我国E航海工程建设经验总结与建议

伊富春 邵进兴 任律珍 周世波

一、引言

自从国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）和国际航标协会（International Association of Lighthouse Authorities，IALA）提出E航海的概念以来，世界主要航海国家对E航海的概念、框架、技术和实现等进行了广泛的研究和实践，取得了丰硕的成果。我国作为IMO、IALA等国际组织的成员国，一直密切关注国际E航海的发展，并结合中国实际开展E航海工程建设。2014年4月，中国海事E航海战略与技术研讨会在厦门举行，会议围绕E航海国际研究进展情况、E航海关键技术、E航海战略实施计划及相关技术创新进行了广泛的交流。另外，在2014年9月和11月，我国E航海相关工作组成员举办了两次研讨会，广泛交流相关研究成果，积极探讨适合我国国情的E航海建设方案。近几年更是开展了天津港、洋山港、长江口、珠江口等水域E航海示范工程建设项目，在提高助航效能、增强船舶航行安全和海上环境保护等方面发挥了重要作用。

二、我国E航海示范工程建设现状

近年来，我国在E航海建设方面取得了长足的进步，特别是在E航海示范工程建设方面，在不同的水域，针对不同的应用，建设了不同的E航海工程项目。

1.洋山港E航海工程

洋山港是世界最大的海岛型深水人工港，年集装箱吞吐量已占到上海港总吞吐量的近二分之一，受雾霾等环境污染和陆岛水域地理环境影响，洋山港附近水域时有能见度不良天气出现，严重影响到船舶的航行安全和港口货物装卸的效率。洋山港主航道位于浙江北部岛礁水域，周边密布舟山传统渔场，也是沿海海上干线南北交汇航路，形成大、中、小型船舶和渔船水上交通聚集交汇区，给海事水上安全监管带来重大挑战。为提高和改善在能见度不良条件下大型集装箱船舶航行和离靠泊的助航安全保障条件，洋山港建设了E航海示范项目[1]。系统框架见图1。

图1 洋山港E航海工程系统框架

洋山港E航海工程主要建设内容[2]：（1）建设和完善航海保障支持服务设施，该设施是为了满足驾引人员和各利益相关方对导助航设施的服务需求，主要从获取自身定位位置信息、测绘和水文信息完善两个着力点建设。（2）开发和改造满足驾引人员使用的主要硬件设备，包括开发航船使用的智能导航仪，安装使用固态数字雷达以便对小目标的发现和跟踪，改造现有VHF通信设备以持续保持岸基和船舶之间通信畅通，安装使用定向语音扩音系统设备以便在能见度不良条件下进行对小船的语音提醒避险服务，各利益相关方CCTV视频终端采集信息整合共享。（3）建设综合性指挥调度监控管理平台和云数据中心，为港口运营和船公司管理、进出港航船安全航行提供强有力的航海保障支持服务，通过运用航海保障指挥调度监控管理平台，使洋山港的港口作业管理、靠离泊船舶动态、引航的调度、海事主管部门的监管、导助航技术支持等各相关方实现信息共享。

2.长江口E航海工程

长江口深水航道是长三角经济带的咽喉，为保障航行安全，超宽船舶需要单向航行。随着船舶流量的增大，船舶越来越大型化，深水航道的通航安全限制导致航道单向航行情况更加频繁，对通航效率造成了严重影响。在上述背景下，长江口E航海工程利用E航海相关技术手段和技术成果，构建符合相关国际标准的综合导助航服务体系，为提升长江口水域船舶通航能力提供综合导助航保障服务。主要建设任务包括建设E航海门户网站、完善岸基基础设施、建设岸端数据采集系统、建设海上互联互通平台和建设长江口综合信息服务平台。

长江口E航海建设工程主要针对长江口深水航道利用边坡航道进行超宽船舶交汇通航以提高通航效率的需求。为保证船舶航行安全，工程主要利用AIS虚拟航标和实体航标标识航道边界和边坡界限，使得船舶能够在智能导航终端上识别航道的边界和边坡。船舶智能导航终端能够通过LTE通信链路获取岸基CORS系统高精度位置修正数据以提高船舶定位精度；驾引人员能够通过LTE通信链路获取船舶推荐航路信息和水文气象信息，以保障船舶航行安全；岸基监管中心用户能够实时通过AIS、LTE和北斗短报文链路获取航道船舶交通状况；同时支持各类岸基用户注册和服务注册，将上述综合服务信息按需发送至各类岸基用户。其中，海上互联互通平台承载着用户与服务、服务与服务、船舶与服务、船舶与岸基用户之间信息的互联互通，是长江口E航海建设工程的信息传输管道和信息传输路由执行体。其系统框架见图2。

根据上述背景和建设需求，长江口E航海工程主要建设4项内容：一是岸基系统部分，包括完善岸基基础设施，完善岸端数据采集系统，建设海上互联互通平台和建设E航海门户网站；二是建设长江口E航海综合信息服务平台；三是建设船岸通信系统部分，包括利用北斗卫星传输链路、建设LTE专用通信链路；三是船端系统部分，包括研发船舶综合无线电通信系统和提供基于高精度定位的智能导航终端；四是海事服务集的实现，包括建设航路信息服务系统和航标服务系统。

图2 长江口E航海工程系统框架

3.珠江口E航海工程

根据珠江口水域交通繁忙、船舶密度大、种类多、交通流向纵横交错、航行规则复杂、通航环境变化快、河海交汇、毗邻港澳等特点，珠江口E航海工程以智能航线服务为线索，以“四个交通”为导向，以向船舶提供从泊位到泊位的整个航行活动中的综合、智能、全面的航海保障信息服务为基本建设目标，其系统框架见图3。

图3 珠江口E航海工程框架

珠江口E航海示范工程在建立航海保障云数据中心、海上安全信息（MSI）综合播发、船舶航行数据共享、AIS二进制信息播发、智能导助航服务、移动互联网技术应用、大数据应用等方面进行研究、试验和论证，主要建设内容可概括为“综合助航、智能导航、高效便捷、绿色平安”，包括：（1）以S-100标准为基础，建设E航海主题数据库，通过建设航保数据交换平台和航保信息综合管理系统来整合航海保障信息资源和管理维护主题数据库，为实现综合、智能的航海保障综合服务提供基础。（2）基于SOA架构，建设“统一门户、单点登录”的航保信息服务系统，开发综合、智能、便捷的服务。以服务接口的方式向船端、港航企业和岸基管理单位提供智能导助航服务，并实现基于电子海图的船舶动态展示。建设依托于航保信息服务系统的珠江口保障服务示范工程门户网站，向公众充分展示示范工程建设的目标、愿景、成果等信息。（3）利用ECS和移动互联网，研制船端的ECS导助航系统和移动终端导助航系统，使之能接入本项目开发的服务接口，从而提高船舶航行的安全和效率。（4）示范系统功能应用测试和验证。通过测试平台进行船端系统、岸基系统和通信链路测试。验证本工程对外提供数据服务的能力和可操作性，同时也可为用户提供航海保障综合服务的直观体验。（5）数据交换标准研究。在示范工程的建设和试验过程中，检验和评估现有或开发中的相关国际、国内标准和E航海战略的契合度、适宜性，提出相关标准的改进、完善建议，形成国际标准提案。

4.天津港复式航道E航海工程

天津港复式航道E航海工程建设的目的是提高天津港主航道的通航效率和船舶的通航安全，主要建设内容包括采集与船舶通航安全相关的水文气象信息、助航信息、船舶间通航态势、海洋环境信息等，并通过现代化的技术实时向船舶发布所采集到的信息，为进出港船舶提供各种与航行安全相关的导助航和海上安全信息。进出港航行船舶可以利用系统平台或者专用的手机应用小程序实时获取保障船舶航行安全的导助航信息、水文气象信息、能见度信息等，同时，也可以下载电子海图更新数据，或者与其他船舶交换航线。系统的建设极大地提高了天津港引航、海事管理、船舶调度的水平，使天津港的“智慧港口”建设水平得到了显著提升。系统框架如图4所示。

图4 天津港复式航道E航海工程框架

三、国内E航海工程建设的总结

1. 国内E航海工程建设的经验总结

（1）系统建设针对性强

国内E航海示范工程的建设涉及航海保障的多个方面，这些工程针对不同的水域和应用需求，建设不同的系统，取得了较好的效果：①洋山港E航海工程主要是为了解决在能见度不良情况下大型船舶靠泊安全和提高港口生产效率的问题；②长江口E航海工程主要是针对长江口深水航道利用边坡航道提升通航效率的需求，建设E航海信息服务系统，保障长江口超宽船舶交会时的航行安全，提升长江口航道通航效率；③珠江口E航海工程以智能航线服务为线索，主要是向船舶提供从泊位到泊位的综合、智能、全面的航海保障信息服务；④天津港复式航道E航海工程主要是建设岸基服务应用系统、海上智能多功能浮标、水域环境监测系统等，解决复式航道通航保障和效能提升的问题。

根据系统服务水域特点和用户需求，这些E航海系统建设侧重点各不相同，可以用“小而精”来概括，针对性强，在实际应用中起到了示范作用。

（2）注重实践和系统集成

从国内E航海工程的建设方案可以看出，我国目前E航海工程的建设内容主要是整合现有的一些通航保障系统或者将比较成熟的技术应用到E航海系统，其实用意义较强。以长江口E航海工程为例，为提高长江口航道通航能力，将技术上成熟的虚拟航标应用到航道航标布设中，采用“虚实结合”的布标策略，“拓宽”航道的通航宽度，从而有效提高航道的通过能力。

（3）强有力的组织和管理

我国目前已经建成或正在建设的E航海工程都是在交通运输部的统一组织下进行建设的，但是，主导机关又各不相同，东海航海保障中心主导了长江口E航海工程和洋山港E航海工程建设，北海航海保障中心主导了天津港复式航道E航海工程建设，南海航海保障中心主导了珠江口E航海工程建设。高效的组织和管理，可以有效协调E航海工程建设和营运过程中各利益相关方的问题和诉求，突出航海保障业务活动的重点，确保航海保障管理部门的权威性并使之能有效地管理E航海建设过程中的各种问题，因而是顺利实施我国E航海工程的有力保障。

2.我国E航海工程建设的不足

我国E航海工程建设虽取得了一些阶段性的成果，但由于研究起步较晚等原因，与国外发达国家相比，还存在一些不足：

（1）我国E航海工程的建设主要是对原有系统和设备的集成或整合，对创新的技术应用还有待进一步发展[3]。

（2）我国E航海建设缺乏通用性，虽然在不同的水域建设不同的E航海工程具有较强的针对性，但对于一些通用的技术或者“模块”大多没有建立一个统一的建设标准，也不具有国际E航海工程建设要求的通用性。

（3）数据分散，共享困难。我国现有的E航海示范工程是在各个航海保障中心的主导下进行建设的，存在多重标准的问题，因此，通过各个示范工程获取的数据共享困难，这不利于我国E航海工程建设的整体发展。

四、我国E航海建设的建议

1.坚持用户需求驱动

E航海的用户主要是船舶用户和岸上的相关管理机构，E航海是由用户需求驱动的，而不是相关主管机关或者先进技术驱动的。因此，将现有的导助航系统和岸上的管理机构提供的服务进行整合是E航海的主要目的。在E航海实施过程中，航海保障主管机关的主要职能是协调各利益相关方的需求，引导设备生产商和科研机构利用先进的科学技术集成现有的导助航设施或者开发新的导助航设施。任何一项系统的发展和技术实施，都需要进行完善的需求分析，以确保该系统未来实施的可行性，E航海战略计划的实施也不例外。IALA相关成员通过用户需求分析获取不断出现的用户需求，该用户需求分析方法应立足于E航海概念中定义的各种要素，并使用统一制定的应用模板定义那些特殊的用户需求，这类需求包括所有用户之间的信息采集、整合、交换、显示、分析和人员要素等各个方面。更详细的用户需求作为实施计划的一部分，应进一步分析和确认。

2.以海事服务集（MSPs）实现为主线

MSPs是E航海岸基服务的具体体现，其目标是根据特定海上业务区域的信息和通信需求，实现全球统一、标准的海上服务。也就是说，MSPs是按照区域来划分的。目前，IMO确定了以下MSPs区域：港口水域，沿海或限制水域，大洋航行区域，沿海以外海上水域，北极、南极和偏远区域[4]。在今后的E航海工程建设中，可以从港口水域和沿海或限制水域这两个区域作为切入点，根据各个水域水文气象条件、船舶交通流特征以及现有的导助航系统等条件，针对船舶用户的需求，开发有地域特色的MSPs产品，为通航船舶提供高效的助航服务。

3.充分利用现有的系统和支持系统

在E航海系统技术架构中，主要包括岸基系统、通信链路和船基系统，同时还包括相应的外部支撑系统和技术设施。通过这些系统的有机集成，执行E航海战略中的各种业务功能，实现E航海战略目标。目前，中国海事局已经建立了覆盖沿海和内河重要通航水域的较为完善的导助航系统，例如DGPS系统、AIS系统和VTS系统等。这些系统的技术水平在世界上处于先进地位，但在充分利用这些系统，发挥其助航潜能，从而提高整体航海保障水平方面，我们还有很多工作需要完成。E 航海工程的建设，应充分发挥这些导助航系统的功能，对其进行整合和优化。

4.建设测试平台

国外较为成功的E航海示范系统建设，基本上都有对系统的效能和功能进行测试，而目前国内E航海建设在系统功能测试方面尚有欠缺。我国相关E航海工程建成之后，基本没有对工程的效能进行专门、全面的测试。

2018年6月4日，部海事局在韩国签署加入全球E航海测试平台合作计划备忘录，标志着我国将参与全球E航海测试平台。目前，参加该合作计划的国家有澳大利亚、丹麦、瑞典和韩国。该备忘录的签署，意味着将有一个统一的平台进行E航海系统效能的测试。由于已经建成的洋山港E航海工程、天津港复式航道E航海工程，以及在建的长江口E航海工程、珠江口E航海工程目前均未涉及系统测试平台的建设，以后的E航海工程建设要利用后发优势，提前谋划，建设测试平台，以更好地与国际E航海工程建设无缝对接。

五、结语

E航海的发展对于保障船舶航行安全，推动航海保障向更高效、更先进和更便捷的方向发展起到了重要的作用。我国一直密切关注并积极跟踪国际E航海的发展，目前也在进行相关E航海工程的建设，并且取得了重要的成果。但同时也要看到我国在E航海建设中的不足，相关机构应积极研究和探索，将我国的航海保障水平和效能推向一个更高的层次。