长江海事电子巡航系统的开发与实现＊

余龙泉 熊 辉 孙 鹏

（长江海事局，湖北 武汉 430016）

长江海事局辖区全长2100千米左右，干线的通航环境复杂，船舶航行风险较大，容易发生安全事故，使得长江海事部门的监管难度很大。面对严峻的水上安全形势，经过海事业务系统，全球定位系统（GPS）、船舶自动识别系统（AIS）、整合船舶交通管理系统（VTS）、闭路电视监控系统（CCTV）、应急指挥调度等专项业务系统的建设，安全监管手段的信息化水平有很大程度的提高，但各系统协调性不够，缺乏有效整合，无法发挥整体效益，只能依靠监管人员每天出动海巡艇、执法车进行巡航，造成巡航工作量大、成本高、效率低。针对此情况，长江海事局创新监管理念和方式，创造性地提出了“电子巡航”的构想。

一、电子巡航系统平台的内涵和关键点

（一）内涵

电子巡航即指应用物联网等新一代信息技术、通过海事传感网对巡航对象的状态等参数进行实时采集、传输，进而运用专家智能系统分析巡航对象的状态和发展趋势，对不正常的状态进行预警、干预、纠正，达到及时消除事故隐患、提高海事工作效率和效益的目的。

电子巡航系统平台的建立，主要是为在航船舶提供航行指导，对不正常的航行状态进行预警，及时消除事故隐患；减少海巡艇常规巡航频次，提高巡航针对性和巡航效率，完成对动态执法力量的指挥调度；合理利用监管资源，提高辖区水域通航船舶管控能力，促进船舶航行安全。系统平台具体可实现：

（1）通过基于电子江图的AIS、VTS、GPS、CCTV监管信息的一体化显示，全面掌握船舶实时位置信息。实现电子航道图航标、双向航路及定线制动态管理及显示；

（2）为船舶提供当前辖段内有助于船舶安全航行的航行指导信息，如通航状况、风险提示、水文气象及航行通（警）告等；

（3）融合无线甚高频（VHF）系统功能，建设短信平台，实现船舶远程报港、预警服务等功能。可根据船舶的航行状态数据，对不正常的状态进行预警。同时完成危险品船舶管理及动态跟踪；

（4）实现对船舶、船员等相关信息的关联查询。通过AIS、VTS、GPS、CCTV采集辖段内航行船舶信息，与船舶、船员、签证、安检、行政处罚等数据库进行关联，进行船员配备核查、船舶超载检测等［1］［2］［3］；

（5）对监管数据存储、分析，进行深度挖掘，形成直观的数据分析报表，为安全监管提供决策依据；

（6）实现船舶超载检测系统、船舶违章取证执法系统、危险品动态跟踪系统及船舶报港等系统功能的密切融合，提供标准接口，使所有安全监管系统的预（报）警统一展示、提醒及取证；

（7）长江水域随着季节变换，水位会发生改变，相应地，各辖段的航行规则方面也会发生变化，定制合理的航行规则和船舶预警规则，形成航行规则库和安全预警模型库。系统收到目标的位置信息后，根据制定的航行规则库、预警模型库的规则，判断船舶是否违规，继而产生预警信息。预警服务根据航行规则库和船舶预警模型库动态将各类预警信息通过网络异步发送给用户，在客户端中给予警示；

（8）在启用视频联动功能时，当电子巡航系统发现违规船舶时，系统会调动就近联动摄像机，对违章船舶进行连续跟踪，并实时采集视频信号，直到该船舶纠正后或离开联动摄像机范围才结束，做到对违章船舶的跟踪、取证及监控目的；

（9）利用重点船舶全过程监控功能，可以实时显示重点船舶的起始港、目的港、载货信息、航行速度及预测离港时间，通过对船舶位置的实时采集，系统随时调用可视范围内的视频监控点，对其进行视频监控。做到辖区内全过程监控的目的［4］；

（10）当船舶违规时，电子巡航系统将预警信息转换为语音，自动触发VHF设备，通过甚高频，自动将语音信息发送到船舶上，起到对船舶方提出警示作用。

（二）关键点

长江海事电子巡航系统平台的建设依赖长江海事传感网，对所有巡航对象进行感知、识别，以海事云计算服务为支撑，对船舶航行安全进行预警分析，实现对违章船舶的及时提醒或纠违处理［5］［6］。电子巡航系统的总体结构如图1所示。

1．海事传感网（如图2）。长江海事传感网技术包括了船岸信息一体化网络的支持、船载网络的支持和岸基网络的支持。

船岸信息一体化网络是对船舶运作过程的有关信息进行传输、接收、存取、变换和反馈，并不断对过程进行调整和优化的控制管理一体化的系统。它是一个大范围、多层次、多变量、结构复杂和功能综合的大系统。单船系统是一个船舶自动化局域网，以单船作为一个结点，加入海事传感网，实现船岸一体化管理。船载传感器负责单船数据采集，通过各类无线传输方式与岸上进行数据通信，实现船岸数据同步，从而实现船岸之间的信息交换、监控和管理，以及船岸信息的实时共享和交互，进而实现对各种船舶的实时监控，提高管理层的调度和经营、决策能力；同时还可以大幅度地提高船舶航运安全性和保障港口水上交通安全，促进港口和船舶之间的信息集成和交互。集成后的船舶信息可再次通过海事传感网，实现船舶和岸上机构之间的信息传递，使海事部门机构及时准确地掌握船舶动态，实现船舶的动态巡航与监控，而这些信息对于指挥决策、远程救助都是至关重要的。在船舶信息集成的基础上，船岸连接还能够使岸上人员协助船上人员实现对船舶的实时动态监听、调试、诊断及维护，能够让一组专家快速的在线研究船舶上发生的任何问题，为保障船舶安全提供更多更好的服务。岸上还可以方便地实现船舶营运过程控制和质量监控。

图1 电子巡航总体结构示意图

图2 海事传感网示意图

通过船岸数据通信控制实现船舶端的船舶航行数据和船载设备数据采集，在岸基获得船舶的实时或准实时的船舶导航设备信息和传感监控信息，提供实时的船舶动态信息以及该时刻相关的江图信息资料，在航行或作业时，对制定和实施航行或作业方案提供决策支持，跟踪和记录实施的情况。

实现气象监控、移动监控、停航监控和无船位更新监控。气象监控用于船舶所在位置和当前活动风浪的位置关系，一旦船舶处于风浪的影响范围内，系统将给出报警，以便及时做出避风决策；移动监控主要针对确定处于停航状况的船舶，发生位置变化即发出报警；停航监控主要针对确定处于航行状态的船舶，一旦发生位置无变化则发出报警；无船位更新监控用于跟踪船舶的船位更新是否及时，一旦超过设定时限没有返回船位，则进行报警提示。为了强化气象信息（风力、风向、浪高和等压线等气象参数）在船舶航行和作业过程中的保障作用，应提供专业气象数字信息服务，并在电子江图上显示叠加，实现气象预报动态数据的自动显示［7］。

2．海事云计算服务。电子巡航系统利用海事云计算服务平台，实时获取船舶位置信息，结合空间地理信息，利用航行规则库、预警模型库及决策模型库，对船舶航行状态进行全面分析，当船舶违反航行规则时，立即通过网络通知各监管终端，提醒安全值班人员进行注意，同时通过甚高频自动将预警信息发送到违规船舶航行区域进行安全预警提示。

3．船舶协同数据库。船舶协同数据库是电子巡航系统的数据支撑，将现有的监管系统以及相关数据进行一个有效整合，并提供各种接口服务。电子巡航系统利用船舶协同数据库提供的各种接口服务，结合海事云计算服务对辖区在航船舶进行实时分析，同时将分析结果反馈给监管终端。船舶协同数据库不改变原有监管系统的独立运行，充分利用现有资源，管理上可以共享互联。

二、电子巡航系统的应用设计

长江海事局对电子巡航的总体要求是：船舶自动巡航与跟踪、渡口（码头）自动视频巡航与预警、重点江段的自动视频巡航、重点危险源的综合巡航、重点江段适航条件巡航与预警等。电子巡航要有利于提高海事巡航次数和效率，提升海事管理水平与能力，根据以上要求对系统进行了总体设计［8］，总体框如图3所示。

图3 软件功能结构图

（一）电子巡航计划制定

海事机构制定渡口、码头、重点江段、危险源、江段适航条件的电子巡航计划并将任务发送给执法大队执行，执法大队按照制定的电子巡航计划对管辖内的船舶、码头、重点江段、危险源、江段适航条件进行24小时不间断的巡航，并将每次电子巡航记录上传至服务器中。

（二）船舶自动巡航与跟踪

通过AIS／GPS／VTS系统及船舶、船员、签证等数据库的共享，对辖段内的船舶依次进行自动巡航，在江图上用表格方式依次展现船舶、货物、船员、签证、安检等基本情况，对重点监控船舶进行实时跟踪，并及时移交下一辖段［9］。

（三）渡口（码头）自动视频巡航与预警

在对各渡口（码头）的视频运行轨迹预设的基础上，通过渡口（码头）的视频监控系统，依次对各渡口（码头）进行视频巡航，及时发现问题并进行预警和处置，消除事故隐患［10］［11］。

（四）重点江段的自动视频巡航

按预设的监控路线和间隔时间，自动进行巡航，及时发现问题并进行处置。各个海事局的管辖区域内都有很多进行重点检查和巡查的江段，往往这些重点巡查的江段是工作的重点，但是由于各种通航条件的限制，海事部门无法对重点江段进行7×24小时全天候监控，所以自动视频巡航就显得格外重要，可以对其重点江段进行实时的巡航，减少事故的发生。

（五）重点危险源的综合巡航

重点危险源是防范事故的重点区域，通过视频等手段进行定时的综合巡航，加大巡航密度，提高事故隐患的发现概率，必定能有效地降低事故发生的可能性。

（六）重点江段适航条件巡航与预警

适航条件是通航管理的重要基础，也是预防事故的重要手段。通过对渡口（码头）及重点江段的风力风向、雾及水流速度的定时巡航，及时进行通航管理，是防范航运事故的重要措施。

三、总结

电子巡航系统，是构建在长江海事基础信息网络的基础之上的，基础信息网络包括光传输系统、IP承载网、海事业务广域网，AIS基站及网络、VTS站及网络、CCTV点及网络。这些网络成为电子巡航的网络基础。

电子巡航要完成其工作，依赖两大数据源：一是类似船舶数据、船员数据、船检数据、签证数据等的静态数据，用于查询、确定巡航对象的特征；二是类似GPS、AIS、VTS、CCTV等的动态数据，动态数据提供巡航对象的位置、状态、影像等动态信息，这是海事监管的主要信息来源。在基础网络和两大数据源的支撑下，定义了电子巡航的功能：船舶巡航、区段巡航、通航环境检查、统计分析和报警辅助。电子巡航的软件实现，关键问题是GPS、AIS、VTS、CCTV等动态数据的接口实现及将这些动态数据转换成船舶对象的位置信息显示在地理信息系统（GIS）系统中，然后根据船舶的状态完成相应的操作，实现模拟的巡航任务。

通过调研分析传统巡航中的问题，研究海事监管设施的技术特点，利用GIS系统设计电子巡航的技术框架、实现方法，并开发电子巡航的软件平台，通过在长江海事局辖区使用，结果证明电子巡航能取得很好的效果，能满足海事安全监管的需要。

［1］欧涛，程论．基于GIS的船舶监控系统的设计和实现［J］．科技传播，2009，（8）：51－53．

［2］王飞舟，范成．自动识别系统（AIS）性能综合评价［J］．中国航海，2001，（1）：14－17．

［3］郑佳春．船舶交通管理系统（VTS）信息发布技术［J］．航海技术，2004，（5）：32－34．

［4］郝文生．基于Linux的嵌入式船舶监控终端软件设计［D］．大连：大连理工大学，2009：50－52．

［5］刘克中，谭钦文，严新平，郝勇．海事监控传感网络系统结构及功能研究［J］．中国航海，2009，（1）：1－5．

［6］程良伦．网络工程概论［M］．北京：机械工业出版社，2007：34－67．

［7］Józef UrbaˇEski，Wacław MorgaˇG，Cezary Specht．Perfecting the Maritime Navigation Information Services of the European Union［C］．Proceedings of the 2008 1st International Conference on Information Technology．2008：32－40．

［8］K Bryan，C Carthel．An end－to－end Maritime Surveillance Simulator prototype for the assessment of system effectiveness［C］．Waterside Security Conference（WSS）．2011：4－5．

［9］St－Hilaire，Marie－Odette，Lefebvre Eric，et al．Track modeling for maritime surveillance［C］．Proceedings of the 11th International Conference on Information Fusion．2008：5－24．

［10］顾德华，操志强，苏东华．无线视频监控在黄浦江上游航段的应用［J］．中国水运，2008，（3）：42－43．

［11］翟西欧．水上信息安全服务器集群监控系统的开发［D］．大连：大连海事大学，2009：2－3．