封闭水域水上交通安全监管系统研究

张国民， 严 峻， 毕 波， 张 敏

(1.山西省地方海事局，太原 030006；2.重庆交通大学，重庆 400074)

内河航运是现代综合运输体系中重要的组成部分，是水资源合理开发和综合利用的主要内容之一。近年来，随着我国经济的持续增长，社会全面进步，人们的物质和精神生活水平大幅提高，城市规模日益扩大，对交通输送吞吐量和服务水平的要求与依赖程度越来越高，全国各地非水网地区封闭水域(指与外界不通航的河流、湖泊、水库、城市园林、风景名胜区等水域)内的水上运输、水上旅游活动日益兴起，且发展势头较为迅猛。近些年来我国自然灾害频发，公共卫生和公共安全、公共交通等领域面临着严峻的挑战。封闭水域是区别于大江大河和出江出海直达长途运输方式的运输形态，给水上交通安全监管提出了新的要求和新的课题。

由于非水网地区具有水运点多、线长、面广，基础设施弱，船舶标准低，船员素质差，管理难度大等诸多共性特点，航运不发达的非水网地区还存在水运从业人员及周边群众的水运安全意识和安全素质薄弱问题。换句话说，就是该地区缺乏必要的水运安全文化方面的原始积累，水运安全没有必要的文化支持等，成为水上交通事故的主要诱因。

水上交通安全监管一直是海事管理领域研究的热点问题，国内外以往的研究大部分集中于水上交通安全问题的分析以及应对措施研究。通过对各地水上交通安全情况的分析，存在的问题可归因于人员、船舶、水域、管理、法律法规五个方面[1-5]。

国内方面，翁跃宗分析和评价了港口航行水域航道的危险度[6]；张春来分析研究了船舶安全事故中的人为因素[7]；马会对港口各航道及整个港口航道水域操船环境的危险度，以及各评价指标对航道内船舶航行安全的影响程度进行了定量评价和分析[8]；郑中义全面分析了影响船舶航行安全的环境因素，并评估了我国沿海港口船舶航行环境的危险度[9]；赵仁余提出了水域交通危险度的多层次模糊综合评价法[10]；宋德星阐述了我国内河航运发展现状以及发展过程中存在的种种问题[11]。此外，还有众多学者从管理的角度提出了加强水上交通安全的应对措施，如健全法制体系、加强执法力度、加大安全宣传力度等。目前，“互联网+”、电子监控技术以及信息化建设受到海事管理部门和学者的重视，信息和监控技术的综合应用对解决水上交通安全监管中存在的问题有重要意义[12-15]。

国外方面，Maria Hänninen等提出了一种基于Bayesian Network模型的决策支持专家系统，用以进行水上交通安全管理[16]。Rino Bošnjak等利用Petre网络建立了海事监管方法，该方法可以在已有的VTS系统上实现，用以在狭窄水域自动控制船舶的会遇情况，在交通运量繁重时可以减小人为失误的概率，避免拥堵。此外，Chou等分析了中国台湾港及其周边水域的主要导航安全因素，对人员、船舶、气候及环境三大类因素的权重排序，并提出应对措施[17]。

由于以往封闭水域的船舶规模较小，同时受到地理条件限制，安全管理不受重视[18]，有关的研究也较少。其存在的问题主要表现在船舶技术状态较差、船员安全意识不足、安全管理制度不完善[19]。山西省针对水上安全问题开展研究，建立了水上安全与搜救管理体系及应急预案体系[20]。本文拟在此基础上，针对封闭水域船舶安全监管系统开展研究。

一、封闭水域水上交通安全监管待解决的问题

山西省境内河流分属黄河、海河两大水系，全省11个市62个县有水运业务，几乎遍及全省。全省航道通航总里程1277公里，大中小封闭水域126个，船舶6000余艘[20]。可见，山西省属于典型的封闭水域航运地区，且全省涉及的航道里程较长，水域地理位置分散，船舶数量较多，船舶安全监管在时间和空间上都存在一定难度，迫切需要一套完善的船舶安全监管系统，提高安全监管的效率，解决时空限制。封闭水域船舶安全监管需要解决的问题，一般可从人员、船舶、管理等因素分析。

(一)人员因素

人员因素是水上交通事故的触发因素，在各因素中占主导地位。这里的人员因素主要指在船工作人员，即船员。根据近年来水上交通事故的调查统计显示，约80%的事故与人员因素有关。人员因素主要包括船员的身心状态、理论知识水平、实践经验水平、技术操作水平、语言水平、操作差错、操作违规等。封闭水域船员往往由当地的老百姓发展而来，安全意识和安全素质薄弱。他们在从事营运中存在只注重经济效益、忽视安全管理的现象，对管理部门的安全监管有抵触情绪，给船舶安全监管带来一定的阻力[21]。

封闭水域涉及旅游船舶，人员因素还包括旅客方面。旅客对营运船舶信息了解不足，缺乏必要的乘船安全知识。由于缺乏对旅客乘船的安全监督以及旅客对船舶的评价途径，旅客与营运船舶之间不能形成完整的反馈机制。

(二)船舶因素

船舶因素是诱发水上交通事故的重要因素。一方面，部分船舶建造前未经专业设计，或者未送船检部门审批。船舶建造技术落后，管理混乱，存在船舶达不到检验规范要求的情况。另一方面，船舶航行操纵设备、助航设备、电气设备、救生消防设备、轮机等设备的状况和性能，船舶材料及质量，船体结构、密封性、强度和分舱布置，以及船舶的浮态、吃水、吃水差、稳性、干舷、摇荡性等都会直接影响船舶航行安全，这些主要通过船舶类型、船龄、船舶适航性、船舶归属等因素表现出来。船舶安全设施配置不足，一旦发生危险，容易造成人员伤亡和财产损失[19]。而且船舶随着船龄增长，船体受海水体侵蚀，构件会出现不同程度的磨损、腐蚀、裂缝，影响船舶设备的状况和性能，进而影响船舶整体的安全性。即船舶老龄化问题，整船技术状况差，导致发生事故的风险增大。

(三)管理因素

管理因素通常是诱发水上交通事故的深层次原因，主要依赖于两个方面：一是海事局等政府部门对航运企业以及船舶、船员的外部监管；二是航运企业对船舶、船员的内部管理。前者主要包括海事管理法规制度的完善性、监督管理的充分性、监督是否违规等，后者包括安全管理体系的健全性、安全管理充分性、纠正问题及时性等。法规制度的完善性，指海事管理法律制度是否存在漏洞和缺陷，能否覆盖海事管理中存在的问题，以及法规制度间是否存在矛盾和冲突等；监督管理的充分性，指海事管理部门在通航管理、船舶管理、船员管理、航行安全保障等相关工作中，能否全面覆盖并及时制止、更正船舶运营中的违规或不适当行为；监督是否违规，指海事管理机构在各项监督管理工作中是否存在违规；安全管理体系的健全性，指航运企业及相关船舶经营人有无建立安全管理体系，或者建立的安全管理体系是否符合标准；安全管理充分性，指航运企业及相关船舶经营人在船舶运营中，能否按照安全管理体系及其他相关规则对船舶、船员等进行充分的安全管理；纠正问题及时性，指航运企业安全管理方面的主动性和积极性，能否及时纠正处理发现的问题。

由于封闭水域的特殊性，封闭水域的安全管理主要存在以下问题：首先，地理位置分散但执法队伍人员有限，造成执法工作开展难度较大，强度不够。现行执法手段单一，迫于客观条件，安全监管工作有所放松。其次，地方政府重视不够，无法取得相关部门的支持与配合，相关部门各自为政，无法对违法活动形成震慑。最后，封闭水域相关法律法规不健全，国家颁布的法规行政处罚数额较大，船舶经营者无法负担，地方法律法规缺乏或法律效力不高，导致无法可依，处罚流于形式。

二、封闭水域水上交通安全监管系统架构总体设计

(一)总体规划

封闭水域水上交通安全监管工作分部级、省级、市级航运单位三级垂直管理，各级管理部门、各航运单位设专属账号和密码，对涉及封闭水域水上交通安全工作的各市航运单位、管理及监管部门，按管理(监管)活动开展情况统计、汇总。系统总体规划要考虑各管理层级、用户权限分类，以及与现有系统的接口等问题。具体规划如下：

水上交通安全监管系统主要包括基础的IaaS、PaaS及SaaS平台。构建的IaaS平台主要为PaaS及SaaS的应用提供基础的计算、网络、存储资源，支持异构的虚拟化软件、通用的X86服务器、网络交换安全设备、适用于各类应用的SAN或NAS存储设备。为了保证整个平台的通用性，不受基础设施(IaaS)层的限制，将通过统一资源服务管理平台(PaaS层)实现对用户统一认证、统一接口管理服务、消息服务、统一资源管理服务和公共服务等功能。SaaS软件服务层作为整个平台各类软件服务的运行平台，可通过PaaS的API接口实现对PaaS层的公共服务及工具的灵活调度。其中，基础资源云平台支撑系统主要明确平台的硬件资源及网络资源，船舶安全综合监管应用系统主要包括运营船舶身份识别与管理、船舶基础信息管理、运营状态监管、服务质量监督考评管理、船员考试管理、运营综合数据分析等功能，船载智能终端则是安装在运营船舶上，以实现各类数据采集和进行数据交互的设备。对接系统及管理服务平台则是满足政府各部门、营运企业、个人及其他行业对本系统的共享与应用的需要所提供的各类接口及功能。

(二)网络架构

封闭水域的水域、船舶地理位置分散，信息传输距离远，管理和执法人员数量有限，要求网络具有高可用性、稳定性、安全性和可扩展性。系统网络采用扁平二层网络架构，核心交换机配置冗余引擎、冗余电源、冗余风扇和10GE SFP+接口板及防火墙模块。

计算资源通过高性能机架式服务器的万兆以太网卡与核心交换机互联，后端连接共享IP SAN存储互联，核心存储资源直接与核心交换机互联，网络安全设备通过旁路连接方式与核心交换机连接，业务网与管理网络通过规划不同的VLAN和IP网段进行区分和逻辑分类管理。

(三)大数据智能决策模块

随着互联网信息技术的深入发展，基于大数据的各行业应用模块开发从数字化、网络化、智能化的并行推进过程中，监督生产与服务决策问题成为关注热点。智能化的监督生产与服务决策将极大地节约人力成本，并降低人为操作失误率，增大安全系数，服务航运企业、行政监管部门和终端用户都会从中获益。大数据决策技术恰好可以解决目前封闭水域点多、线长、面广，基础设施弱，船舶标准低，船员素质差，管理难度大的问题，大量的业务和管理工作可交由系统自动执行。

图1 大数据智能决策模块

利用基础资源云平台支持系统，船员、游客、企业和行政部门等相关信息存储并形成数据库。当用户进入系统界面进行相关操作时，根据操作指令系统自动做出反馈；当监测到用户操作违反相关规定时，系统将立即做出决策并发出警告。如船员在操作驾驶过程中违反相关法律法规规定，系统将自动判别并发出相应提醒、警告或处罚。大数据智能决策模块如图1所示。

三、封闭水域水上交通监管系统功能设计

针对封闭水域人员、船舶、管理方面的问题，充分提高安全监管的效率，解决管理部门人员有限与监管船舶地理位置分散的矛盾，提出整合互联网、移动互联网、船舶OBD(On Board Diagnostics)、蓝牙等技术，构建封闭水域水上交通监管系统。系统可全天候监控动态船舶营运信息，实现船舶动态数据实时共享，提高行业监管能力和水平，强化市场监管，促进节能减排，保障船舶营运安全。该系统还可提供公众参与渠道，促进社会监督，提升行业服务质量，提高船舶营运管理行业服务满意度，促进行业稳定、规范、有序、健康发展。

目前，封闭水域水上交通监管对策的研究已有一些成果[19][21-22]，但对封闭水域水上交通监管系统的研究很少，仅有单一视频监控系统的研究[23]。根据封闭水域水上交通管理的特点，系统功能按照人员、船舶、管理分为四大模块构建，即从面向船员、旅客、企业、行政部门的角度设计系统功能。面向船员包含的功能包括信息采集，在线学习，身份认证，船舶GPS点位及运行轨迹监控，音/视频监控、通话，通知服务，一键报警。面向游客包含的功能包括营运船舶、电子支付、监管督促与服务评价、投诉反馈。面向企业包含的功能包括企业信息、船舶驾驶员身份核实与考勤管理、通知服务、指挥调度、远程监控、投诉处理、运营区域检测、报警响应、船舶OB系统应用、运营数据管理、数据分析。面向行政部门包含的功能包括：第一，运行监管系统，有综合监管仪表盘，船舶定位展示，船舶聚合展示，船舶实时跟踪，船舶轨迹回放，船舶模糊查找，船舶异常聚集报警，驾驶员上线时间查询，报警转警功能，船舶里程最大限报警，船舶设备巡检功能，船舶视频、录音监控功能，船舶运力调度。第二，船舶终端管理系统。第三，考试培训系统。第四，数据查询分析系统，有公司信息查询、船舶信息查询、船舶保险信息查询、驾驶员信息查询、营运信息查询、运价信息查询、企业营运数据查询、服务评价数据查询、乘客投诉信息查询、行业基本情况统计、船舶运行信息统计、船舶使用时间段分布统计、超经营区域船舶情况统计、营运数据统计、服务评价数据统计、驾驶员信誉统计分析、设备上线率统计、上下船地点迁徙图、根据实时点位数据分析。第五，数据交换系统。第六，诚信管理系统。第七，信誉档案信息查询功能。第八，信誉考评指标管理功能及数据来源，包括与外部对接、获取相关信息并管理，信誉考核管理功能，信誉异常预警功能。

四、结语

水上船舶安全监管工作具有公共管理的性质，关系到广大人民群众的生命财产安全，涉及广大人民群众的根本利益。水上交通安全形势的好坏不但影响国民经济快速健康发展、水域环境的保护，而且影响社会稳定。

本文针对山西省封闭水域地广人稀、水运点多且分散、船舶安全监管难度大、从业人员素质较低等水上交通管理的现状，分析了目前安全管理中存在的问题。基于此，提出建立一套水上交通监管系统，目前已在山西省开展系统开发和建设。本文划分了系统的功能模块，设计了每个模块所需的功能。根据系统的技术要求和使用场景，提出水上交通监管系统的软、硬件架构，基于该系统，将在很大程度上缓解监管难度，保障船员和游客等相关人员的安全性，同时极大地促进中小型船舶的安全性整改，提高船舶适航性，为以后的系统开发和扩展打下基础。下一步，将基于系统产生的大量数据进行分析和整理，在优化功能模块和业务流程的同时，重点研究大数据智能决策功能，完善和细化决策的内容与规则，提高系统自动处理问题的能力。