“e－航海”时代海事动态监管系统——电子巡航

郝 勇 江长运 陈仕祥 李翌阳

（武汉理工大学航运学院1） 武汉 430063） （内河航运技术湖北省重点实验室2） 武汉 430063）

（中华人民共和国长江海事局3） 武汉 430016）

2006年，国际航标协会（IALA）首次提出“e－航海（e－Navigation）”概念，将电子信息技术应用到航海和水上交通安全管理中.目前，“e－航海”理念得到了世界海事组织（IMO）和各航运国家的积极推进和实施［1－3］.我国长江海事局适应“e－航海”时代的理念和技术，组织开发了电子巡航系统，于2011年7月1日在长江干线芜湖段和武汉段试运行，2012年在该局全线推广实施.

电子巡航系统作为一种新兴的水上交通动态监管技术系统，还没有得到广泛的研究.现有的文献对电子巡航的技术构架、运行模式等问题进行了初步探讨［4－6］，有关电子巡航系统的概念、组成、功能等方面认识还不够清晰.本文结合芜湖海事局电子巡航系统应用现状的调研结果，对“e－航海”时代背景下电子巡航系统概念、组成、功能特点进行全面的描述，分析其信息特征、实施效果及存在的问题，以深化对电子巡航的认识，促进电子巡航在海事动态监管的实施.

1 “e－航海”的概念及实施

1.1 “e－航海”概念

“e－航海”通过电子的方式，在船上和岸上收集、综合和显示信息，以增强船舶泊位到泊位的航行能力，以及相应的海上安全、保安和海洋环境保护能力.“e－航海”旨在将雷达、全球定位系统（GPS）、船舶交通服务系统（VTS）、自动识别系统（AIS）、闭路电视系统（CCTV）等现有技术系统进行全方位的融合，提高航行的安全性［7］.

1.2 “e－航海”实施现状

2006年IMO制定“e－航海发展战略”，积极促进“e－航海”目标的实现.同年，IMO在马六甲海峡开展名为“地区海上电子高速公路（regional marine electronic highway，MEH）”的实验项目，以期将岸基海事信息、海上环境信息和相应的船载航行设备信息进行综合并提供给船上操作人员和岸基管理人员，利用海事咨询资讯技术，建立加强航行安全、减少污染危险和收集用户数据资料的地区网络，从而保证船舶和岸上管理机关获取充分的信息［8］.当前，“e－航海”的理念已通过世界各航运国家所研发使用的水上交通监管平台体现出来，如欧洲内河航运信息服务（river information service，RIS）、芬兰COAST WATCH系统、日本电子航海支持系统（electronic navigation support system）、美国智能航运信息服务网络系统（intelligent waterway system and waterway information network，IWS）.

事实上，“e－航海”理念早已通过各类现代航海技术系统体现，其最突出的代表为VTS.VTS在提供通航信息服务、助航服务、船舶交通组织维护方面具有重要作用，成为水上交通管理的重要手段［9］.VTS的诞生可追溯至20世纪中期，至今已经历了3个发展阶段［10］，目前正朝向信息化、数字化、网络化方向发展，这一特征正通过AIS、CCTV等技术系统在VTS中的应用显现出来［11－12］.

2 电子巡航系统概念及组成

2.1 系统概念

电子巡航系统（electronic patrol system）是在整合AIS，VTS，CCTV等信息系统与监管系统功能的基础上，通过模拟巡航、划定边界线、设置临界值等技术手段，实现船舶交通秩序维护、船舶违章行为纠正与处罚、通航环境数据采集等功能的一种现代监管技术系统.

电子巡航系统将AIS，VTS，GPS等系统所采集的监管对象信息与海事业务数据中心标准数据或系统设定值进行比对，识别监管对象的运动状态和发展趋势，对不正常状态进行预警，从而为海事管理机构实施水上交通安全监管提供参考和决策支持.

2.2 系统组成

电子巡航系统主要由监管平台、协同系统和海事数据中心组成，其主体构架为“1＋6＋1”，即以地理信息系统（GIS）为平台构建电子巡航系统平台，高度整合船舶交通管理系统（VTS）、船舶自动识别系统（AIS）、全球定位系统（GPS）、气象信息系统（WIS）、闭路电视监控系统（CCTV）、船舶违章取证系统、共享水位信息系统（WLIS）等7大系统，并配套长江海事数据中心与船舶管理系统、船员管理系统等系统实时联动，其系统组成见图1.

3 电子巡航系统功能

电子巡航系统功能可分为内部功能和监管功能，前者主要指系统内部数据采集和处理，后者主要是电子巡航系统所具有的水上交通动态监管功能.

3.1 电子巡航系统内部功能

图1 电子巡航系统框架图

电子巡航整合了现有的各类技术系统，信息高度集成和智能处置是其显著特征之一.作为一种信息技术系统，电子巡航可实现数据信息的自动采集和智能评估.

3.1.1 数据的自动采集 电子巡航可对船舶交通信息和环境信息进行自动采集，其中船舶交通信息包括船名、船舶尺度、船舶类型、船员证书等静态信息，船舶实时位置、航速等动态信息；环境信息包括与航道地理、水文、气象等有关的信息.这些信息的采集是通过数据接口将现有的VTS，AIS等信号接入到电子巡航系统中，或者说电子巡航“借用”了现有系统所采集的信息，如接入AIS信息（船名、位置等）、VTS信息（船舶航速、航向等）、GPS信息（船舶定位、测速及时间等）、CCTV信息（区域和船舶实况画面）、WIS信息（风况、温度等）、WILS（水位、流速等）、长江海事数据中心数据（船舶签证、船员证书、法律规范等）.

除上述途径外，还可通过VHF守听、船舶报告等方式人工获取水上交通信息.

3.1.2 数据的智能评估 电子巡航系统通过功能开发，对所采集的数据进行智能化评估，以判断船舶是否遵守相关航行规定、是否处于危险状态或面临紧迫局面、船员证书及船舶签证、安检等是否满足规定要求等.这种评估主要通过“一模拟、两线、两值”技术（即模拟巡航技术、分隔线和边界线技术、临界值和领域值技术）进行.

1）模拟巡航技术 通过模拟巡航技术判断船舶及船员证书是否存在缺陷.电子巡航系统通过模拟巡航实时获取船舶及船员的基本信息，并自动和长江海事数据中心提供的数据进行比对，包括辖段内所有船舶是否存在安检缺陷、逃避签证、黑名单船舶、重点跟踪船舶.

2）通过分隔线技术判断监控船舶是否遵守定线制.电子巡航系统在相应定线制区域划定中间分隔线，对在航船舶进行自动越线检测（如芜湖海事局目前设定为10m），超越该线的船舶会发出船舶逆向报警.

3）通过边界线技术判断特殊区域是否处于安全状态.电子巡航系统划定桥区、渡区、施工区、锚泊区、警戒区、浅区、取水口保护区等区域，值班人员根据系统报警设置及专业判断，实时监控区域内外船舶航行和锚泊状态.

4）通过临界值技术对恶劣气象水文状况的预警，见图2.电子巡航系统关联了气象、水文系统，通过将相应辖区内气象站采集的水文气象信息进行安全预警临界值设置（如设定高水位9.4m、低水位4.52m，风力5级，能见度1 500m），超过临界值时自动预警.

图2 电子巡航系统临界值技术通航环境参数设定

5）通过领域值技术实现在航船舶安全预警，见图3.电子巡航系统通过设置过往船舶与特定区域（如桥区、渡区、锚地停泊区）的安全距离（如前后100m，左右50m），实现对船舶领域的安全预警，避免船舶在追越和并行过程中距离过近.

图3 电子巡航系统领域值技术船舶安全间距预警

3.2 电子巡航监管功能

电子巡航监管功能体现在对水域现场通航环境和船舶交通秩序维护和监控等方面的应用，主要体现在：

1）辖区巡航监视 执法人员通过电子巡航系统对辖区水域进行全盘巡查，通过系统内部信息的采集和比对，可获取区域内船舶交通和通航环境信息，发现船舶存在的问题及缺陷.

2）重点监管单元监控 电子巡航系统具有区域设置功能，可在监控平台上划定渡区、施工区、警戒区、锚地停泊区、桥区、浅区等特殊区域，并通过相应的系统预警设置及人员监视，可对这类重点监管单元进行实时监控.此外，还可对危险化学品船、渡船、大型船舶、客船等重点船舶进行跟踪和巡视，实现对重点监管单元的监控.

3）船舶交通秩序组织和维护 执法人员通过电子巡航平台及VHF等通讯设备对船舶交通秩序的组织和维护，监督船舶遵守辖区内有关船舶航行、停泊和作业要求的相关管理规定.重点监管内容包括：（1）船舶遵守船舶定线制规定情况，是否存在逆向行驶、错走深水航路、不按限速规定航行等违法行为；（2）船舶遵守桥区等重点区域有关航行规定的情况，是否存在违法追越、并行、错走桥孔、穿越桥区引航道、擅入施工区、超吃水、超渡区航行等行为；（3）船舶遵守停泊秩序规定，是否存在超范围锚泊、超宽停泊、超负荷靠泊等违法行为；（4）船舶遵守限航或禁航等交通管制规定情况，是否存在不按限航规定航行、穿越禁航区等违法行为；（5）危险品船舶等重点船舶航行动态，是否存在违规作业、超载渡运等违法行为；（6）船舶、船员等静态和航次信息，是否存在证书过期、配员不足、逃逸签证、逃逸处罚、逃漏规费、未按规定纠正安检缺陷等违法行为；（7）船舶AIS配备及使用情况.

4）发现和纠正船舶违章行为 电子巡航系统通过安全预警设置，可对某一特定区域内船舶的航行、停泊和作业情况进行安全预警，当船舶行为信息违反系统设置时，系统会发出自动报警，执法人员利用VHF呼叫对船舶违章行为进行纠正，要求船舶立即停止违章行为.在远程纠正无效时，使用海事执法船登船检查、制止船舶违法行为，保存船舶违法行为的有关电子证据，依法实施海事行政处罚或网上协查.

5）船舶违章取证及证据保存 利用电子巡航监管中船舶违章取证子系统，可对船舶违章行为进行取证，同时可对违章证据、处理结果、缴费信息等进行记录和存档，有助于提高海事监管效率和执法规范化水平.

6）发布通航信息 电子巡航可通过AIS短信播发等信息发布功能，对航行通（警）告、安全预警、气象水文等安全信息进行发布，并提供安全航行咨询服务.

7）协助应急行动开展 当发生水上交通事故及险情时，利用电子巡航系统信息采集和发布平台，可为应急行动提供有关水文、气象、事发船舶信息等资讯服务，对事发区域船舶交通秩序进行组织调度，协调各方应急船舶的行动.

4 电子巡航实施现状及存在的问题

4.1 电子巡航实施现状

在电子巡航实施后，船舶违章行为发现及远程纠正、海巡艇出艇、行政处罚等主要业务数据均呈现较大的变化.以芜湖海事局和武汉海事局为例，芜湖海事局2011年7月～10月通过电子巡航发现船舶各类违章行为10 615次，实施远程纠正违章行为10 203次，远程纠正率达96.1%；武汉海事局2012年1月～6月通过电子巡航发现船舶违反航行规定行为129件（占所查处的该类违章行为总数的39%）、逃避签证39件（占所查处的该类违章行为总数的68%），海巡艇油耗同比下降27%.

各分支局电子巡航运行数据表明，电子巡航实施后，船舶违章行为次数有所下降，海巡艇巡航针对性和效率提高，船舶违章行为得到进一步纠正，电子巡航监管威慑力得以彰显，相对于传统海巡艇现场巡航的监管方法，电子巡航在监管自动化和信息化方面具有显著优势.

4.2 存在的问题

自电子巡航实施以来，在长江干线水上交通安全管理工作中发挥了一定的作用，取得了较好的成效，但也暴露出一些问题，主要有：

1）电子江图标示不准确，精确度不高 电子江图存在漏标、错标的现象，导致提供的静态信息不准确.电子江图上未标明部分锚地、停泊区、码头、泊位、渡线、过江电缆等准确范围、位置，某些监管对象标示有误，分界线标示不清晰或存在错误.建议重新对监管对象进行标示，对桥区、过江电缆区域，增加标示航宽、净空高度；对已经停运的渡线，删除已有的标示；对一类监管区、警戒区、锚泊区等重点水域，用色彩来区分这些重点水域，并增加特定功能（比如在某区域发生预警该区域会闪烁红色光芒来提高警示程度）；对设标水域及分道通航水域，按照定线制规定，重新标示航标及分界线.

2）系统设备存在缺陷，系统功能不完善，误报警多 系统的主要监管设备GPS，AIS有时无信号显示，VTS船舶信号盲点较多，小型船舶基本没有信号，造成此类船舶无法监控，而且GPS、AIS、VTS信号接入存在偏差，船舶信号接入信号不同步，不能实时反映水上实际情况.建议及时更新系统主要监管设备，弥补设备的缺陷，稳定信号源，使电子巡航系统功能得到完全发挥.

同时，船舶历史回放功能单一，仅能回放单船一定时间段的历史轨迹，如有违法行为需要取证（如警戒区并行、追越），则不能满足违法事实的调查，并且在历史回放时电子江图中没有标明定线制航道，无法说明船舶越界、逆行等违法事实.建议增加船舶历史回放的功能，结合重新标示的电子江图实施监管.

系统设备的缺陷还导致系统稳定性不足.电子巡航系统运行以来，各操作台多次发生死机、白屏现象，需把电子巡航系统彻底卸载删除后再重新安装才可正常使用.

另外，电子巡航系统的覆盖面不广.建议强化现场AIS设备检查，扩大系统的覆盖面，增大系统动静态信息量，让电子巡航系统更广泛被应用于动态监控、事故调查、数据统计等.

3）专业技术水平不高，系统维护力量不强现场执法人员对电子巡航系统软件不够熟练.部分执法人员对新知识的接收速度较慢，电子巡航专业技术水平较低，在实施电子巡航时不能完全胜任.建议增强现场执法人员的定期知识培训.专业技术水平的不足还导致系统维护力量不强，因此要加强专业技术保障队伍的建设，通过多种渠道引进和补充人才，来弥补维护力量不足问题，特别是加强VTS设备维护人才的培养，以保障各项系统顺畅运行.

4）相关管理规范需进一步制定和执行 当前，长江海事局有关电子巡航的工作规范还不完善，针对人员职责、值班规范、统计报表、业务培训、系统维护保养、考核评估等一系列管理规范尚未得到制定，或虽然已制定但各分支局规范不统一，电子巡航的运行还没有得到规范地管理，需要研究制定相关规范，确保电子巡航工作的顺利开展.

5 结束语

电子巡航适应e－航海理念，整合了现有的VTS，AIS，GPS等信息技术系统，将物联网技术应用到水上交通监管中，通过海事传感网对巡航对象的状态参数进行实时采集、传输，运用专家系统分析巡航对象的安全状态和运动态势，实现了对船舶违章行为的智能判断和远程纠正.对数据的自动采集和智能评估是电子巡航最显著的信息特征，在该特征下，电子巡航实现了辖区巡航监视、重点监管单元监控、船舶交通组织和维护、船舶违章发现和纠正、通航信息发布等监管功能.

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