领海基点动态监控体系设计研究

2017-09-22徐文斌徐鹏杰范诗玥刘庆群

地理空间信息 2017年9期

关键词：领海海岛基点

徐文斌，徐鹏杰，范诗玥，刘庆群

（1.国家海洋信息中心，天津 300171）

技术热点研究

领海基点动态监控体系设计研究

徐文斌1，徐鹏杰1，范诗玥1，刘庆群1

（1.国家海洋信息中心，天津 300171）

针对传统领海基点监控方式在监控成本和监控效率等方面无法满足领海基点保护与管理需求的问题，通过分析领海基点监控的现状﹑需求和可行性，结合国家领海基点保护的要求，提出了一套层次化的领海基点动态监控体系方案，并对方案实施的技术难点和预期效果进行了分析。该方案综合运用多源定点监控设备﹑移动监控设备﹑远距离网络传输和辅助决策支持等信息技术手段，可对领海基点本身及其标志﹑保护范围﹑所在海岛﹑周边领海及其外部海域的人员活动﹑船只运行和工程建设进行监控，为开展领海基点及其周边大范围区域的全天候﹑立体化监测提供思路。

领海基点保护；动态监控；海洋权益；网络传输

领海基点是计算领海﹑毗连区和专属经济区的起算点，是确定一个国家管辖海域的重要标志，具有重要的法律﹑权益意义。1982年4月联合国通过《联合国海洋法公约》，各国都根据自己的具体情况主张权利，而这些权利争取的基础是确定领海基点。我国分别在1996年《中华人民共和国政府关于中华人民共和国领海基线的声明》和2012年9月10日《中华人民共和国关于钓鱼岛及其附属岛屿领海基线的声明》中，宣布了中国大陆领海的部分基线和西沙群岛领海基线的77个领海基点，以及中国钓鱼岛及其附属岛屿领海基线的17个领海基点的名称和地理坐标[1-3]，并不断加强领海基点及其所在海岛的保护力度，通过立法﹑立项等方式推动和落实相关工作。

实时掌握领海基点及其标志﹑领海基点所在海岛及其周边海域入境船只和开发活动等情况是开展各项权益维护﹑保护管理工作的基础。《中华人民共和国海岛保护法》规定，国家对领海基点所在海岛实行特别保护，任何单位和个人都有保护海岛领海基点的义务；并明确领海基点所在的县级以上人民政府海洋行政主管部门应承担所辖范围内领海基点及其所在海岛的监控和保护工作。然而我国尚未完全建立国家级的领海基点监控系统，监控标准和技术手段也未经统一。目前的监控手段主要为船只巡航﹑登岛检查和遥感监测，不仅对人力﹑物力需求较高，且难以反映实时状况，还易受天气和海况因素影响，在时间和空间上存在明显盲区。随着国家海洋权益维护的需求不断提升，传统的领海基点监控方式已不能满足管理和保护的要求，亟需设计和建设一套标准统一﹑实用高效的领海基点海岛动态监控体系，在有效减少投入的基础上，及时获取领海基点及其所在海岛乃至周边海域的实时信息﹑人类活动情况和生态环境状况，做到提早发现﹑准确识别﹑全程监控，为管理部门依法开展领海基点管理和保护提供信息基础和决策依据。

1 领海基点海岛动态监控技术方法

特殊条件下的可视化监视和实时传输技术一直是制约领海基点动态监控的主要问题。领海基点远离大陆，处于高温﹑高盐﹑高湿的环境，加之没有稳定的电力供应，建设维护难度大。近年来相关技术快速发展，为领海基点动态监控的实施提供了有利条件。目前，视频和雷达监控技术已十分成熟，在林业﹑渔业监控等方面得到大量应用，能满足领海基点海岛监控要求，如王志宝[4]等在林业病虫灾害远程监控系统中将2D/3D GIS技术和视频监控技术相结合，实现了适于精细监控和大范围巡查的林业病虫害可视化监控；郝江凌[5]等基于雷达技术构建的近海船舶分布式监控系统，能对辽东湾内各类船只进行动态监控，并可对越过报警线的船只进行自动报警；广东省﹑山东省等也展开了针对部分领海基点的视频监控试点工作。此外，超视距微波传输﹑无人机监控和波浪能海面机器人等新技术也趋于成熟，并在相关行业得到了不同程度的应用，能极大地扩展监控范围，提高监控网络布设的自由性，有效弥补常规监控设备无法达到的盲区。

2 监控体系设计研究

从业务需求出发，领海基点海岛动态监控体系应以领海基点保护为业务核心。在监控方法上，以多源监控设备﹑实时传输网络﹑多媒体技术和GIS技术等信息化手段为主，尽量减少人员登岛和船舶巡航检查；在监控对象和范围上，应对相关法规中涉及的领海基点及其所在海岛﹑领海基点及其保护范围标志﹑保护范围内的人类活动﹑自然环境等信息进行监控，并将监控范围向周边海域辐射；在监控要求上，监控体系应对天气条件有较强的适应性，满足全天时﹑全天候﹑高准确性的要求。

通过领海基点海岛动态监控体系建设，可为地方﹑国家和有关部门开展领海基点保护与管理工作提供信息保障和数字化决策支持，实现领海基点基本情况﹑变化情况和潜在危险的“三清楚”，提升我国在相关海域维护海洋权益﹑处置突发事件﹑提高综合指挥决策的综合能力以及领海基点管理决策水平。

2.1 层次化领海基点监控模式

由于领海基点所处位置和地理环境较为特殊，不具备常规陆地监控的基础条件，无法依靠单一监控手段满足监控需求。在全面覆盖监控区域的前提下，采用层次化监控体系设计，可在充分发挥设备优势﹑合理配置资源的同时，满足领海基点管理与保护工作的监控需求。层次化领海基点监控模式（表1），即以领海基点为中心，按照领海基点本身及其标志﹑领海基点保护范围﹑领海基点海岛及其周边领海和领海基点周边大范围海域4个层级，根据相应的管理要求设计监控内容，选择监控设备。

表1 层次化领海基点监控模式

2.1.1 领海基点本身及其标志监控

《中华人民共和国海岛保护法》规定“禁止损毁或者擅自移动领海基点标志。任何单位和个人都有保护海岛领海基点的义务”。由于领海基点及其标志（标志碑﹑方位碑）长期暴露在自然环境中，在波浪冲击﹑阳光暴晒和风化侵蚀长期综合作用下，会发生自然老化，需要通过可靠手段监控其老化破损程度，以便进行破损评估和维护；同时，由于保护意识薄弱，一些人员在领海基点周边靠岸﹑停船和作业时的不当操作，也会对领海基点及其标志造成破坏，需对其进行实时监控，及时制止破坏行为的发生。因此，该层监控的重点是领海基点周边人类活动和领海基点标志的安全情况等。

由于高精度定点监控摄像机可根据环境光照度变化，自动选择彩色和黑白摄像机工作，其自动聚焦镜头成像清晰且焦点夜间不偏移，适于进行全天候﹑高清晰度的实时监控，因此可采用架设高精度定点摄像机的方式，实现对领海基点本身及其标志的全天候不间断定点监控，实时获取清晰图像，分析破损老化程度，并对进入监控范围的异常物体进行监测﹑报警和语音警示。

2.1.2 领海基点保护范围监控

《中华人民共和国海岛保护法》规定“禁止在领海基点保护范围内进行工程建设以及其他可能改变该区域地形﹑地貌的活动。县级以上人民政府海洋主管部门应当按照国家规定，对领海基点所在海岛及其周边海域生态系统实施监视﹑监测” 。《领海基点保护范围选划与保护办法》规定“禁止损毁或者擅自移动领海基点标志和领海基点保护范围标志”。根据上述法规要求，为保护领海基点的准确性和稳定性，防止在领海基点保护范围内开展工程建设以及其他可能改变该区域地形﹑地貌的活动，应对领海基点保护范围进行监控，监控的重点在于保护范围内潜在的人类活动和保护范围标志的安全情况等。

为满足领海基点保护范围监控需求，可借助周边建筑物或搭建监控塔，架设高精度视频监控设备，通过自动巡查和人工控制相结合的方式，对保护范围内的人员行为和开发利用活动进行监控。

2.1.3 领海基点海岛及其周边领海监控

根据《国家海洋法公约》，领海基点连线构成我国领海基线，由领海基线向外延伸12海里的海域为我国领海范围。为了加强领海管理，有必要在领海基点动态监控中，对领海基点周边领海的非法填海造地﹑挖沙﹑盗采珊瑚﹑侵犯领海主权等行为进行监控。

在领海基点海岛及其周边领海范围内，可依靠视频监控和雷达监控设备，对区域内的移动目标进行探测跟踪和自动报警：领海基点周边10 km（约5.4海里）范围内，可通过架设集成了多光谱监控视频和小目标雷达的雷达联动远距离光电监控设备，对雷达散射截面（RCS）大于1 m2﹑高度大于1 m的目标进行探测，并与多光谱监控视频联动，形成多个波段下的动态监测；领海基点周边12海里范围内，则主要依靠雷达设备进行主动探测。通过多种手段的相互配合，可实现对领海基点海岛及其周边领海内监控目标的自动搜素﹑目标识别﹑持续跟踪和录像取证。

2.1.4 领海基点周边大范围海域监控

根据《国家海洋法公约》，从领海基线向外延伸的24海里范围内为我国领海的毗连区。在毗连区内，为防止和惩治在我国领土或领海内违反相关法律和规章的行为，我国可在该区域内采取必要管制。由于领海基点周边领海向外的大范围海域是各国船舶通行的重要区域，船只来往频繁，对领海基点周边大范围海域内过往船舶活动进行实时记录，对行为异常船只进行跟踪监控，及早发现非法侵入行为和非法作业活动，对于确保区域内船舶通行安全，维护国家海洋权益具有重要作用。

通过合理的天线高度设置，利用雷达监控站能在3级海况及以下天气条件下，对80 km（约43.2海里）范围内RCS大于50 m2﹑高度大于3 m的目标进行探测和记录；同时配合船舶自动识别系统（AIS）能在有效范围内，对具备AIS发送设备船舶的船位﹑船速﹑航向﹑船名和吃水量等动静态信息进行自动探测和持续跟踪，并可通过甚高频频道向附近海域的船舶进行广播，便于与目标船舶通话和协调。此外，还可利用无人机﹑波浪能海面机器人等移动监控平台，在更大范围﹑更远距离的区域中实现大面积﹑隐蔽式的补充监控，实现领海基点周边区域的全覆盖。

根据监控对象的特点和监控内容的差异，依靠多种监控方式相互配合构建的领海基点分层次监控模式，不仅可满足单个县市领海基点的监控管理需求，还将沿我国领海基线形成一套较为严密的领海基点监控体系，通过统一的监控业务平台，可对我国领海基点情况﹑领海基点保护范围以及领海内的人员活动﹑周边海域过往船只实现动态联动监控。

2.2 监控体系总体结构设计

按照层次化领海基点监控模式，从采集﹑传输﹑存储应用等方面开展监控体系总体结构设计，形成由感知层﹑网络层和应用层构成的监控体系总体结构（图 1），实现监控体系各部分的无缝互联﹑智能互通，使得整个体系的立体化资源得到合理应用。

感知层由多源探测设备﹑信号处理设备和本地存储及视频服务设备构成。多光谱监控摄像机﹑探测雷达﹑AIS﹑无人机和波浪能海面机器人等探测监控设备组成的前端探测设备，通过可见光﹑红外线﹑微波等不同波段对不同监控范围内的监控对象进行探测﹑跟踪﹑识别和监控；编/解码器负责将后台发出的监控指令发送给云台摄像机等监控设备，同时将各监控设备采集的信号通过解码转换生成监控数据；依靠本地存储设备对监控数据进行存储和索引后，再由视频服务器将监控数据分发给请求数据的客户端或业务系统。

图1 领海基点海岛动态监控体系总体结构

网络层由有线专网﹑定向微波延伸网络和区域无线网络组成，根据不同领海基点海岛自然条件情况，选择相应组网方式，将各个孤立的监控点和后台系统联通，提供稳定畅通的信息传输条件。

应用层是业务系统，是监控体系业务化运行的核心部分。通过数据库系统对基础地理信息﹑领海基点及海岛信息﹑监控资料和资源信息等数据进行统一存储和集中管理；数据收发﹑存储索引和远程控制等系统服务，通过网络层驱动和链接各类系统资源，实现感知层各类设备﹑业务系统数据库和各级用户的互联互通；通过地理信息技术构建的可视化监控平台，向监控人员﹑省级领海基点管理部门及其上级主管部门提供领海基点海岛及其周边海域基本信息查询﹑监控管理﹑预警预报﹑产品制作等功能，实现各类领海基点的统一监控﹑监控信息的统一管理和执法力量的统一调度（图2）。

2.3 技术难点研究

2.3.1 网络传输问题

领海基点海岛动态监控体系的网络传输部分主要可分为3段：①前端监控信息网络，即监控点至邻近大陆网络接入点的传输网络；②中端接入网络，即领海基点邻近大陆网络接入点至监控管理中心的传输网络；③后端业务系统网络，即监控管理中心内部业务系统运行的网络环境。由于领海基点所处位置特殊，部分基点具有自然条件复杂﹑网络基础条件较差等特点；且其监控数据也具有保密性，无法通过公共网络进行数据传输。因此，前﹑中端网络在传输距离﹑传输方式﹑数据安全等方面存在一定的困难。

前端监控信息网络，因跨海搭设有线网络难度较大，可根据不同情况灵活选择网络传输方式，对于紧邻大陆的领海基点，在保证监控对象有效覆盖的情况下，尽量将监控设备架设在大陆一侧，利用大陆已有网络条件进行数据传输；对于距离大陆较近的领海基点，可采用定向微波方式从陆地向监控点进行网络延伸，无线频率为5.8G Hz，带宽可达10 Mbps以上，并通过加密方式接入，确保监控数据稳定和传输安全；对于距离大陆较远的领海基点，可借助基点周边海岛，经多次定向微波构成网络中继，完成远距离数据传输。中端接入网络，由于目前国家海洋局已有专线网络链接至县一级海洋行政主管部门，可直接利用专线网络实现领海基点邻近大陆网络接入点至监控管理中心的传输，再转发至省﹑国家有关单位。

图2 领海基点海岛动态监控体系业务系统框架

2.3.2 电力供给问题

领海基点海岛动态监控体系中，由于监控站点多部署在无市电环境下，监控设备供电存在困难。考虑到多数海岛日照条件和风力资源较好，部分监控点所在地全年日照时间可达2 563 h，太阳能和风能充沛，可以这些清洁能源为供电来源，并配套储能电池和柴油发电机作为补充供电手段，形成“风光油储”互补的微电网，解决传统方案中转换效率低﹑能耗高﹑频繁维护的问题。同时通过高度一体化的结构设计，使供电设施具有防偷盗﹑快部署﹑易安装和节省占地面积等特点；供电能力留有一定余量，每站点负荷容量一般不小于2 KW，并采用直流供电，减少逆变环节。

2.3.3 设备防护问题

在设计的监控体系中，需高度重视各类设备的防护问题，以保障设施在高温﹑高湿﹑高盐的环境中正常运行，防止台风等极端恶劣天气的影响。根据设备运行要求，设定设备工业防护等级，如长时间暴露在室外的设备，选择等级为IP68；关键设备应考虑要求设备提供商提供相应的备品和备件。

2.4 预期效益分析

开展领海基点海岛及其周边海域监控是实施领海基点保护的必然之举，领海基点海岛动态监控体系建成后，可取得以下效益：

1）实现全方位﹑立体化监测。该体系根据领海基点保护的实际需求设计，采用的雷达跟踪探测系统能实时抓取和跟踪海面﹑低空的可疑目标；与雷达联动的多光谱高精度视频监控设备可对监控对象实施全天候不间断拍摄；通过其上﹑下挂载的传感器，波浪能海面机器人能对水面及水下目标进行探测；无人机设备能获取监控目标周边大范围信息，并可对重点目标进行跟踪监控。通过上述设备，可实现对领海基点的全方位﹑立体化监控，并对可疑目标及时报警，形成无死角防护区域。

2）有效降低成本。该体系建成后，通过前端采集设备和后端业务系统的高效配合，能完全实现领海基点无人值守监控，并及时对异常情况进行自动报警，有效减少船舶巡航和现场监察频次，提高巡查效率，指引有效防范，合理调配资源；同时可改善领海基点周边涉海﹑涉岛基础信息和实时现场状态的掌控能力，为有关渔业生产﹑规划计划﹑基础建设等工作提供资料，并可投入打击非法侵渔活动﹑规范渔业生产秩序的应用中。

3 结语

1）本文给出了一套领海基点海岛动态监控体系的设计思路。鉴于领海基点的重要性和我国加强领海基点保护的紧迫性，应采取总体规划﹑分布推进﹑重点深入的原则，统筹开展全国领海基点动态监控体系建设，优先解决周边人类活动频繁﹑海洋生态环境脆弱和地质条件复杂的领海基点动态监控。同时鉴于领海基点监控涉及监控点位结构建设﹑高精度监控设备和信息化管理平台建设，总体经费投入较多，应在国家层面加大投入，通过专项等方式逐步分批开展，并发挥所在省市作用，解决监控体系建设资金问题。

2）领海基点海岛动态监控体系的运行维护和建设同等重要。由于领海基点环境的特殊性，在建设完成后，应加大系统日常维护的力度，明确各成员单位的职责﹑协调任务分工，建立自身管理﹑合作管理﹑外包服务等形式相结合的运行保障机制，保障体系的持久稳定运行。领海基点监控体系运行的核心部分由编制内人员负责关键环节的管理；设备维护和管理可考虑合作管理的模式，协调和组织具备能力的单位共同参与；系统补给等服务可采用服务外包的方式，充分利用社会优势资源。同时，加强教育培训，稳步提升队伍素质，根据“缺什么，补什么”的原则，制定系统培训计划。

3）加强领海基点动态监控信息共享。信息共享有助于充分发挥领海基点动态监控体系对领海基点及其周边海域监控信息的服务效能，应制定共享和协调机制，按照授权分级向各级政府﹑外交﹑海警﹑海事等部门提供监控信息，向气象﹑环境﹑渔业等部门提供应急服务；另一方面应在安全制度和技术保障下，有限度地向社会公众提供部分领海基点监控信息，满足公众知情权，营造保护领海基点的良好社会舆论氛围。

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