領海基點動態(tài)監(jiān)控體系設計研究

徐文斌，徐鵬杰，范詩玥，劉慶群

（1.國家海洋信息中心，天津 300171）

技術熱點研究

領海基點動態(tài)監(jiān)控體系設計研究

徐文斌1，徐鵬杰1，范詩玥1，劉慶群1

（1.國家海洋信息中心，天津 300171）

針對傳統(tǒng)領海基點監(jiān)控方式在監(jiān)控成本和監(jiān)控效率等方面無法滿足領海基點保護與管理需求的問題，通過分析領海基點監(jiān)控的現(xiàn)狀﹑需求和可行性，結合國家領海基點保護的要求，提出了一套層次化的領海基點動態(tài)監(jiān)控體系方案，并對方案實施的技術難點和預期效果進行了分析。該方案綜合運用多源定點監(jiān)控設備﹑移動監(jiān)控設備﹑遠距離網(wǎng)絡傳輸和輔助決策支持等信息技術手段，可對領海基點本身及其標志﹑保護范圍﹑所在海島﹑周邊領海及其外部海域的人員活動﹑船只運行和工程建設進行監(jiān)控，為開展領海基點及其周邊大范圍區(qū)域的全天候﹑立體化監(jiān)測提供思路。

領海基點保護；動態(tài)監(jiān)控；海洋權益；網(wǎng)絡傳輸

領海基點是計算領海﹑毗連區(qū)和專屬經(jīng)濟區(qū)的起算點，是確定一個國家管轄海域的重要標志，具有重要的法律﹑權益意義。1982年4月聯(lián)合國通過《聯(lián)合國海洋法公約》，各國都根據(jù)自己的具體情況主張權利，而這些權利爭取的基礎是確定領海基點。我國分別在1996年《中華人民共和國政府關于中華人民共和國領海基線的聲明》和2012年9月10日《中華人民共和國關于釣魚島及其附屬島嶼領海基線的聲明》中，宣布了中國大陸領海的部分基線和西沙群島領海基線的77個領海基點，以及中國釣魚島及其附屬島嶼領海基線的17個領海基點的名稱和地理坐標[1-3]，并不斷加強領海基點及其所在海島的保護力度，通過立法﹑立項等方式推動和落實相關工作。

實時掌握領海基點及其標志﹑領海基點所在海島及其周邊海域入境船只和開發(fā)活動等情況是開展各項權益維護﹑保護管理工作的基礎。《中華人民共和國海島保護法》規(guī)定，國家對領海基點所在海島實行特別保護，任何單位和個人都有保護海島領海基點的義務；并明確領海基點所在的縣級以上人民政府海洋行政主管部門應承擔所轄范圍內(nèi)領海基點及其所在海島的監(jiān)控和保護工作。然而我國尚未完全建立國家級的領海基點監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控標準和技術手段也未經(jīng)統(tǒng)一。目前的監(jiān)控手段主要為船只巡航﹑登島檢查和遙感監(jiān)測，不僅對人力﹑物力需求較高，且難以反映實時狀況，還易受天氣和海況因素影響，在時間和空間上存在明顯盲區(qū)。隨著國家海洋權益維護的需求不斷提升，傳統(tǒng)的領海基點監(jiān)控方式已不能滿足管理和保護的要求，亟需設計和建設一套標準統(tǒng)一﹑實用高效的領海基點海島動態(tài)監(jiān)控體系，在有效減少投入的基礎上，及時獲取領海基點及其所在海島乃至周邊海域的實時信息﹑人類活動情況和生態(tài)環(huán)境狀況，做到提早發(fā)現(xiàn)﹑準確識別﹑全程監(jiān)控，為管理部門依法開展領海基點管理和保護提供信息基礎和決策依據(jù)。

1 領海基點海島動態(tài)監(jiān)控技術方法

特殊條件下的可視化監(jiān)視和實時傳輸技術一直是制約領海基點動態(tài)監(jiān)控的主要問題。領海基點遠離大陸，處于高溫﹑高鹽﹑高濕的環(huán)境，加之沒有穩(wěn)定的電力供應，建設維護難度大。近年來相關技術快速發(fā)展，為領海基點動態(tài)監(jiān)控的實施提供了有利條件。目前，視頻和雷達監(jiān)控技術已十分成熟，在林業(yè)﹑漁業(yè)監(jiān)控等方面得到大量應用，能滿足領海基點海島監(jiān)控要求，如王志寶[4]等在林業(yè)病蟲災害遠程監(jiān)控系統(tǒng)中將2D/3D GIS技術和視頻監(jiān)控技術相結合，實現(xiàn)了適于精細監(jiān)控和大范圍巡查的林業(yè)病蟲害可視化監(jiān)控；郝江凌[5]等基于雷達技術構建的近海船舶分布式監(jiān)控系統(tǒng)，能對遼東灣內(nèi)各類船只進行動態(tài)監(jiān)控，并可對越過報警線的船只進行自動報警；廣東省﹑山東省等也展開了針對部分領海基點的視頻監(jiān)控試點工作。此外，超視距微波傳輸﹑無人機監(jiān)控和波浪能海面機器人等新技術也趨于成熟，并在相關行業(yè)得到了不同程度的應用，能極大地擴展監(jiān)控范圍，提高監(jiān)控網(wǎng)絡布設的自由性，有效彌補常規(guī)監(jiān)控設備無法達到的盲區(qū)。

2 監(jiān)控體系設計研究

從業(yè)務需求出發(fā)，領海基點海島動態(tài)監(jiān)控體系應以領海基點保護為業(yè)務核心。在監(jiān)控方法上，以多源監(jiān)控設備﹑實時傳輸網(wǎng)絡﹑多媒體技術和GIS技術等信息化手段為主，盡量減少人員登島和船舶巡航檢查；在監(jiān)控對象和范圍上，應對相關法規(guī)中涉及的領海基點及其所在海島﹑領海基點及其保護范圍標志﹑保護范圍內(nèi)的人類活動﹑自然環(huán)境等信息進行監(jiān)控，并將監(jiān)控范圍向周邊海域輻射；在監(jiān)控要求上，監(jiān)控體系應對天氣條件有較強的適應性，滿足全天時﹑全天候﹑高準確性的要求。

通過領海基點海島動態(tài)監(jiān)控體系建設，可為地方﹑國家和有關部門開展領海基點保護與管理工作提供信息保障和數(shù)字化決策支持，實現(xiàn)領海基點基本情況﹑變化情況和潛在危險的“三清楚”，提升我國在相關海域維護海洋權益﹑處置突發(fā)事件﹑提高綜合指揮決策的綜合能力以及領海基點管理決策水平。

2.1 層次化領海基點監(jiān)控模式

由于領海基點所處位置和地理環(huán)境較為特殊，不具備常規(guī)陸地監(jiān)控的基礎條件，無法依靠單一監(jiān)控手段滿足監(jiān)控需求。在全面覆蓋監(jiān)控區(qū)域的前提下，采用層次化監(jiān)控體系設計，可在充分發(fā)揮設備優(yōu)勢﹑合理配置資源的同時，滿足領海基點管理與保護工作的監(jiān)控需求。層次化領海基點監(jiān)控模式（表1），即以領海基點為中心，按照領海基點本身及其標志﹑領海基點保護范圍﹑領海基點海島及其周邊領海和領海基點周邊大范圍海域4個層級，根據(jù)相應的管理要求設計監(jiān)控內(nèi)容，選擇監(jiān)控設備。

表1 層次化領海基點監(jiān)控模式

2.1.1 領海基點本身及其標志監(jiān)控

《中華人民共和國海島保護法》規(guī)定“禁止損毀或者擅自移動領海基點標志。任何單位和個人都有保護海島領海基點的義務”。由于領海基點及其標志（標志碑﹑方位碑）長期暴露在自然環(huán)境中，在波浪沖擊﹑陽光暴曬和風化侵蝕長期綜合作用下，會發(fā)生自然老化，需要通過可靠手段監(jiān)控其老化破損程度，以便進行破損評估和維護；同時，由于保護意識薄弱，一些人員在領海基點周邊靠岸﹑停船和作業(yè)時的不當操作，也會對領海基點及其標志造成破壞，需對其進行實時監(jiān)控，及時制止破壞行為的發(fā)生。因此，該層監(jiān)控的重點是領海基點周邊人類活動和領海基點標志的安全情況等。

由于高精度定點監(jiān)控攝像機可根據(jù)環(huán)境光照度變化，自動選擇彩色和黑白攝像機工作，其自動聚焦鏡頭成像清晰且焦點夜間不偏移，適于進行全天候﹑高清晰度的實時監(jiān)控，因此可采用架設高精度定點攝像機的方式，實現(xiàn)對領海基點本身及其標志的全天候不間斷定點監(jiān)控，實時獲取清晰圖像，分析破損老化程度，并對進入監(jiān)控范圍的異常物體進行監(jiān)測﹑報警和語音警示。

2.1.2 領海基點保護范圍監(jiān)控

《中華人民共和國海島保護法》規(guī)定“禁止在領海基點保護范圍內(nèi)進行工程建設以及其他可能改變該區(qū)域地形﹑地貌的活動。縣級以上人民政府海洋主管部門應當按照國家規(guī)定，對領海基點所在海島及其周邊海域生態(tài)系統(tǒng)實施監(jiān)視﹑監(jiān)測” 。《領海基點保護范圍選劃與保護辦法》規(guī)定“禁止損毀或者擅自移動領海基點標志和領海基點保護范圍標志”。根據(jù)上述法規(guī)要求，為保護領海基點的準確性和穩(wěn)定性，防止在領海基點保護范圍內(nèi)開展工程建設以及其他可能改變該區(qū)域地形﹑地貌的活動，應對領海基點保護范圍進行監(jiān)控，監(jiān)控的重點在于保護范圍內(nèi)潛在的人類活動和保護范圍標志的安全情況等。

為滿足領海基點保護范圍監(jiān)控需求，可借助周邊建筑物或搭建監(jiān)控塔，架設高精度視頻監(jiān)控設備，通過自動巡查和人工控制相結合的方式，對保護范圍內(nèi)的人員行為和開發(fā)利用活動進行監(jiān)控。

2.1.3 領海基點海島及其周邊領海監(jiān)控

根據(jù)《國家海洋法公約》，領海基點連線構成我國領海基線，由領海基線向外延伸12海里的海域為我國領海范圍。為了加強領海管理，有必要在領海基點動態(tài)監(jiān)控中，對領海基點周邊領海的非法填海造地﹑挖沙﹑盜采珊瑚﹑侵犯領海主權等行為進行監(jiān)控。

在領海基點海島及其周邊領海范圍內(nèi)，可依靠視頻監(jiān)控和雷達監(jiān)控設備，對區(qū)域內(nèi)的移動目標進行探測跟蹤和自動報警：領海基點周邊10 km（約5.4海里）范圍內(nèi)，可通過架設集成了多光譜監(jiān)控視頻和小目標雷達的雷達聯(lián)動遠距離光電監(jiān)控設備，對雷達散射截面（RCS）大于1 m2﹑高度大于1 m的目標進行探測，并與多光譜監(jiān)控視頻聯(lián)動，形成多個波段下的動態(tài)監(jiān)測；領海基點周邊12海里范圍內(nèi)，則主要依靠雷達設備進行主動探測。通過多種手段的相互配合，可實現(xiàn)對領海基點海島及其周邊領海內(nèi)監(jiān)控目標的自動搜素﹑目標識別﹑持續(xù)跟蹤和錄像取證。

2.1.4 領海基點周邊大范圍海域監(jiān)控

根據(jù)《國家海洋法公約》，從領海基線向外延伸的24海里范圍內(nèi)為我國領海的毗連區(qū)。在毗連區(qū)內(nèi)，為防止和懲治在我國領土或領海內(nèi)違反相關法律和規(guī)章的行為，我國可在該區(qū)域內(nèi)采取必要管制。由于領海基點周邊領海向外的大范圍海域是各國船舶通行的重要區(qū)域，船只來往頻繁，對領海基點周邊大范圍海域內(nèi)過往船舶活動進行實時記錄，對行為異常船只進行跟蹤監(jiān)控，及早發(fā)現(xiàn)非法侵入行為和非法作業(yè)活動，對于確保區(qū)域內(nèi)船舶通行安全，維護國家海洋權益具有重要作用。

通過合理的天線高度設置，利用雷達監(jiān)控站能在3級海況及以下天氣條件下，對80 km（約43.2海里）范圍內(nèi)RCS大于50 m2﹑高度大于3 m的目標進行探測和記錄；同時配合船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）能在有效范圍內(nèi)，對具備AIS發(fā)送設備船舶的船位﹑船速﹑航向﹑船名和吃水量等動靜態(tài)信息進行自動探測和持續(xù)跟蹤，并可通過甚高頻頻道向附近海域的船舶進行廣播，便于與目標船舶通話和協(xié)調(diào)。此外，還可利用無人機﹑波浪能海面機器人等移動監(jiān)控平臺，在更大范圍﹑更遠距離的區(qū)域中實現(xiàn)大面積﹑隱蔽式的補充監(jiān)控，實現(xiàn)領海基點周邊區(qū)域的全覆蓋。

根據(jù)監(jiān)控對象的特點和監(jiān)控內(nèi)容的差異，依靠多種監(jiān)控方式相互配合構建的領海基點分層次監(jiān)控模式，不僅可滿足單個縣市領海基點的監(jiān)控管理需求，還將沿我國領海基線形成一套較為嚴密的領海基點監(jiān)控體系，通過統(tǒng)一的監(jiān)控業(yè)務平臺，可對我國領海基點情況﹑領海基點保護范圍以及領海內(nèi)的人員活動﹑周邊海域過往船只實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)動監(jiān)控。

2.2 監(jiān)控體系總體結構設計

按照層次化領海基點監(jiān)控模式，從采集﹑傳輸﹑存儲應用等方面開展監(jiān)控體系總體結構設計，形成由感知層﹑網(wǎng)絡層和應用層構成的監(jiān)控體系總體結構（圖 1），實現(xiàn)監(jiān)控體系各部分的無縫互聯(lián)﹑智能互通，使得整個體系的立體化資源得到合理應用。

感知層由多源探測設備﹑信號處理設備和本地存儲及視頻服務設備構成。多光譜監(jiān)控攝像機﹑探測雷達﹑AIS﹑無人機和波浪能海面機器人等探測監(jiān)控設備組成的前端探測設備，通過可見光﹑紅外線﹑微波等不同波段對不同監(jiān)控范圍內(nèi)的監(jiān)控對象進行探測﹑跟蹤﹑識別和監(jiān)控；編/解碼器負責將后臺發(fā)出的監(jiān)控指令發(fā)送給云臺攝像機等監(jiān)控設備，同時將各監(jiān)控設備采集的信號通過解碼轉換生成監(jiān)控數(shù)據(jù)；依靠本地存儲設備對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行存儲和索引后，再由視頻服務器將監(jiān)控數(shù)據(jù)分發(fā)給請求數(shù)據(jù)的客戶端或業(yè)務系統(tǒng)。

圖1 領海基點海島動態(tài)監(jiān)控體系總體結構

網(wǎng)絡層由有線專網(wǎng)﹑定向微波延伸網(wǎng)絡和區(qū)域無線網(wǎng)絡組成，根據(jù)不同領海基點海島自然條件情況，選擇相應組網(wǎng)方式，將各個孤立的監(jiān)控點和后臺系統(tǒng)聯(lián)通，提供穩(wěn)定暢通的信息傳輸條件。

應用層是業(yè)務系統(tǒng)，是監(jiān)控體系業(yè)務化運行的核心部分。通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對基礎地理信息﹑領海基點及海島信息﹑監(jiān)控資料和資源信息等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲和集中管理；數(shù)據(jù)收發(fā)﹑存儲索引和遠程控制等系統(tǒng)服務，通過網(wǎng)絡層驅動和鏈接各類系統(tǒng)資源，實現(xiàn)感知層各類設備﹑業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和各級用戶的互聯(lián)互通；通過地理信息技術構建的可視化監(jiān)控平臺，向監(jiān)控人員﹑省級領海基點管理部門及其上級主管部門提供領海基點海島及其周邊海域基本信息查詢﹑監(jiān)控管理﹑預警預報﹑產(chǎn)品制作等功能，實現(xiàn)各類領海基點的統(tǒng)一監(jiān)控﹑監(jiān)控信息的統(tǒng)一管理和執(zhí)法力量的統(tǒng)一調(diào)度（圖2）。

2.3 技術難點研究

2.3.1 網(wǎng)絡傳輸問題

領海基點海島動態(tài)監(jiān)控體系的網(wǎng)絡傳輸部分主要可分為3段：①前端監(jiān)控信息網(wǎng)絡，即監(jiān)控點至鄰近大陸網(wǎng)絡接入點的傳輸網(wǎng)絡；②中端接入網(wǎng)絡，即領海基點鄰近大陸網(wǎng)絡接入點至監(jiān)控管理中心的傳輸網(wǎng)絡；③后端業(yè)務系統(tǒng)網(wǎng)絡，即監(jiān)控管理中心內(nèi)部業(yè)務系統(tǒng)運行的網(wǎng)絡環(huán)境。由于領海基點所處位置特殊，部分基點具有自然條件復雜﹑網(wǎng)絡基礎條件較差等特點；且其監(jiān)控數(shù)據(jù)也具有保密性，無法通過公共網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸。因此，前﹑中端網(wǎng)絡在傳輸距離﹑傳輸方式﹑數(shù)據(jù)安全等方面存在一定的困難。

前端監(jiān)控信息網(wǎng)絡，因跨海搭設有線網(wǎng)絡難度較大，可根據(jù)不同情況靈活選擇網(wǎng)絡傳輸方式，對于緊鄰大陸的領海基點，在保證監(jiān)控對象有效覆蓋的情況下，盡量將監(jiān)控設備架設在大陸一側，利用大陸已有網(wǎng)絡條件進行數(shù)據(jù)傳輸；對于距離大陸較近的領海基點，可采用定向微波方式從陸地向監(jiān)控點進行網(wǎng)絡延伸，無線頻率為5.8G Hz，帶寬可達10 Mbps以上，并通過加密方式接入，確保監(jiān)控數(shù)據(jù)穩(wěn)定和傳輸安全；對于距離大陸較遠的領海基點，可借助基點周邊海島，經(jīng)多次定向微波構成網(wǎng)絡中繼，完成遠距離數(shù)據(jù)傳輸。中端接入網(wǎng)絡，由于目前國家海洋局已有專線網(wǎng)絡鏈接至縣一級海洋行政主管部門，可直接利用專線網(wǎng)絡實現(xiàn)領海基點鄰近大陸網(wǎng)絡接入點至監(jiān)控管理中心的傳輸，再轉發(fā)至省﹑國家有關單位。

圖2 領海基點海島動態(tài)監(jiān)控體系業(yè)務系統(tǒng)框架

2.3.2 電力供給問題

領海基點海島動態(tài)監(jiān)控體系中，由于監(jiān)控站點多部署在無市電環(huán)境下，監(jiān)控設備供電存在困難。考慮到多數(shù)海島日照條件和風力資源較好，部分監(jiān)控點所在地全年日照時間可達2 563 h，太陽能和風能充沛，可以這些清潔能源為供電來源，并配套儲能電池和柴油發(fā)電機作為補充供電手段，形成“風光油儲”互補的微電網(wǎng)，解決傳統(tǒng)方案中轉換效率低﹑能耗高﹑頻繁維護的問題。同時通過高度一體化的結構設計，使供電設施具有防偷盜﹑快部署﹑易安裝和節(jié)省占地面積等特點；供電能力留有一定余量，每站點負荷容量一般不小于2 KW，并采用直流供電，減少逆變環(huán)節(jié)。

2.3.3 設備防護問題

在設計的監(jiān)控體系中，需高度重視各類設備的防護問題，以保障設施在高溫﹑高濕﹑高鹽的環(huán)境中正常運行，防止臺風等極端惡劣天氣的影響。根據(jù)設備運行要求，設定設備工業(yè)防護等級，如長時間暴露在室外的設備，選擇等級為IP68；關鍵設備應考慮要求設備提供商提供相應的備品和備件。

2.4 預期效益分析

開展領海基點海島及其周邊海域監(jiān)控是實施領海基點保護的必然之舉，領海基點海島動態(tài)監(jiān)控體系建成后，可取得以下效益：

1）實現(xiàn)全方位﹑立體化監(jiān)測。該體系根據(jù)領海基點保護的實際需求設計，采用的雷達跟蹤探測系統(tǒng)能實時抓取和跟蹤海面﹑低空的可疑目標；與雷達聯(lián)動的多光譜高精度視頻監(jiān)控設備可對監(jiān)控對象實施全天候不間斷拍攝；通過其上﹑下掛載的傳感器，波浪能海面機器人能對水面及水下目標進行探測；無人機設備能獲取監(jiān)控目標周邊大范圍信息，并可對重點目標進行跟蹤監(jiān)控。通過上述設備，可實現(xiàn)對領海基點的全方位﹑立體化監(jiān)控，并對可疑目標及時報警，形成無死角防護區(qū)域。

2）有效降低成本。該體系建成后，通過前端采集設備和后端業(yè)務系統(tǒng)的高效配合，能完全實現(xiàn)領海基點無人值守監(jiān)控，并及時對異常情況進行自動報警，有效減少船舶巡航和現(xiàn)場監(jiān)察頻次，提高巡查效率，指引有效防范，合理調(diào)配資源；同時可改善領海基點周邊涉海﹑涉島基礎信息和實時現(xiàn)場狀態(tài)的掌控能力，為有關漁業(yè)生產(chǎn)﹑規(guī)劃計劃﹑基礎建設等工作提供資料，并可投入打擊非法侵漁活動﹑規(guī)范漁業(yè)生產(chǎn)秩序的應用中。

3 結 語

1）本文給出了一套領海基點海島動態(tài)監(jiān)控體系的設計思路。鑒于領海基點的重要性和我國加強領海基點保護的緊迫性，應采取總體規(guī)劃﹑分布推進﹑重點深入的原則，統(tǒng)籌開展全國領海基點動態(tài)監(jiān)控體系建設，優(yōu)先解決周邊人類活動頻繁﹑海洋生態(tài)環(huán)境脆弱和地質條件復雜的領海基點動態(tài)監(jiān)控。同時鑒于領海基點監(jiān)控涉及監(jiān)控點位結構建設﹑高精度監(jiān)控設備和信息化管理平臺建設，總體經(jīng)費投入較多，應在國家層面加大投入，通過專項等方式逐步分批開展，并發(fā)揮所在省市作用，解決監(jiān)控體系建設資金問題。

2）領海基點海島動態(tài)監(jiān)控體系的運行維護和建設同等重要。由于領海基點環(huán)境的特殊性，在建設完成后，應加大系統(tǒng)日常維護的力度，明確各成員單位的職責﹑協(xié)調(diào)任務分工，建立自身管理﹑合作管理﹑外包服務等形式相結合的運行保障機制，保障體系的持久穩(wěn)定運行。領海基點監(jiān)控體系運行的核心部分由編制內(nèi)人員負責關鍵環(huán)節(jié)的管理；設備維護和管理可考慮合作管理的模式，協(xié)調(diào)和組織具備能力的單位共同參與；系統(tǒng)補給等服務可采用服務外包的方式，充分利用社會優(yōu)勢資源。同時，加強教育培訓，穩(wěn)步提升隊伍素質，根據(jù)“缺什么，補什么”的原則，制定系統(tǒng)培訓計劃。

3）加強領海基點動態(tài)監(jiān)控信息共享。信息共享有助于充分發(fā)揮領海基點動態(tài)監(jiān)控體系對領海基點及其周邊海域監(jiān)控信息的服務效能，應制定共享和協(xié)調(diào)機制，按照授權分級向各級政府﹑外交﹑海警﹑海事等部門提供監(jiān)控信息，向氣象﹑環(huán)境﹑漁業(yè)等部門提供應急服務；另一方面應在安全制度和技術保障下，有限度地向社會公眾提供部分領海基點監(jiān)控信息，滿足公眾知情權，營造保護領海基點的良好社會輿論氛圍。

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B

1672-4623（2017）09-0005-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.09.002

2016-05-19。

項目來源：國家海島監(jiān)視監(jiān)測系統(tǒng)建設運行資助項目（22201505B）。

徐文斌，碩士，高級工程師，研究方向為海域海島監(jiān)視監(jiān)測、海洋信息化。