武汉辖区船舶交通管理系统方案设计*

杨正祥

(武汉交通职业学院,湖北 武汉 430065)

0 引言

船舶交通管理系统VTS(Vessel Traffic Services)通过监视水域中船舶运动、与船舶相互作用,有效控制交通流,从而使船舶交通事故和环境污染的风险降至最小,同时获得最大的航行和港口营运效益。

VTS的发展大致可分为三个阶段:第一代VTS主要使用引航员、通讯和视觉信号,以苏伊士运河、基尔运河和巴拿马运河VTS为代表;第二代VTS主要使用雷达和VHF无线电话,以荷兰鹿特丹、英国泰晤士和德国汉堡VTS为代表;第三代VTS引进了计算机技术来处理相当大水域内复杂的船舶交通问题,以美国旧金山的VTS为代表。我国VTS系统建成投入运行以来,在改善船舶交通秩序、减少交通事故、提高船舶运营效益、保护水域环境等方面取得了显著效益,已成为海事部门实施水上交通管制的有效工具。

1 VTS在长江的应用

内河航运的主要优势是:运输能力大;适宜大宗散货和油类的长途运输;运输成本低;基建投资少;沿江沿河工业发达地带集装箱运输具有优势;利用天然河道,环境污染小,有利于生态环境保护和经济的可持续发展。在适航地域还具有重要的国防战略意义,它的抗破坏能力比陆上交通强。

近年来,我国水运总量的突飞猛进。沿海及长江流域等地的各条“黄金水道”,一方面为我国的经济、社会发展作出了重要的贡献,另一方面,由于船舶交通流量的增加,水上交通事故频发,造成了巨大的损失。这就对各水道或航道的规划设计和通航管理提出了更高的要求。

长江航运的传统管理模式中,海事部门主要通过现场巡航的方式进行日常监管,对重点水域内船舶密度、航迹分布、交通流、交通容量等交通要素进行实时统计和分析。海事部门对于从宏观上把握重点水域内船舶交通的基本规律和特征,掌握某一时段水上交通管理的重点,发现影响船舶交通安全和效率的因素并及时进行事前和事中的控制感到无所适从。

沿海港口的VTS中心,雷达覆盖航区宽阔,船舶通航密度小,服务要求相对简单,目标容易跟踪监控,主要功能以信息服务和助航服务为主,辅以船舶交通管理。而长江VTS系统属河道型交管系统,船舶密度大,通航环境复杂。长江VTS系统以交通安全为第一目的,依据《中华人民共和国船舶交通管理系统安全监督管理规则》,采取的是以动态监控为主,对船舶实施交通管制,并提供咨询服务的运行形式。

由于长江水上交通环境复杂,船舶交通危险度高,其中武汉长江大桥自建桥以来共发生撞桥事故近百起,经济损失巨大。武汉港是长江干线船舶航行最繁忙的水域之一。引入VTS能有效提高武汉水域水上交通安全监管水平,改变传统水上安全管理模式。武汉VTS于2005年开始建设,2007年12月1日正式运行,系统规模为两站一中心即二桥雷达站、大桥雷达站和武汉VTS中心。武汉中心负责整个系统的运行监控,其管理和服务范围为长江干线武汉白沙洲大桥上界至武汉长江二桥下界之间约16公里水域。武汉辖区船舶交通管理系统的规模和功能还有待提升,甚至扩充到汉江区域。

2 武汉辖区长江水域的地理和航运情况

长江干线武汉辖区管辖范围为洪山头至仙姑山,全长494公里。

2.1 气象环境

武汉辖区冬季主导风向为NNE,夏季主导风向为SE、SW,年平均风速2.4m/s(NNE),大于8级以上大风的年平均天数为8.2天,最多为16天,最少为l天。武汉辖区的年平均雾日为28.4天,年最多雾日57天,年最少雾日10天。

2.2 水文情况

通常,洞庭湖、鄱阳湖流域雨季较早,4、5月份首先开始涨水,长江干流水位亦随之上涨,形成短期的春汛。6月后全流域降雨增加,进入汛期。7、8月川江涨水,出现全年水位最高时期。9月水位回落,10月进入尾声。一般来说,6、7、8、9四个月为洪水期,此时水位高,流速大;12月到来年3月为枯水期,此时水位低,流速小,航行条件差;4、5、10、11四个月为中水期,此时水位适中,为全年航行条件较好的时期。汉口站水位等级划分如表1所示。

表1 汉口站水位等级划分表

2.3 航道情况

对内河而言,常年水深变化很大,不同的航段水深也有很大差异,因此内河船舶的船型与海船存在差异。水深还直接影响着航道中船舶的吨位大小。如果水浅会发生浅水效应而造成船舶速度下降,舵力减小,旋回性变差。航道狭窄容易出现岸推、岸吸和浪损现象,从而导致船舶碰撞、触岸、搁浅等事故,还容易出现交通拥挤甚至交通阻塞现象。由于内河,特别是在长江中、下游,有许多的小型船只的经营活动,对大型船舶过往形成的浪损较为普遍。

武汉辖区航道枯水期出现的浅窄槽口有天兴洲、白沙洲等处,水深均在4米左右,航道宽度最小处为80-100米不等,有数处急弯,个别地段宽度只能单线航行。枯水期计划维护水深2.9米,主航道标准宽度为80米,当航道宽度和深度无法兼顾时,则宽度最小不小于60米。中水期维护水深为3.2米以上,洪水期维护水深为3.5米以上。

2.4 航运情况

武汉因水而兴,是国内水域岸线最长的城市,除长江、汉江两大河流外,还有22条通航河流分布或流经市境内,通航里程504.4公里,构成了以长江、汉江为骨干、连接众多支流小河的天然航运网络。在长江干流方面,武汉是利用自然水深通行5000吨级海轮的起点。上至重庆全年可航行3000吨级单轮和万吨级船队,以下航段超过一级航道标准,最小水深4米,常年可通行5000吨级船舶和万吨级以上载重量的大型船队,丰水期可通行万吨级海轮,江海直达的优势明显。

常年在长江武汉市境内航行、停泊、作业的船舶约3万艘,年均船舶流量5万艘次,年均货运量1050.2万吨。截至2007年底,武汉拥有水路运输企业93家,其中危险品运输企业12家;港口经营企业82家,其中危险货物港口经营企业29家;运输船舶346艘,56万吨载重;武汉港危险货物吞吐量约1194.36万吨,其中油品占95%,化学品占2%,其他占3%。

随着中部崛起战略的实施,湖北及周边省市将进入一个新的快速发展时期,特别是国家批准武汉城市圈为建设“两型社会”综合配套改革试验区,为武汉建设中游航运中心注入强劲动力。湖北省明确“把武汉港打造成长江中游航运中心,成为长江中游的集装箱运输枢纽港、大宗货物中转港和外贸货物运输的主通道”目标,到2010年,武汉港货物吞吐量将突破1亿吨,集装箱150万标箱。到2015年,吞吐量将达1.46亿吨、集装箱200万标箱,形成阳逻、汉阳集装箱运输、沌口商品车滚装运输、武汉石化及80万吨乙烯石油化工品运输和武钢矿石钢铁运输等港口作业区,成为长江中上游第一大港。同时集装箱、滚装、石化、散货等大型专业运输船队也将得到同步发展,以及天兴洲、二七、鹦鹉洲、嘉鱼等长江大桥建设。湖北、武汉区域经济的快速发展给武汉海事局监管提出了更高要求。

2.5 事故情况

根据数据统计,武汉辖区年船舶通航75000艘次,日船舶流量为205艘次,年均事故24.6次,事故率为1/3050。武汉辖区1996-2000年海损事故的种类分布数据及比例如表2所示。

武汉辖区1996-2000年事故损失统计如表3所示。用平均值来代表武汉辖区的年事故损失,可以得到武汉辖区的年事故损失为400万元。

武汉辖区1998-2000年危险货物吞吐量如表4所示。危险货物吞吐量和事故数不同,事故数变化不大,而危险货物吞吐量却年年增加。

表2 武汉辖区1996-2000年海损事故的种类分布数据及比例表

表3 武汉辖区1996-2000年海损事故损失统计表

表4 武汉辖区1998-2000年危险货物吞吐量统计表

从事故种类分布来看,在武汉辖区,重大事故的比例较大,而大事故和一般事故比例相对较小,且以碰撞、触损为主要海损事故,触礁、火灾等海损事故较少发生。在事故原因方面,船员操作不当和违章操作是该辖区海损事故中的主要原因,较少因为违章指挥或者通航秩序差而发生海损事故。可能的诱导因素主要包括:能见度、航道宽度、船舶密度、流、航道弯曲度、航道交叉点和转向点数目等。能见度不良对船舶的交通安全和交通效率的影响很大。不良的能见度限制了船舶驾驶员的视觉观察范围,从而使驾驶员收到的信息量大大减少,为操船决策带来极大困难,极易发生船舶碰撞和搁浅事故。其中雾是影响能见距离的首要因素。在我国水域,造成能见度不良的主要因素是雾、暴雨和雪三种天气情况。在武汉辖区,主要是雾对航行造成一定的影响,而雨和雪的作用相对较小。

3 VTS基本组成及管理流程

VTS是由若干先进的电子信息设备构成的搜集、处理、传输和显示船舶交通信息的信息系统。VTS需要收集多方面信息,主要有:

(1)交通情况数据,包括船舶实时运动数据、航行计划,以及船舶所载货物、机器状况、船舶装备和人员配备等数据;

(2)交通环境数据,包括航道情况、助航设备工作状态、气象水文情况,以及港口设备和装备情况等,武汉辖区VTS组成方案设计如图l所示。

VTS管理单位(武汉海事局)为了实现以上功能,需要实施的管理流程如图2所示。

4 VTS的功能

4.1 监督管理功能

VTS系统的功能首先是水上交通安全监督管理,即通过VTS更好地履行海事局的监督管理职责,维护辖区水域交通安全秩序。监督管理功能的内容包括监视、巡查和强制执行指令。船舶在辖区水域航行时,VTS通过现代化的设施监视船舶的运动情况,纠正违章、偏航,并通过VHF通信、AIS设备了解船舶的配备和航行计划等,必要时可向船舶发出强制执行指令。

4.2 信息服务

信息服务是一种确保船舶在航行决策过程中及时地获得重要信息的服务。信息服务时间可以是定时的,VTS认为必要时,也可以是应船舶请求即时提供。VTS对辖区水域船舶可以提供下列信息服务:

(1)因视线不良或雷达故障等原因,要求核实船位或提供航行建议;

(2)最新的潮汐资料或重要气象资料;

(3)前方船舶动态;

(4)港池、前方航道、调头区、泊位、锚地等的使用情况;

(5)船舶要求提供的其它资料。

航行通告或航行警告是VTS一项重要的信息服务手段,VTS应具有定时或非定时向全体船舶播发航行通告或航行警告的功能,主要内容包括:

(1)助航标志异常;

(2)航道变化、交通堵塞或碍航物存在;

(3)重要水文气象资料;

(4)特种作业船施工或作业情况;

(5)操纵能力受到限制或特殊船舶进出港要求它船避让;

(6)其它有关航行安全的事项。

4.3 助航服务

助航服务是一项协助船方作出航行决策,并监视其效果,特别是在困难的航行或气象条件下,或者在船舶有故障或缺陷的情况下实施的服务。助航服务一般是在船舶请求下或VTS认为有必要时提供的。助航服务包括为辖区水域船舶提供航行信息或航行建议。

VTS可提供下列航行信息,从而对决策过程作出贡献:

(1)船舶的实际航向和航速;

(2)相对于航道轴线和航路基准点的位置;

(3)周围船舶的位置、识别和意图;

(4)对个别船舶的警告等。

VTS能通过提出航行建议参入决策过程,包括:

(1)航向建议;

(2)航速建议;

(3)锚泊建议;

(4)航线建议等。

4.4 交通组织服务

交通组织服务是一项在VTS区域内防止危险情况发生和保证船舶安全高效航行的服务。一般情况下,交通组织服务是通过交通计划和强制遵守的管理规则来体现。VTS可以根据交通计划和管理规则,对管理水域内的船舶采取地理分隔、时间分隔和距离分隔的方式组织交通,但强制执行的指令应该仅仅是“面向结果的”而将执行的细节留给船长。

VTS值班员认为必要时,向船舶发出交通组织的指示、命令或建议,包括:

(1)组织并监督船舶进出港口和通过特殊要求的区域;

(2)组织并监督船舶进出锚地和泊位,帮助船舶准确锚泊;

(3)监督船舶执行分道通航制;

(4)监督船舶航线及航速,警告、纠正违章航行船舶;

(5)警告接近危险船舶,提供避免危险建议。

4.5 协作服务

加强各VTS要素之间的协作服务及联合行动,建立共同边界处的数据交换和行动协议,以增加船舶航行安全、提高港口运营及VTS运行的效益。按照交通部制定的VTS联网统一数据格式标准,制定联合行动协议、建立相互之间的合作程序,来支持诸如船舶安全监督管理、搜寻救助、污染控制、打击走私贩毒等联合行动。

5 VTS发展前景

未来,系统还可以实现航道、港口的电子收费功能;为船舶的加油、加水等提供电子信息服务;与环保、税务和保险等部门进行信息联网等。VTS技术和Internet技术的融合,形成了网络化的VTS技术。和传统的VTS相比,网络化VTS有更广泛的访问范围、平台独立、系统成本低等优点。三维地理信息系统可以帮助人们更加准确真实地认识客观世界。利用三维和虚拟现实技术,将真实的景象呈现在操作人员面前,且可以选择更适合监控的角度,而不仅仅局限于二维的俯视图。

将智能交通系统(ITS)的理论和方法应用在船舶交通管理系统中,形成智能化VTS系统。通信与信息技术的新发展在VTS中不断得到应用,特别是随着卫星通信、卫星导航、卫星直播与转播图像和计算机网络、智能计算机等技术的综合应用,以及与其它信息系统的有机结合等,也将极大地促进VTS在数据采集、信息传输、综合显示、信息综合利用等方面不断发展。因此,VTS在21世纪必将进入一个新的发展阶段,VTS系统功能也将会得到极大的扩展和提高。

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