E-Navigation战略下的船舶引航发展

薛一东

(上海港引航站， 上海 200082)

E-Navigation战略下的船舶引航发展

薛一东

(上海港引航站， 上海 200082)

在E-Navigation战略下，结合信息化发展现状提出“E引航”的概念。在E-Navigation战略和引航信息化发展的视角下分析我国引航的信息化历程，指出引航服务智能化的发展方向，给出E-Pilot的定义，并梳理其与E-Navigation的关系。从用户需求、体系架构和实施等3个方面探讨E引航在我国的战略发展。

船舶；引航；E-Navigation战略；E-Pilot

Abstract: According to the strategy of E-Navigation, the “E-Pilot” is proposed. The milestones of China pilots development and needs of intelligent service of pilots are presented. The concept of E-Pilot and its position in E-Navigation are explained. The development of the pilotage is analyzed in terms of the user needs, the framework and the implementation.

Keywords: ship； pilot； strategy of E-Navigation； E-Pilot

E-Navigation的概念于2006年的国际航标协会(International Association of Lighthouse Authorities, IALA)第16届大会上被正式提出并于国际海事组织(International Maritime Orgarization, IMO)航行安全分委会第53次会议上被采用,其倡导的E-Navigation战略是通过电子手段协调船舶和岸上的航海信息(包括信息的采集、整合、交换、展示和分析等)，以增强船舶泊位到泊位的导航和相关服务，保障船舶的安全航行，从而促进航运高效、安全地进行。[1]此后，E-Navigation战略研究和系统开发等工作相继开展，取得了一定的成果。例如，欧盟逐步发展的SeaSafeNet，MarNIS，E-Maritime(EfficienSea项目)及2010年启动的MONALISA项目和2012年立项的ACCSEAS示范系统等代表着当今国际上E-Navigation系统建设的最高水平。此外，美国、日本、韩国和加拿大等国家对相关课题进行测试和试验，并配合相关国际组织的研究。例如：美国进行自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)、无线电指向标/差分全球定位系统(Radio Beacon/Di-fferential Global Position System,RBN/DGPS)及船舶远程识别与跟踪系统(Long Range Identification and Tracking of ships,LRIT)的推进和技术引导；日本、韩国等国家进行利用AIS播发DGNSS差分信号的试验和应用；加拿大ComDev公司从事空基AIS系统的建设和运行等。

我国作为国际航道组织(International Hydrographic Organization, IHO)、IMO及IALA等国际组织的成员国，从战略发展的角度密切关注并积极跟进国际E-Navigation的发展，高度重视E-Navigation案例建设及与相关组织和国家(地区)的合作。例如，上海海事局2014年开始建设“上海自由贸易区洋山港E-Navigation示范平台”，重点开展洋山港水域“雾航”条件下的大型集装箱船航行和离靠泊助航相关研究。此外，交通运输部东海航海保障中心、大连海事大学、上海海事大学及集美大学等单位开展了E-Navigation相关技术研究，在测试平台架构、数据传输及航标管理等方面取得了进展，但还没有建成完整的系统。

1 船舶引航信息化的发展

船舶引航是指引航员在引航机构的指派下从事的引领相应船舶航行、靠泊、离泊、移泊和锚泊等活动，是港口运行中的一个不可或缺的关键环节，对保障港口及港口水域安全、减少污染事故发生、保证船舶航行安全和维护航行秩序有积极的作用。随着进出港船舶数量、货物与集装箱吞吐量日益增多，以及船舶逐渐朝大型化、专业化和高速化方向发展，引航作业和管理的信息化已成为船舶引航的实际需求。由于通航环境变得更加复杂，引航的难度及风险更为严重和突出，而应对该状况的最佳方法是通过科技手段改变现有的引航模式。我国船舶引航信息化发展大体上分为以下3个阶段。

1.1引航手段现代化

引航手段现代化是安全引航的迫切需求和技术进步的必然趋势。该阶段主要发生在20世纪90年代末至21世纪初，将接收到的全球定位系统(Glo-bal Positioning Sytem, GPS)船位通过全球移动通信系统自动报告，并显示在电子海图上，达到助航和监控的目的。2005年后，以基于AIS的港口船舶引航系统[2-4]为代表，主要出现了大连的“贝斯特领航”、北京亿海蓝的“AIS 引航助手”、新西兰 Navicom Dynamics公司的“HarbourPilot”和美国 RAVEN公司的引航系统等产品。

船舶引航系统包含船载单元和岸上单元2部分。便携式船载单元的主要功能是收发和处理船岸信息，进行高精度的船舶定位，在电子海图上综合显示本船动态、他船状态、航行水域情况及水文气象等船舶引航所需的各类信息。岸上单元包括监管中心、AIS接收机和GPS差分信号站等，其中监管中心实现船岸信息的无线收发、基于电子海图的全港船舶动态显示和船舶引航过程回放等功能。

1.2引航管理数字化

该阶段主要发生在2005—2014年，以引航调度系统[5-7]为代表，各引航站将数据共享和信息服务作为建设目标，系统地开展各引航信息管理系统的建设和引航监控系统的集成。该阶段的建设工作主要是对引航站现有的工作流程及管理流程进行数字化和信息化，通过计算机优化工作模式，提高工作效率。

1.3引航服务智能化

E-Navigation战略的持续发展对引航信息化建设提出了更高的要求，为其指明了方向。[8-10]2015年，国家提出制订“互联网+”行动计划，这既是我国引航信息化发展的内在需求，也是提升引航服务智能化水平的实际需求。当前正值该阶段的开始时期，是船舶引航由数字化向智能化转型的关键时期，以智慧引航[12]和上海港引航站提出的E引航为代表。例如：引航云数据用于航线推荐和引航员培训，引航监控由二维模式向三维模式发展，遥感测量技术与电子海图集成等。随着计算机技术和网络通信技术进一步发展，越来越多的新技术将被应用到船舶引航中，提高引航服务的智能化水平。

2 E-Pilot的提出

引航业务与被引船、海事信息发布和港口建设等均息息相关，我国的E-Navigation战略必然包括船舶引航领域。E-Pilot正是在E-Navigation战略下提出的。

E-Pilot是一个船舶引航跨部门、跨系统业务协同与资源整合的概念体系。其建立在较为完善的航运、引航和港口基础设施之上，将先进的信息技术、通信技术和传感技术等集成应用到传统的船舶引航业务体系中，通过异构系统的互联互通和资源共享实现海量引航信息的采集、传输及处理，建立大范围内协同、实时、准确、高效的引航安全生产管理和引航综合信息服务系统。

E-Pilot是E-Navigation的子集。E-Navigation的系统体系、技术应用等都为E-Pilot的建设指明了方向，也使得E-Pilot能在E-Navigation框架下分步实施，并最终纳入到E-Navigation中。此外，E-Pilot是对E-Navigation的补充。E-Pilot所要解决的行业问题比E-Navigation的更有针对性，除了涉及船载设备、船岸通信之外，还有引航管理、引航安全及引航服务等。

3 E-Pilot的实现

E-Pilot是引航信息化建设的新理念和新模式，标志着引航信息化建设将进入新的阶段，为引航服务的信息化与智能化发展带来了机遇和挑战。

3.1用户需求和分析

3.1.1用户需求

实现E-Pilot的第一步即确定用户需求。E-Pilot的用户包括一线引航员、引航站管理人员和调度人员及船舶代理公司等。各类用户从自身工作实际出发对引航业务和服务提出不同的需求。

(1)E-Pilot服务的重点是引航员。一线引航员除了能在便携式船载单元中正确显示所引领船舶的船位、航速、航向、艏向和艏转向率等信息以外，还能获取所跟踪、船舶的船名、位置、航向和航速等相关信息；对于有碰撞危险的船舶，可进行最近会遇点和会遇时机的计算等。同时，可通过网络获取港口水域船舶计划和调度、海事助航(水文气象)、船舶风险评估和管理规定及法规等方面的信息。此外，E-Pilot应可计算船舶下沉量、风流影响下的航迹带宽度及系泊操纵时的辅助数据等。

(2)引航站管理人员和调度人员从船舶申请引航开始，根据船舶资料、港口水文气象情况和引航员的状态向该船舶调派引航员；引航员在接到调度指令后，按照要求在指定的地点和时间登船引航，并在完成引航任务后签署“引航签证单”；引航站根据该签证单向船舶代理结算引航费用等。E-Pilot的实现将使该流程更简化、引航监控更方便。

(3)船舶代理公司采用E-Pilot后，申请引航、了解引航站的计划、掌握船舶的动态及引航费用结算等变得更容易；通过网络获取港口水域海事法规、水文气象条件及船舶相关管理规定等信息变得更准确。

3.1.2用户需求分析

(1)统一的引航信息/数据结构。不论是引航计划和调度，还是海事助航(水文气象)、船舶风险评估和管理规定及法规方面的信息，都应从一个单一、统一的综合系统中获得。

(2)有效、充分的通信系统。要为被引船和岸基系统提供有效、充分的通信手段。除了包含船舶广播AIS信息以外，还应具有音频和视频信息，以促进船船、船岸之间的信息交流和应急处置。

(3)以人为中心的显示需求。设计E-Pilot时须考虑显示、操作的有效性和便利性，应用人机工程学的原理，避免使用设置复杂、耗时且容易导致引航员顾此失彼、对安全不利的设计。

(4)数据和系统整合。E-Pilot应具有复原性并考虑到数据的有效性、合理性和综合性，使该系统充分、可靠和可信。此外，还应考虑到冗余要求，特别是在安全生产系统方面。除了能协助引航员进行正常的引航作业以外，还能应对能见度不良、暴风雨等突发状况下的航行和靠离泊要求。

(5)分析与辅助决策。E-Pilot应能在复杂的引航环境下辅助引航员快速感知船舶的态势、分析船舶引航安全问题并快速提供合适的操纵方案，能提供持续的反馈和及时的专家库支持等。此外，还应能提高自身能力和防止个人决策失误，可用于引航员培训、事故分析、事后记录、后评估和应急反应等。

3.2体系结构

E-Pilot的建设将给引航员、引航站管理人员和调度人员及船舶代理公司等的引航作业、引航管理和引航服务带来实质性的变化。因此，E-Pilot的体系结构应包括满足用户需求的硬件、数据、信息、通信技术和软件等。根据引航过程，引航业务可分为引航前(引航调度计划、引航资源管理)、引航中(各类助航引航信息服务)和引航后(引航数据分析和后评估)等3个阶段；根据引航服务信息集及流程，引航业务涵盖采集、传输、应用(显示)、管理及分析等5个环节。E-Pilot体系结构由6个层次、3个体系和1个接口组成(见图1)。

图1 E-Pilot体系结构终端

由图1可知，E-Pilot体系结构共分为采集层、通信层、数据层、应用支撑层、应用层和展现层等6层。

1)采集层负责采集引航业务产生和管理类数据。

2)通信层是E-Pilot的基础，依靠技术手段解决岸-船、船-岸及船-船之间的通信。

3)数据层负责存储和管理引航过程中产生的与引航计划、引航员、引航调度、引航船舶及引航操作相关的数据，并由数据交换接口获取各类海事助航信息(包括水文气象信息、航标信息、航行警告等)和其他信息(包括港口、码头作业调度及拖船调配信息等第三方服务公司的信息等)。

4)应用支撑层是将“引航大数据”加工为知识的过程，其核心可放于对引航过程的后评估和引航管理评估中，实现引航信息的反馈机制，打造引航信息的闭环。

5)应用层和展示层主要负责引航服务信息集在各应用中的展现、各应用之间的数据交换、数据的存储和数据安全等。

3.3实施策略

尽管目前把E-Pilot体系结构分为6层，但E-Pilot的实施应是一个不断发展的过程，包括但不局限于用户需求分析、体系结构分析、差距分析、实施和回顾经验总结等步骤。此外，必须认识到各种传感器当前的局限性，如GPS的位置误差及由此得到的航速、航向误差，许多船舶不播报艏向和艏转向率等信息，许多船舶在AIS设备中输入的信息不符合要求，引航水域还没有做到网络全覆盖等，这些问题都影响了E-Pilot战略的实施。文献[12]指出仅靠获取的船舶AIS信息实现船舶间的避碰存在一定的局限性，说明实施E-Pilot战略是一个循序渐进的过程。

1)将E-Pilot战略与引航现状作差距的比较分析，现阶段首先需做到网络全覆盖。

2)便携式船载单元应采用技术成熟的设备，以提高可靠性和精度，满足引航的要求；同时，应简化使用和设置的难度。

3)引航员和其他工作人员参加针对信息源辨析培训，尤其要掌握其局限性。

4)引航站必须与海事部门、高校、科研机构等相关单位进行合作，以开发和实现全过程的衔接。鼓励在E-Navigation架构下创新性地应用和开发E-Pilot，确定E-Pilot的实施策略。

结合我国引航信息化现状，E-Pilot的实施应优先发展以下几个方面：

1)梳理各国对E-Navigation的研究，借鉴其先进经验，分析其E-Navigation的使用标准及相应装备等；紧跟我国E-Navigation战略研究工作；从引航站实际情况和引航员的要求出发，规划我国在E-Pilot的研究、部署和应用。

2)注重标准化建设和研究。由于E-Pilot是一个全新的课题，因此尽管目前有应用前景分析及部分功能实施，但就理论、技术和实践的研究还不能满足E-Pilot的要求，只有在信息输入和建模计算方面实现标准化，E-Pilot才能被各方接受。E-Pilot的标准化建设应与国家E-Navigation保持一致。

3)E-Pilot的实施必须基于船岸和船船间信息的高速传输，若信号未能全覆盖，则E-Pilot实施中的船岸、船船间通信的实时性和可靠性要求将不能满足。因此，首先要实现港口船舶引航水域的网络全覆盖。

4)岸基系统和信息的整合，包括改进软件质量、主动进行岸船信息推送和自动船岸报告、改进岸基系统对外服务和改进便携式船载单元的功能等，为引航员提供更多有用的辅助信息。

5)E-Pilot建设必须具有前瞻性的规划，若重硬件和功能而轻软件和导航，则会导致E-Pilot的智能化水平较低；同时，若E-Pilot缺乏后期更新、培训、维护，则不能满足E-Navigation中“增强船舶泊位到泊位的导航和相关服务”的基本要求。

4 结束语

当前IMO已明确E-Navigation的发展战略，IMO各成员国均已相继开展E-Navigation平台、标准和技术的研究。港口船舶引航是E-Navigation的重要组成部分，E-Pilot正是从构建完整E-Navigation体系的实际需求出发，整合内部和外部信息源，构建统一的基础信息集和数据库集群。通过不断改进和完善，E-Pilot将在提升引航管理水平、增强引航安全应急能力、保障引航作业安全和提高引航服务水平方面发挥更大的作用，使引航走向智能化。

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DevelopmentofPilotageUnderStrategyofE-Navigation

XUEYidong

(Shanghai Maritime Pilots Association, Shanghai 200082, China)

U675.9

B

2016-12-22

薛一东(1966—), 男, 上海人，高级引航员，从事引航安全研究和引航管理工作。E-mail:xyd2009@hotmail.com

1000-4653(2017)01-0093-04