基于GOOS系統(tǒng)的全球智能海船助航系統(tǒng)構(gòu)想

上海海事大學(xué)商船學(xué)院 李國祥 王海燕

全球海洋觀測系統(tǒng)（Global Ocean Observing System，GOOS）是全球地理觀測系統(tǒng)（GEOSS）的一部分，于1992年，在世界氣象組織（WMO）、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）和國際科學(xué)協(xié)會理事會（ICSU）的協(xié)助下，由政府間海洋委員會（IOC）執(zhí)委會正式提出建立。其目標(biāo)旨在建立一個(gè)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、能夠?qū)崿F(xiàn)資料和產(chǎn)品共享的國際系統(tǒng)，從而提供海洋資料和信息，使人們能安全、有效、合理、可靠地利用和保護(hù)海洋環(huán)境、進(jìn)行氣候預(yù)測和海岸管理。

GOOS系統(tǒng)及其對海船助航的局限性

GOOS的產(chǎn)品豐富，涉及面廣，涵蓋了海平面變化、洋流地點(diǎn)和強(qiáng)度、異常高浪、海冰、要害海藻、漁業(yè)服務(wù)、干旱地區(qū)雨量、越冬期長度和寒冷狀況、疾病爆發(fā)可能性等多個(gè)領(lǐng)域。其用戶涉及政府、環(huán)境管理部門、業(yè)務(wù)服務(wù)部門（如航海、港口、保險(xiǎn)、搜救等）、航運(yùn)部門（如石油天然氣業(yè)、航運(yùn)業(yè)、漁業(yè)、測量業(yè)、建筑業(yè)等）、企業(yè)（如旅游公司、拖撈公司等）及個(gè)人（如沖浪運(yùn)動員、潛水員、釣魚者、旅游者等）。

GOOS的建設(shè)與完善有助于改善風(fēng)、海浪和海冰的預(yù)報(bào)，改善暴風(fēng)雨、大浪、浪涌的警報(bào)，改善港口的管理、離岸的設(shè)計(jì)和業(yè)務(wù)，有助于海輪的行程安排和海上娛樂活動，改善不良水質(zhì)的探測，有助于漁業(yè)和水產(chǎn)業(yè)的管理，改善氣候預(yù)報(bào)，改善為農(nóng)業(yè)、能源業(yè)和水利業(yè)的降雨和溫度的預(yù)報(bào)，有助于瘧疾等流行病的預(yù)防等。

GOOS的執(zhí)行主要依靠GOOS項(xiàng)目辦公室、海洋學(xué)和海洋氣象學(xué)技術(shù)聯(lián)合委員會（JCOMM）、GOOS的各區(qū)域性聯(lián)盟（簡稱GRAs）、區(qū)域性海洋觀測系統(tǒng)（ROOS）以及區(qū)域性近岸海洋觀測系統(tǒng)（RCOOS）來完成。其中，GOOS項(xiàng)目辦公室是GOOS系統(tǒng)的組織和協(xié)調(diào)核心機(jī)構(gòu)，辦公室總部設(shè)在聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）的政府間海洋委員會（IOC）內(nèi)部，位于法國巴黎。JCOMM是一個(gè)跨政府的技術(shù)專家組織，其功能是協(xié)調(diào)國際間海洋地理和海洋氣象觀測活動、進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和服務(wù)、聯(lián)合氣象和海洋地理方面社團(tuán)的專家、加強(qiáng)技術(shù)和能力建設(shè)。GRAs是區(qū)域性的海洋觀測系統(tǒng)，一般是跨國性質(zhì)。ROOS和RCOOS是規(guī)模比較小、通常范圍局限為一國之內(nèi)的觀測系統(tǒng)。

綜合來看，GOOS系統(tǒng)對于海船助航還有一定的局限性。

1、對于海船航線而言，GOOS系統(tǒng)的全球分布很不均衡。由于GOOS系統(tǒng)最初的目的是觀測海洋氣象和環(huán)境，為防止海洋災(zāi)害和漁業(yè)生產(chǎn)等服務(wù)，這就使得其該系統(tǒng)的浮標(biāo)、潛標(biāo)等探測單元的分布主要集中在沿海港口附近。這些探測單元分布的局限性限制了其為遠(yuǎn)洋船舶提供服務(wù)。如果能將觀測點(diǎn)覆蓋到所有的海船航線上，就能利用這些探測單元為海船提供有用的數(shù)據(jù)。

2、GOOS系統(tǒng)不能向海船提供實(shí)時(shí)船舶定位。GOOS系統(tǒng)可以提供洋流、水溫、氣象、地震和海嘯等海洋環(huán)境參數(shù)，這些數(shù)據(jù)對海洋船舶有一定的助航作用，但目前還不能為船舶提供像全球定位系統(tǒng)GPS和北斗系統(tǒng)BDS一樣的定位功能。如果利用GOOS系統(tǒng)的觀測單元為船舶提供相應(yīng)的位置信息，通過這些觀測單元的聯(lián)網(wǎng)，就能提供精確的全球船舶位置信息。

3、 GOOS系統(tǒng)不能與海船實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)通訊。GOOS系統(tǒng)主要是觀測海洋參數(shù)的，這些參數(shù)要傳給岸上相關(guān)單位，有的需要打撈潛標(biāo)等操作，回去后讀取其內(nèi)部的數(shù)據(jù)，有些觀測單元有簡單的通訊功能，但不能實(shí)時(shí)、快速與海洋船舶進(jìn)行通訊交流。也就是說GOOS系統(tǒng)目前的聯(lián)網(wǎng)程度遠(yuǎn)未達(dá)到海船所需要的程度。

4、GOOS系統(tǒng)不能監(jiān)控全球船舶的實(shí)時(shí)航行數(shù)據(jù)。GOOS系統(tǒng)目前主要針對海洋環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，幾乎不對海上航行船舶的航行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。如果能同時(shí)監(jiān)測全球海上航行船舶的數(shù)據(jù)，就能實(shí)現(xiàn)VTS的功能，聯(lián)網(wǎng)后可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)強(qiáng)于VTS的功能。

5、GOOS系統(tǒng)不能向海船及時(shí)提供海洋氣象數(shù)據(jù)。GOOS系統(tǒng)雖然可以測取海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，但到目前為止，幾乎不向海上航行船舶提供這些環(huán)境數(shù)據(jù)。船舶獲取氣象信息主要通過氣象衛(wèi)星云圖以及船上自己的觀測，如果GOOS系統(tǒng)能全面提供其所觀測到的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，無疑對船舶航行有極大的幫助。

全球智能海船助航系統(tǒng)概述

隨著海船自動化的程度越來越高，智能船舶和無人駕駛船舶一定會是未來船舶的發(fā)展趨勢。船舶需要智能化，除了提高船舶本身的智能水平外，還需要覆蓋全球海洋的智能助航系統(tǒng)。從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架來看，該系統(tǒng)的組建可以有幾種方法：一是在全球海洋區(qū)域布置全新的檢測系統(tǒng)；二是利用現(xiàn)有的全球海洋觀測系統(tǒng)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充改造和升級。無論從經(jīng)濟(jì)性和高效性來看，后一種是最便于實(shí)現(xiàn)的方案，即在GOOS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立起全球智能海船助航系統(tǒng)（Global Intelligent Navigation System，GINS）。

第一階段，升級GOOS系統(tǒng)監(jiān)控分布單元的軟硬件設(shè)施，全球航線上增布GOOS系統(tǒng)監(jiān)控分布單元。

由于歷史原因，GOOS系統(tǒng)檢測分布單元在大部分港口附近布置還算完整，只有個(gè)別欠發(fā)達(dá)地區(qū)的港口可能還需增布檢測單元。但遠(yuǎn)離海岸和遠(yuǎn)洋航線上的檢測單元幾乎是空白，這就需要各國各地區(qū)相互合作，經(jīng)過精確計(jì)算合理布置大量的檢測單元。一旦布置完成，就可向經(jīng)過的船舶提供當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)信息。

第二階段，GOOS系統(tǒng)檢測分布單元的全面聯(lián)網(wǎng)，并向線上船舶提供基本的數(shù)據(jù)服務(wù)。在第一階段的基礎(chǔ)上，可以通過相關(guān)協(xié)議將分布于全球各地的GOOS系統(tǒng)檢測分布單元相互聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)將全球各地已檢測到的船舶航行和海洋數(shù)據(jù)收集起來送給云主機(jī)，或直接發(fā)給有需要的船舶計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，供該船舶分析利用。

第三階段，GOOS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為航線上的所有船舶提供綜合服務(wù)。在第一和第二階段的基礎(chǔ)上，已經(jīng)建立的GOOS系統(tǒng)全球網(wǎng)絡(luò)隨著其不斷地升級，可以為路過船舶提供越來越多和越來越復(fù)雜的數(shù)據(jù)和交流，最終可以實(shí)現(xiàn)對無人駕駛船舶提供精確的位置信息和洋流等氣象信息，提供基于岸基的船舶遠(yuǎn)程自動控制。

結(jié)論與展望

基于GOOS系統(tǒng)的全球智能海船助航系統(tǒng)現(xiàn)在只是一種設(shè)想，其實(shí)質(zhì)是建立全球海洋信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以服務(wù)于航運(yùn)、氣象、環(huán)境保護(hù)等，如果該系統(tǒng)的設(shè)想能夠真正實(shí)現(xiàn)，對航運(yùn)船舶、海洋環(huán)境監(jiān)測、漁業(yè)甚至軍事等都可提供廣泛的應(yīng)用。但真正付諸于實(shí)施有很多問題需要解決。如需要簽署一個(gè)相關(guān)的公約或規(guī)則，讓全世界絕大部分國家同意加入該組織并參與建設(shè)。其次還要協(xié)調(diào)各國家對該系統(tǒng)的支持和兼容，使之成為一種標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，能讓市場上絕大部分的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)快速準(zhǔn)確地接入并傳輸數(shù)據(jù)。再次還要對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、升級換代，這個(gè)工作量比較大，也需要各地進(jìn)行配合。最后可能還有一個(gè)利益分配的問題，GOOS系統(tǒng)的民用服務(wù)，如果可以收取適當(dāng)?shù)膽?yīng)用費(fèi)用，就會涉及利益分配的問題，這需要平衡各方關(guān)系。以上這些問題的解決都不可能一蹶而就，但基于GOOS系統(tǒng)的全球智能海船助航系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)對于世界各國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、自然資源的利用、災(zāi)害預(yù)報(bào)、世界貿(mào)易和海洋環(huán)境保護(hù)等都有重大意義。

關(guān)于未來零碳燃料，世界銀行給出了明確觀點(diǎn)

近日，世界銀行公布了系列報(bào)告，其中寫道“氨氣和氫氣是未來航運(yùn)業(yè)脫碳的最具可能性的零碳燃料”。

其中在名為“The Potential of Zero-Carbon Bunker Fuels in Developing Countries”的報(bào)告中提及，LNG可能在航運(yùn)業(yè)的脫碳進(jìn)程中起到的作用有限。

分析中提到，綠色氨排在最前面，緊隨其后的是綠色氫。他們在零碳候選燃料中，包括生物燃料、氫、氨以及合成的碳基燃料，取得了最有利的平衡。具體而言，這些關(guān)鍵與燃料的GHG排放生命周期、更廣泛的環(huán)境因素、可擴(kuò)展性、經(jīng)濟(jì)可行性以及使用這些燃料的技術(shù)和安全影響有關(guān)。

另外，氨氣和氫氣燃料擁有多渠道生產(chǎn)的優(yōu)勢，他們可以由再生電力或天然氣生產(chǎn)出來，并且可以將產(chǎn)生的碳排放以碳捕捉的技術(shù)安全地存儲在地下。多渠道的生產(chǎn)優(yōu)勢具有戰(zhàn)略優(yōu)勢，他們可以緩解對最初產(chǎn)能限制和技術(shù)相關(guān)問題的擔(dān)憂。