e-Navigation技术发展及其在海事管理中的应用

任 健

（中国海警局直属第六局，山东 青岛266000）

海洋是国际贸易和大宗货物运输的主要载体，也是充满资源和机遇的蓝色宝库。自21世纪以来，人类开始了对海洋资源的大规模开发和利用，海洋的战略地位日益提升，航海技术也随之迅速发展。5G技术、北斗系统等新兴技术与雷达、GPS（Global Positioning System）、AIS（Automatic Identification System）、电子海图等传统技术和设备在航海领域得到综合应用，船舶航行安全和海洋环境清洁有了更完善的技术保障[1]。然而这些技术的发展在为航海带来便捷与安全的同时，也造成了一定的问题。由于上述这些技术是在不同的历史时期独立发展起来的，各应用系统都互不干涉也无联系。虽然能够极大地提升服务水平，但也在某种程度上增加了船员的工作负担。同时船载设备的类型与数据格式越来越多，标准的不统一会造成系统间相互的不兼容与数据的冗余[2-3]。此外在船舶到港或离港前，船员除了需要获取通航信息之外，还需要获得更多的关于港口、码头、航道等的动态实时信息。岸方也希望更早和更加全面地获取船舶的航次信息并将气象信息、搜救应急等诸多情况及时通知船方。因此，如何有效地整合现有的船载与岸基设备，形成一个更为全面、统一、安全的沟通机制，成为近十余年来航运界重点研究的问题，e-Navigation概念也应运而生。

1 e-Navigation技术概述

1.1 e-Navigation的内容及发展历程

e-Navigation也称e-航海，是指通过电子的方式，整合现有的和新的导航设备，在船上和岸上收集、综合、交换、显示和分析海事信息，以增强海上服务、提升安全和安保水平，并保护海洋环境[4]。其总体架构如图1所示，包含船岸环境与连接船岸的物理通信链路[5]。当前的船基e-航海系统多以船载导航系统为基础，集成船上各种传感器，融入AIS、电子海图系统（ECDIS）、自动雷达标绘（ARPA）、船舶交通管理系统（VTS）等技术以获取各种船舶实时的航行信息。岸基e-航海系统主要以海事局VTS为核心并集成相关服务，以便于岸基操作人员理解和使用的方式，提供、交换和传输各种信息数据。其具体可分为数据采集与传输服务、增值业务处理服务和用户交互应用服务。

图1 e-Navigation总体架构

2005年，英国交通部首次提出e-Navigation这一概念。同年11月，国际航标协会IALA（The International Association of Marine Aids to Navigation and LighthouseAuthorities）在一次致力于讨论船舶追踪的会议上再次提出要在全球范围内建立e-Navigation框架。2005年12月19日，美、英、日等国联名向IMO MSC的第81次会议提交提案，要求国际海事组织在全球层面制定e-Navigation战略。2006年5月，IALA的第十六届大会首次正式提出e-Navigation的概念并于2007年IMO NAV的第53次会议采用了IALA提出的e-Navigation概念[6]。国际上，e-Navigation的发展已经进入实施阶段，其中欧洲范围内的Monalisa、EfficienSea和ACCSEAS项目已经投入运行并取得了良好的成效。党的十八大以来，我国也提出了ENIC（E-Navigation In China）项目并在渤海湾、长江口和珠江口相继建立了e-Navigation示范应用。

总的来看，e-航海并不是一项具体的技术，而是一种概念或顶层设计，可以理解为一个把当前的和未来的航海设备与系统全面集成并显示的平台，用于解决现有的导航通信和助航技术之间的无关联性，使驾驶员在值班过程中通过一套系统就能全面了解所需信息，降低工作量和设备配置所浪费的时间；统一船岸通导设备的标准，提高用户的使用效率以及船舶和海事管理机构之间交换信息量，促进海上导航设备的协调一致。而国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）所提出的e-Navigation战略，是一个针对于全球各国港口、船舶间的海上信息化合作战略。该战略的目的是进一步促进各国在海上信息和数据之间的交换以及在统一架构和技术标准的前提下，消除障碍和壁垒，达到增强海上安全、保安和环境保护的能力。

1.2 e-Navigation的核心目标

自从e-Navigation战略制定以来，IMO就是其推广的主要倡导者与推动者，并多次在相关决议中进行完善与补充。经过ENIC项目的带动，我国各涉海机构和企事业单位也在e-Navigation建设中取得了可喜的成果。经过十余年的发展，当前IMO各项决议中通过的e-航海框架的核心目标包括以下内容：

（1）充分考虑船舶航行过程中水文气象、航行信息和风险等方面的因素，促进船舶航行的安全和海上航运安保。此项内容是e-Navigation战略最为重要的目标之一，也体现了该战略制定的初衷。当前围绕该项目标国际上已经有了诸多成果，图2所示为集合了水文气象、航行信息等的综合助航服务系统。

图2 综合助航服务系统

（2）在适当的时间和位置上促进岸上人员以及沿海设施对船舶交通进行观察和管理，即当前各国VTS所执行的任务。

（3）推进不同对象间信息的畅通交流，包括船对船、船对岸、岸对船、岸对岸以及其他使用者之间的数据交换等。

（4）为提高货物运输速度和物流效率创造机会。如我国近年来在各沿海城市建设的无人自动化码头、自动靠离泊设施等都是为提高航运效率所做的突破。

（5）支持海上应急响应和搜寻救助服务的有效运作。当前在海上应急搜救中主要采用的方法是通过获取目标船的AIS信号，指引搜救船舶到达事发海域。而AIS存在作用距离有限、无法传递医疗信息等不足，如果能够在e-Navigation框架下融合其他技术以实现远距离自由通信，将有助于促进海上应急响应的时效性[7]。

（6）验证安全关键系统的准确性、完整性和连续性指标。

（7）通过用户界面整合和显示船上和岸上的信息，最大限度地提高航行安全效益，并最大限度地减少用户由于混淆或误解信息而产生任何风险。

（8）集合并显示船上和岸上的信息，实现用户对工作量的管理，激励并增加用户黏性，并发挥决策辅助作用。

（9）在整个开发和实施过程中，e-Navigation框架始终都应涵盖针对用户的培训和熟悉操作方面所做的要求。

（10）促进e-Navigation在全球范围内的覆盖推广，加强有关的标准和配置的统一，提高了设备、系统、标志和操作程序之间的兼容性和协同性，避免用户之间潜在的冲突。

（11）有关硬件设备和软件可升级，方便所有的潜在用户使用。

2 e-Navigation在海事管理中的应用

e-Navigation是一种抽象的概念，其在实施过程中具体的表达方式是MS（Maritime Service，海事服务），具体是通过各种技术所实现的一种标准化海上服务[8]。通过MS中的各项服务，可以实现前面所提到的一系列核心目标。MS起初被称作MSP（maritime services portfolio，海事服务集），IMO文件中对MSP的描述为“在给定的海域、航道、港口或类似区域，由岸方提供给航海人员的一组标准化的、业务上的或者技术上的海事服务的集合”。自2018年10月，国际海事组织将MSP更名为MS，其定义为具有“协调统一格式的海上相关信息及数据的供应和交换”。最新的定义大大拓展了MS可能涉及的领域，即一切与海上信息相关的服务都有可能成为一种MS，目前业内已确定MS的服务有16种，见表1。

表1 MS已确定的16种服务类型

国际上关于MS的革新和完善一直没有止步，IALA在关于MS的最新导则中提出了关于MS实施推进的流程。若某部门发布MS服务，则须经过9项流程，分别是评估服务传统的发布方式和平台；确定该项服务是否在自己负责的范围以及对新平台的最终需求；确定发布服务的格式及执行时间节点；确定服务的信息提供方；在所有的服务提供方之间建立起通用的工作平台，以保证不同服务提供方之间的互操作以及信息流顺畅；协调终端用户以及相关组织，建立使用服务、呈现服务的工具；建立起岸基对于提供服务所必要的基础设施，软硬件设备等；通过测试，保证服务的可靠性；持续开展服务优化和改进。

可以看出，上述9项流程就是e-Navigation工程从建设前的评估到完成后的维护所经历的整个过程。“通用的工作平台”就是e-航海工程中为各服务方提供数据交流共享的基础。不同地区的用户能够在这样一个平台上实现以往需要在多个平台才能完成的工作，将有助于不同操作平台之间的数据可读、共享及互操作性。建立“呈现服务的工具”则涉及数据获取和展示，通过单一窗口化、数据集成可视化等方式降低因船员工作量和人为失误而引起风险的可能性[9]。

在应用层面，在各种海事管理活动和航运操作中，用户可通过不同设备接受MS的服务，最主要的包括AIS、VDES和GMDSS等。如利用AIS获取船舶动态、静态和航次信息，编辑短消息等；未来还可能在AIS信息内容中加入医疗信息、船员适任信息等。VDES（VHF Data Exchange System，甚高频数据交换系统）技术是船舶航行过程中与其他船只沟通的重要手段，也是e-航海发展的关键支撑技术之一。VDES是实现航海信息传输的重要手段，可作为相关海事服务传输的通信链路。GMDSS（Global Maritime Distress and Safety System，全球海上遇险与安全系统）则是船舶用户发出遇险报警信息的主要手段，在e-Navigation框架下有助于实现遇险信息和搜救信息的共享与传递。海警部门在履行海上维权执法职责，执行打击海上违法犯罪活动等方面的执法任务，以及在协调指导地方海上执法工作时，无疑也需要MS的相关服务。

3 未来发展建议

e-Navigation战略自提出以来，就以提高航行安全、保护海洋环境、提升航运效率和实现信息共享等目标为发展方向。虽然在全球范围内已经有多个e-航海示范工程，但都是局域性的成果，并未在全球范围内推广开来。与此同时，各国的e-航海工程虽然都是在e-Navigation的框架下工作，但采用的标准却不尽相同，也并不能实现完全的信息共享。如我国在渤海湾、长江口和珠江口的e-航海试点工程与欧洲的Monalisa、EfficienSea项目彼此没有联系，甚至我国范围内的几个e-航海工程都是各自为营，没有实现互联互通。因此，针对我国当前e-Navigation项目发展过程中存在的不足，提出未来e-Navigation技术的发展建议。

3.1 统一数据标准，加强互联互通

宏观来看，e-航海主要针对的对象就是数据服务和信息服务。如果不同用户间没有统一的数据标准，那么数据和信息的共享则很难实现。当前IMO、IALA都发布了关于数据类型、数据格式的标准，如S-57、S-100等。我国不同海域在建设e-Navigation工程时应尽可能参考同样的数据标准、采用相互兼容的硬件设备。随着5G和大数据时代的到来，未来还可采用数据云存储、云下载等方式。

3.2 顶层设计，加大成本投入

e-Navigation工程的建设离不开政府和港口当局的规划与支持。在港口建设规划时就要考虑要符合国际统一标准。同时e-航海战略作用的范围并非某一个或几个港口，而是针对整个国家港口群、全球的航海大变革。因此在前期规划阶段，我们应该着力于总结发现不同海域、不同港口间的共性问题，进行顶层设计，努力搭建一套具有普适性的系统工程方法。国家和政府层面要加大财政投入，真正实现智慧港口、智慧航海。

3.3 鼓励科技创新，形成国际影响力

创新是科技进步的推动力，也是一项事业经久不衰的生命源泉。欧洲的几项典型e-Navigation工程自投入运营至今效果显著，在全球范围内起到了较好的示范作用；其次美国海域内各大型港口间的数据共享、数据公开也做得较好。此外，欧美国家为e-航海工程配套生产的设备也在全球市场中占据较大份额。为此我国应加大力度鼓励科技创新，形成国际的影响力，争取为全球e-Navigation战略注入新鲜血液和活力。

4 结束语

e-Navigation战略的实施有助于实现国际海事组织一直提倡的“航行更安全，海洋更清洁，航运更高效”这一目标；同时有助于解决各国、各港口间信息孤岛的现状，促进全球航海航运大融合。作者在工作中亲身经历了近年来我国e-航海建设取得的突出进展，通过实际经验总结e-航海战略的内容、用途并提供了对未来发展的可行性建议。