水上施工航行安全管理应用船舶自动识别技术的研究

周强 湖南省常德航道事务中心

1.引言

船舶自动识别（AIS）系统是一种数字化助航系统，该系统融合了先进现代科技、交叉学科，综合应用电子信息显示、电脑技术、局部网技术、现代通信技术，为防止船舶碰撞提供水域航行信息感知技术支持｡该技术能够在更大的区域内，即时和可视化形成和提供船舶航行信息，水上作业应用该技术，可以大幅度提高作业航行安全｡案例人工岛抛（吹）填工程，大量作业船舶集中运行于作业水域，为保证工期作业船舶的航行安全，工程应用船舶自动识别AIS技术，取得了良好的水域航行监控和管理效果，为工程顺利安全施工提供了充分技术支持｡这里介绍该施工导航技术应用，以为同类水上工程船舶安全航行管理应用提供技术参考｡

2.工程概况

某港口人工岛建筑面积206.8万m2，人工填海面积2175.6万m2，筑岛共需砂方2000多万m3，抛（吹）填作业量很大｡所以需要相当数量的机械装备和材料应用｡施工地系属海上孤立岛屿，离岸边最短距离大约2km，不存在栈桥直接接岸，作业人员出入和物资运输，须由船舶运输完成｡

工程所在水域航道航线资源紧张，伴随作业船舶的增加，如何加强航道航线安全航行管理，成为工程管理和技术实施难点｡依靠常规的航行装备，在如此高密度、复杂的船舶航线和苛刻的施工条件下，很难保证船舶航行安全｡为保证船舶航行安全，强化作业船舶管理，工程在作业区航行资源和安全管理上，应用了船舶自动识别AIS技术｡

3.AIS技术在施工航行管理中的应用

3.1 常规航行管理方法

在水工导航管理中，VHF（甚高频）通常被用作船舶最重要的导航工具｡对讲机是船上主要通讯装备，优点是：大容量锂电池，防水坚固，应用简单，还可用BP226AA碱性电池盒，以备突发事件中使用，并且备有专用快速充电器｡船舶电台，也称海用无线对讲机，是专门使用于岸上无线通信和海上船舶的无线对讲机[1]｡

以往，经常使用的导航装备有手机、VHF等｡由于装备的特性，无法有效反映船舶在实际应用中的动态信息，无法直观地定位船舶，并及时对船舶进行监控｡由于不清楚船舶的实际情况、具体位置，仅能依靠船员导航和管理船舶，给施工管理带来了困难｡

（1）常用航行设备

通过AIS实际应用，对其功效和以往的导航装备开展了比较，结果见表1具体所示｡由表可知，船载自动识别系统显著优于以往经常使用的导航装备｡故在施工船舶上装配AIS，船舶航行安全将得到大幅度提高｡此外，AIS装备的功能，还能够用于施工生产｡船载AIS开展后，船舶航行状态明确，管理人员能够准确预测船舶靠停时间｡依据场地石码头的情况和车辆的状态，可以准确安排后续运输，将大大增强船舶航行的效率和码头的利用率，为船东增强效益和效率｡

表1 常规导航与AIS导航的性能比较

（2）AIS航行管理方法

AIS装备由软件与硬件两部分组成，其硬件由VHF频段发射的船载广播转发器、一个应用VHF频段的收发器，以及一个能够为系统提供数据传输接口、参考时间的接收机、信息处理器及其他等导航装备构成｡

接口软件、网络软件和系统控制软件构成了AIS装备的软件部分｡依照既定的程序，AIS系统通过软件控制各个硬件的运行，从而实现船舶通信、监控、导航和识别功能｡

因其突出的功效，AIS被广泛应用于船舶航行管理中｡表1为普通导航装备和与AIS装备的对比｡由表1可知，AIS装备比普通导航装备功能更多，功效可靠，能够及时的对船舶实施监控[2]｡

3.2 作业船只应用AIS导航

挖泥船是较早进入作业水域的船只，作业期间，挖泥船数量相对较少，并且多处于固定状态，因此AIS监测功效发挥不显著｡

抛石船主要应用大约1000m3开敞运料船｡在码头装载了石材以后，抛石船通过水道，跨越客船航线，驶向作业现场｡抛石船队船只多、航速快、航线动态复杂｡案例作业区需要抛石总计达170万m3，出于安全航行管理的需要，对抛石船舶安装AIS系统｡

项目所用石场为白沙头采石场，距红港湾4.5km左右，洪港湾建设了专用砂砾带式输送机码头｡码头有两条双车道，可同时装卸作业｡码头前沿水5m深｡石材最大日装载量为10000～12000万m3｡石材到施工现场的水运距离大约为25km｡通过在石材运输船上装配AIS，具体运行中，满足现场作业要求，并能将位置和航态信息显示在电子实时海图上｡即使雾天影响航行视线的恶劣条件下，船舶的位置也能准确地确定，能进行清晰的通信，保证航行安全｡为监控管理作业船舶提供便利，能够保证施工进度[3]｡

3.3 AIS系统导航管理功效

（1）作业区全局监控

本项目原料供应分散，供石地点29km｡工地距离取沙点约35km，距离排泥点30km，而船舶距离防台锚地约60km｡在如此大的范围内，无论是码头停靠，还是作业区航行，AIS导航系统均能够快捷、准确地定位和显示作业船只位置，对作业船只的作业状态进行实时有效监控，更好服务于作业船只的管理和调度｡

（2）船舶作业状态监控

案例作业区，作业船舶数量很大｡随着工程业务的逐渐推进，参与作业的船只越来越多，水域航行管理变得越来越紧迫｡水域实施AIS管理，管理人员可以清晰把握区域船舶密度和航行状态｡在泊靠管理过程中，借助AIS系统，可以方便检查作业船舶是否在指定区域泊靠｡此外，管理调度人员可以依据AIS系统所监控的信息状态，合理分配区域航线资源，令作业船舶靠泊、装卸、航行组织调度更合理，降低作业船只相遇概率，区域航线资源利用更有效率，作业水域的航行安全性更有保障｡

（3）提升作业船舶的运营能力

作业区船舶具有较大的流动性，几个小时之间，作业船舶的位置变动很大，对讲机方式很难应对拥有较大流动性的作业区安全调度和控制管理｡但AIS系统基本不受作业区范围的影响，无论作业船舶的流动性有多大，均能够实时显示作业船舶的位置信息｡通过比较实时信息与调度记录，船舶工期运行状态第一时间把握，从而有利于实现有效的作业管理｡

（4）保障工区航行安全

船舶航行安全，除本身机械装备的运行状态影响外，交汇避让是另一个较为关键的安全因素｡管理人员和驾驶人员都需要清楚地了解水域和航线状态信息，把握可能存在的交汇时间和交汇点，以利于超前准备应对预案，及时实施相应的航行控制，避免发生交汇事故｡AIS系统在设定操控条件后，在无人员操作的状态下，也会依据既定的程序控制运行，因此可为船舶交汇控制提供一层安全控制保障｡

A IS系统对水域航行信息有实时网络服务优势，当有船舶航行进入盖覆范围后，借助在线网络，可以在显示终端相互传送和辨识航行信息，在线各方可以依据其它船舶对本船舶形成的威胁程度，安排控制操作｡AIS系统可以设置安全报警，当存在船舶进入报警范围时，系统会自动及时发出警示，引起船舶驾驶员及时注意并采取必要控制措施，避免风险发生｡AIS系统与电子海图集成应用，水域船舶航行信息得以即时可视化显示，其航行安全管理应用价值进一步提高｡

与雷达等装备相比，AIS技术可以在船岸之间、船舶之间传导更多的即时导航信息｡AIS系统基本不受复杂海况和不良天气的影响｡它没有死角，复盖范围广，能准确地反映运动的方向和轨迹｡此外由于VHF无线电波具有较好的绕射性能，即使有障碍物存在，也可以实现传输和接收信息｡所以船舶安装AIS系统后，获得水域航行的信息面和信息量均极大提高｡

4.促进水上施工应用AIS技术的保障措施

从案例人工岛建设应用来看，作业船舶应用AIS技术还存在一些问题｡比如作业船舶种类较多，AIS装备种类也不统一｡当不同类型的装备互联时，会有连接不到情况｡此外作业船舶的操作者大多为施工人员，他们对AIS装备的知识和应用水平参差不齐，因此在设备使用上难免差强人意｡更有相当一部分人安全意识不强，思想麻痹，导致一些安全隐患｡案例工程管理团队注意在以下方面加强安全管理：

4.1 规定专项安全资金

导航系统的选择和配备有个资金投入问题，因资金投入责任义务不明确，而引发导航系统配备和使用纠纷时有发生｡为加强工程安全保障投入，有必要通过合同规定，确定导航系统的投入问题｡较为常见的情况是，许多参与工程的民用船舶，其水上导航装备，没有达到海事局规定装配的系统类型和配置要求｡如果订立合同时明确规定部分资金专用于装备AIS导航系统，这样施工船舶在进场前，就会按照合同要求，完善配备AIS系统，避免船东因投入考虑，低配甚至不配标准导航系统，影响作业船舶导航安全管理应用｡

4.2 设备品牌规格应统一

在实际应用过程中，AIS装备因操作不当而发生故障的情况时有发生｡一旦发生故障，多先由现场技术人员维修处理，现场技术人员维修处理不了，则需要厂家提供技术支持｡无论是现场维修处理，还是寻求厂家提供技术支持，品牌型号统一，其维修操作终归相对单一简单，而如果品牌型号多样，现场人员把握不比统一型号那样易于技术掌握，就是需求厂家技术支持，也是品牌型号统一的联系和处理相对容易｡水上环境状态瞬息万变，窗口期抢工期施工，不允许因设备等待维修而耽误工期，因此水上施工设备维修宜快不宜慢｡

比如这样的案例，2111船导航在计算机监控软件中找不到该船，船检时装备却无异常，船东和施工方均无法自行克服和处理，只能求助厂家，多天等待，厂家技术人员才抵达现场进行检查得知，是因为船舶在修理过程中其天线受到相关损坏，更换天线后，系统恢复正常｡水上施工应尽可能避免这种耗时等待和大费周折[4]｡装备统一品牌型号的必要性在于：

（1）克服因设备型号不一致，导致增加维修技术掌握的难度｡设备型号统一便于管理人员了解和把握装备性能，利于工程现场维修｡

（2）由于一种装备往往在一个地区集中投放市场，因此厂家在该地区投放的售后服务技术力量相对要大，因此厂家在该地区的技术支持更具有快速反应条件｡并且一次故障处理时，可以顺带对可能存在的其它设备问题开展检查｡

4.3 提高全员重视程度

项目安全管理需要各级管理者广泛参与，通力合作｡管理者重视起来，现场安全操作的严格检控程度就会提高很多，AIS装备的应用上，需要当事人、船舶操作员、管理人员的合力重视、参与和应用｡为了保证工程安全顺利建设，项目部需要在实际管理中予以有力的支持和投入，支持AIS系统标准配备，监督作业船舶应用AIS系统参与安全生产，并指派专人负责AIS系统工期日常管理维护，强化工期航行安全检查，督促船员养成安全操作习惯｡

4.4 借力供应商加强技术培训

厂家更了解AIS设备的元器件功效、电路配备以及应用控制技术要点，厂家技术人员参与设备检测和维护，其经验和技术的针对性更强｡出于加强技术储备考虑，项目管理部门应注意加强与厂家沟通联系，与厂家建立长期技术合作关系｡项目管理部门应该注意邀请厂家派员培训己方技术人员，使他们有能力现场检查处理大部分应用故障，避免依赖厂家派人解决设备问题，延误施工生产｡也可争取利用厂家技术人员培训己方操作人员，加强船员应用AIS的技术培训，使船员考试合格后上岗操作，提高操作人员应用AIS系统的专业技术性，提高技术应用水平｡

5.结语

开展了水上施工航行安全管理应用船舶自动识别技术的研究，主要技术点包括：

（1）介绍了船舶自动识别AIS技术在施工航行管理中的应用，具体技术点包括常规航行管理方法、作业船只应用AIS导航方法以及AIS系统导航管理功效｡

（2）介绍了促进水上施工应用AIS技术的保障措施，具体技术的保障措施措施包括规定专项安全资金、设备品牌规格应统一、提高全员重视程度、借力供应商加强技术培训｡

（3）船舶自动识别AIS技术是综合应用电子信息显示、电脑技术、局部网技术、现代通信技术，所形成的一种即时、可视化航行信息感知和管理应用技术，制式体系，专业性较强，充分发挥该系统的船舶航行安全管理功能，除了管理方加强组织管理外，船舶驾驶员对该设备的掌握水平也在很大程度上关系该技术的安全管理应用功效，必须加强船员应用能力技术培训｡