電子海圖服務云平臺為技術突破點，并在此基礎上構建ENIC（e-Navigation in China）系統，建設洋山港示范區。

長江口北斗CORS網絡整體圖

大戢山差分北斗（RBN-DBDS）系統覆蓋范圍

右一為王鶴荀

智慧航海也能低成本航海

盡管“E-航海”的系統技術架構以站在信息化服務為制高點，以“智能化”為指導原則，是船舶通信導航的“云”。它集成所有相關海上技術服務系統，按照統一的業務模型和數據進行傳輸，最終實現用戶按需獲取數據、隱藏數據來源和通信方式的智能化服務保障體系，實現簡捷而有效的船船、船岸、岸船和岸岸之間的通訊，保障船舶航行安全、提高海上交通效率。

強大的航海保障能力不僅關系到船舶的航行及安全，也關系到我國沿海港口經濟建設和海洋強國戰略的穩步推進。

無線電指向標-差分北斗衛星導航系統

2013年初，東海航海保障中心組織實施北斗和GPS雙模交替播發差分改正試驗及定位精度比對試驗，其定位精度可以達到亞米級，各項性能指標“完勝”全球定位系統，獲得2014年度中國航海科技獎一等獎。

中心開發BDS基準站、監測站、發射機、雙模接收機和遠程監測系統等具有完全自主知識產權的軟硬件系統，并在此基礎上，完成全球首座BDS/GPS雙模臺站--大戢山RBN-DGNSS（DBDS+DGPS）臺站的建設，于2013年7月1日起試運行，于2014年1月1日起正式運行。

北斗CORS系統

2013年，東海航海保障中心在長江口橫沙島、雞骨礁、大戟山、蘆潮港架設四處基準站，并于上海海事測繪中心建成的地面數據處理中心，建成我國首個專門服務于沿海水域的北斗多基站地基網絡增強服務系統，填補了北斗導航系統在此領域的空白。

經大量的測試數據驗證，在系統覆蓋的2213平方公里核心區域內實現了水平精度3厘米、垂直精度5厘米的高精度定位，5812平方公里高精度區域實現了水平精度15厘米的實時定位，12132平方公里區域實現了亞米級的實時定位。系統建成后在海道測量、水運工程、大型裝備制造和航運物流等涉海領域得到應用。

水上安全信息數字廣播系統

在NAVDAT電子海圖發布傳輸試驗中，一幅電子海圖的更新包文件（91KB）只用37秒就傳輸完成，實現了電子海圖的遠程自動更新。

2013年初，東海航海保障中心著手NAVDAT研發前期準備工作，收集、研究有關NAVDAT技術資料，編制研發方案，完善頂層設計。同時開展NAVDAT系統中OFDM調制技術、NAVDAT數據幀、SIS數據源等關鍵技術的基礎研究，完成部分關鍵技術進行測試工作，技術研究進度位居國際前列。

寬帶VHF數據通信系統

GMDSS現代化戰略是IMO制定的未來海事重點發展內容，解決海上通信現代化問題，其中GMDSS現代化一個主要目標是建設新一代的VHF水上數字通信系統，是實現e-Navigation的前提和保障。下一代寬帶VHF數據通信主要應用在船對岸數據業務、岸對船數據接入、船對船數據通信。

東海航海保障中心攜手上海海事大學合作開展寬帶VHF數據通信系統的關鍵技術研究，并開發完成相關樣機設備。在實驗中，采用100KHz的通信帶寬，已經實現在20Km的距離上，有效傳輸速率304.5Kbps的高速數字通信。

電子海圖服務云平臺

經過多年技術研究和論證，東海航海保障中心構建了“中國海事官方電子海圖云服務平臺”——“海E行”，開發支持云服務的安卓、IOS平臺智能移動終端客戶端應用軟件，為用戶提供電子海圖數據及豐富的GIS功能。

針對用戶的不同需求，電子海圖云服務主要有兩種提供形態，一是用戶可通過在線調用的形式訪問中國海事電子海圖云，在線體驗，二是針對不能連接互聯網的用戶可選擇離線包下載服務的方式。

洋山港e-Navigation示范工程

洋山港e-Navigation示范工程建設主要是保障能見度不良情況下（500m～1000m）的大型集裝箱船舶進出洋山港航行的安全。能見度不良航行期間，需強化對通航船舶的監控能力和手段，維護管區內船舶秩序和安全、確保洋山進港主航道暢通和強化對小型船舶的監控能力和手段。

因船長對于航行環境不熟悉且最新的航道信息沒有及時更新，致使船長所參考的信息已經過時，最終使得船舶擱淺的新聞已經并不新鮮。倘若不幸翻船，這是一艘滿載原油的船舶，由擱淺而引發泄漏或燃燒、爆炸，對港口生態環境和經濟建設無疑是毀滅性打擊。

交通運輸部例行新聞發布會宣布《北極航行指南（東北航道）》正式出版發行

“相比于6.4億元的損失，投資3000萬元用于洋山港‘E-航海’示范區一期項目，就能在見度不良的情況下保障大型集裝箱船舶進出洋山港航行的安全。”

安全是航行保障不容忽視的根基。在“E-航海”戰略中，各類海上服務之間進行著不同類型數據的交換和傳輸。針對特定數據的描述，在交換中應具有一定的標準模型，同時在數據交換過程中還需要標準的交換協議。

“基于S-100標準的數據模型和數據傳輸標準是‘E-航海’戰略落地的血液，使各類海上服務集之間，能夠無縫進行數據共享和業務信息交換，從而實現各部分之間的互連互通。”王鶴荀告訴記者。

當然，智慧航海并不意味著高成本航海。

東海航海保障中心項目組成員俞毅曾為“E-航海”項目算過一筆成本賬，其附加在實際價值中的經濟價值著實令人唏噓。

根據以往實際經驗，上海港水域每年有近20天會遭遇霧天困擾，大批船舶尤其是集裝箱班輪面臨延誤，港口生產受到極大影響。

以上海國際港務集團為例，2013年，該集團貨物吞吐量為5.42億噸，同比增長7.97%；其中，集裝箱吞吐量3361.7萬標準箱，同比增長3.34%。“目前，上港集團日均集裝箱吞吐量約4萬標箱，以此估算，每年受到霧天影響的就有近80萬標箱。若將每個標箱在港區的裝卸利潤按800元來計算，每年僅因受到霧天影響導致集裝箱裝卸的經濟損失能高達6.4億元！”

“相比于6.4億元的損失，投資3000萬元用于洋山港‘E-航海’示范區一期項目，就能在見度不良的情況下保障大型集裝箱船舶進出洋山港航行的安全。”俞毅表示。

“從前，我們關注的重點是如何保障船舶安全航行；現在，我們更關注在保證安全的前提下，降低運營成本，因為只有這樣，才能實現航海事業的可持續發展，為建設海洋強國注入源源不斷的生機和活力。”東海航海保障中心副主任、總工程師劉嘉華如是說。

北極東北航道航行指南（2014版） 封面

CORS2014擴展圖

無人測量艇

無人測量艇：帶著電子眼海底

2013年2月至3月，在交通運輸部海事局該年度第二次南海巡航中，水面智能無人測量艇于南海西沙和南沙海域實施我國首次海上實地應用并獲得成功。同年榮獲中國航海科技進步獎一等獎。

南海巡航中，上海海事測繪中心利用無人測量艇對南海西沙某大型軍港水下障礙物進行成功探測，解決了該軍港長期無法靠泊大型船艦的問題；同時還對南海南沙諸島礁實施了水下地形地貌測繪工作，“其社會效益、軍事效益和經濟效益無法估量。”

“從2010年開始，中心的研發團隊即針對近海淺水域特別是島礁、沉船、淺灘等危險水域吃水淺、障礙物多、涌浪影響嚴重等水域特點和難點問題，創新性地研究開發基于機器人技術的、用于近海淺水域海洋測繪的水面智能無人測量艇。”王鶴荀介紹。

據悉，項目基于智能機器人技術，研制海洋測繪和海洋環境監測，不僅實現了無人智能化、大范圍、網格化的海洋多要素綜合測量功能，突破了目前海洋測繪和環境監測的時空限制，并達到了國際海道測量組織IHO SP44特級測量標準。具有智能化、遠距離穩定自主航行、多種測量技術集成與綜合、操作簡便、適應性廣的強大優勢。

2014年，東海航海保障中心的第二條無人測量艇隨第31次南極科考隊赴南極進行南極羅斯海水域海圖測量工作，更于近日成功獲取維多利亞地新站附近海域12平方公里的水下地形測繪資料，完成測線280公里，制作完成墨卡托投影的1:5000大比例尺海圖，為雪龍船在該海域的航行安全以及尋找合適錨地提供了科學依據。在國際上率先開展海區無人智能化、大范圍、網格化海洋測繪。開辟了機器人與海洋測繪相結合的新領域，提升了我國海洋測繪裝備的技術水平。

據介紹，考察活動中，東海航海保障中心承擔了航標助導航系統建設和相關水域測繪工作任務，并專程派出兩名技術骨干隨船執行測繪任務。專用AIS移動基站、北斗AIS船載終端及單人AIS示位儀，可利用北斗衛星遠程船舶中繼監測和短報文信息服務功能，為“雪龍”號在冰區航行破冰中播發AIS虛擬航標，標示破冰航路，提高破冰前進的效率和準確性，同時使中國極地中心及時掌握“雪龍”號航行途中的動態信息。單人AIS示位儀則為離船和冰上工作人員進行定位跟蹤及指示目標方位，大大提高了科考隊員作業的安全系數。