洋山港水域電子圍欄系統的應用

黃純 陳國偉 毛新健

【摘 要】 為保護洋山港水域內重要工程設施，保障洋山港水域船舶的航行、停泊、作業安全，東海航海保障中心上海航標處與洋山港海事局合作，針對特殊水域助航技術不完善的問題共同開發電子圍欄系統，以洋山港水域實際應用作為案例介紹電子圍欄系統的主要功能、架構、關鍵技術、應用場景設計，為服務航船安全和海事監管提供一種全新手段。

【關鍵詞】 洋山港;電子圍欄系統;信息服務;預警

0 引 言

洋山深水港區（以下簡稱“洋山港”）是服務“一帶一路”建設的重要支點，是上海國際航運中心的重要組成部分，其區域內的東海大橋、碼頭等工程設施極其重要。

洋山港水域有海上干線的交匯航路，周邊密布傳統漁業作業區，各類船舶在此交匯航行和作業，通航環境復雜;洋山港水域存在水文氣象區域性差異，部分水域在寒潮大風季節時瞬時風力較大，抗風浪等級較低的小型商船和漁船極易在此區域發生事故。隨著我國海上交通運輸業的迅速發展，近年來洋山港水域水上交通流量明顯增加，局部水域船舶密集，水上交通風險增大。

為保護洋山港水域內重要工程設施，保障洋山港水域船舶的航行、停泊、作業安全，東海航海保障中心上海航標處與洋山港海事局合作，針對特殊水域助航技術不完善的問題共同開展電子圍欄系統的應用研究，依托東海航海保障中心在船舶自動識別系統（AIS）基站資源及專業技術積累，結合特殊水域船舶交通流量精細化數據采集，在洋山港四期碼頭布置專用AIS基站，開發電子圍欄系統，建立特殊水域助航服務新模式，實現了在特殊水域智能助航與警示，主動式助航信息服務成效顯著。

1 電子圍欄系統的主要功能

（1）對劃定水域內的所有船舶發出預警信息。在出現惡劣天氣前，可運用電子圍欄系統對進入劃定水域的所有船舶發送AIS安全提醒報文，讓船舶及時了解該水域天氣狀況，以便及時采取安全措施。

（2）對重點水域船舶發送特別預警信息。洋山港海事局轄區內有東海大橋、風電場、LNG作業區等重要設施和重點水域，這些水域都有特定的通航條件約束。運用電子圍欄系統劃定這些重點水域后，可自動向進入劃定水域的船舶發送相關預警信息，提醒船舶交通服務（VTS）中心值班人員及時判斷船舶動向，提高監管效果。

（3）對特定水域船舶發送臨時預警信息。沉船現場、水工作業現場等水域因施工作業需要而臨時劃定警戒區域。為防止船舶誤入這些特定水域，可通過設置電子圍欄、AIS虛擬航標，對靠近該類水域船舶發送AIS短報文予以警示。

2 電子圍欄系統架構、關鍵技術和應用場景設計

2.1 系統架構

電子圍欄系統是在傳統的AIS數據應用基礎上開發的拓展應用系統，由AIS播發基站和應用軟件系統兩部分構成。

（1）AIS播發基站。AIS播發基站的功能是數據接收、數據處理和數據發送。AIS播發基站將接收到的AIS船臺廣播信息進行初步處理和存儲后再轉發給應用軟件，實現數據的呈現和應用;應用軟件將要發送的數據信息通過網絡發送給基站管理服務器，由基站向AIS船臺播發AIS數據。

（2）應用軟件系統。電子圍欄應用軟件系統是采用面向對象的開發方法、運用微服務理念而開發的基于瀏覽器/服務器模式（B/S架構）的管理系統。系統通過AIS播發基站在水上劃出電子圍欄區域和警戒線，當系統感知船舶進入電子圍欄區域或穿越警戒線時，就會由AIS基站向船舶發送安全提醒、氣象信息等AIS短報文。

2.2 關鍵技術

（1）采用面向對象開發方法。電子圍欄應用軟件系統的設計和開發，選用的是基于UML（Unified Modeling Language）標準的可視化（Rational Rose）建模工具。建模工具從不同應用角度出發，定義了系統的用例圖、類圖、對象圖、狀態圖、活動圖、順序圖、協作圖、構件圖、部署圖等圖形模型，從不同角度對系統進行描述。

（2）微服務應用架構。電子圍欄應用軟件采用的微服務應用架構可以讓系統運轉變得更為簡便，只需擴展單個組件而無需整個應用程序堆棧就能滿足服務等級協議，且可更快更新，將更有利于后續系統功能的拓展和二次開發。

（3）采用B/S架構。為充分滿足電子圍欄應用軟件系統在安全、跨平臺、易擴展、易維護等方面的要求，采用先進的3層應用體系架構：第一層為客戶機，是用戶與整個系統的接口，客戶的應用程序精簡到一個通用瀏覽器軟件;第二層為網頁（Web）服務器，動態生成超文本標準語言（HTML）代碼和相應的數據響應及存取處理;第三層數據庫服務器，協調各Web服務器發出的對數據庫的請求，管理數據庫。基于B/S架構開發的電子圍欄應用軟件，可在網絡瀏覽器上輕松訪問和應用。

2.3 應用場景設計

應用軟件是電子圍欄系統的管理控制核心，必須滿足特定水域船舶的使用需求。

（1）電子圍欄區域設置。在控制終端上設置警戒線及由自主劃定多邊形線段組成的電子圍欄區域，實現在海圖圖層上通過經緯度描點、拖拽劃線等人機友好界面實現警戒線的設置，當船舶以某一航線穿越警戒線后，可對其播發AIS短報文;對于進入多邊形封閉電子圍欄警戒區域內的船舶進行AIS短報文廣播，也可根據后臺導入預設數據對比匹配后，對指定船舶進行AIS短報文廣播。

（2）船舶數據的查詢顯示。基于AIS信息可實時查詢單個船舶AIS數據的靜態信息和動態信息，也可以以列表、柱圖、曲線圖等方式實時顯示群體AIS船舶數據信息。

（3）船舶數據統計分析。可對穿越轄區某條警戒線的船舶，或對電子圍欄區域內的船舶的信息（船舶名稱、種類、數量等）進行分類統計分析，從而獲取穿越警戒線船舶的統計列表，進而獲取區域船舶流量圖。劃定電子圍欄區域后，系統可自動實現數量統計功能，跟蹤查詢特定關注船舶AIS航行軌跡線，對于配置多套AIS設備的江海運輸船舶，自動觸發電子圍欄軟件，系統可對船載AIS船名等數據記錄進行比對，為海事現場執法提供依據。

（4）系統播發機制。在電子圍欄系統播發控制終端上，監管人員可靈活設定重復播發時間間隔，也可手動即時播發。當有多臺AIS基站組網時，可手動指定播發的基站，也可根據電子圍欄區域按基站與船舶“就近原則”自動選擇播發基站。

（5）用戶體驗設計。系統可為用戶保存常用播發內容，具備數據推送日志的記錄功能，方便日常播發操作;系統可針對不同船舶類型進行精準推送，避免無關聯船舶受到干擾。

（6）后臺船舶數據導入。后臺可導入特別關注船舶（砂石船、小型施工船、危險品船和客渡船等）的數據，當這些船舶穿越電子圍欄區域和警戒線時，系統記錄這些船舶穿越時的船位信息，并選取為這些船舶預設的廣播語句進行警示播發，同時產生一條數據推送日志。

（7）基站配置監控軟件。通過應用軟件系統，可實現對AIS播發基站基礎信息配置、控制和各類工作數據監測。

（8）甚高頻（VHF）語音播發。設置電子圍欄警戒區域，當船舶穿越警戒區域時，可根據需要通過VHF基站16頻道發送區域VHF語音信息。

（9）手機短信服務。中國移動、中國電信和中國聯通3家通信運營商提供沿海手機短信服務，系統采用第三方接口組件并分別開發公網手機短信模塊，一旦船舶穿越電子圍欄，系統除通過AIS短報文播發警示信息外，還通過手機短信服務向船舶有關人員的手機播發短信。

3 應用實例

2019年7月30日，洋山港VTS中心收到31日大風預警信息，隨即結合轄區實際情況在通航警戒區、東海大橋、南支燈船、黃澤洋等重點水域設置了電子圍欄區域（見圖1），對途經預警線的所有船舶船載AIS設備發送“明天洋山西北風8級，陣風9至10級”的大風預警信息，為船舶安全航行提供服務。

4 結 語

洋山港電子圍欄系統已在洋山港海事局試運行，為轄區水域提供AIS信息服務，實現東海大橋碰撞提示、特定船舶預警播發、LNG碼頭前沿設防、沉船礙航物提醒、風電場禁止航行、特定氣象（大風及能見度不良）信息播發等各類管理場景應用，基本達到系統建設目標。