武漢轄區(qū)船舶交通管理系統(tǒng)方案設(shè)計*

楊正祥

(武漢交通職業(yè)學(xué)院,湖北 武漢 430065)

0 引言

船舶交通管理系統(tǒng)VTS(Vessel Traffic Services)通過監(jiān)視水域中船舶運動、與船舶相互作用,有效控制交通流,從而使船舶交通事故和環(huán)境污染的風(fēng)險降至最小,同時獲得最大的航行和港口營運效益。

VTS的發(fā)展大致可分為三個階段:第一代VTS主要使用引航員、通訊和視覺信號,以蘇伊士運河、基爾運河和巴拿馬運河VTS為代表;第二代VTS主要使用雷達(dá)和VHF無線電話,以荷蘭鹿特丹、英國泰晤士和德國漢堡VTS為代表;第三代VTS引進了計算機技術(shù)來處理相當(dāng)大水域內(nèi)復(fù)雜的船舶交通問題,以美國舊金山的VTS為代表。我國VTS系統(tǒng)建成投入運行以來,在改善船舶交通秩序、減少交通事故、提高船舶運營效益、保護水域環(huán)境等方面取得了顯著效益,已成為海事部門實施水上交通管制的有效工具。

1 VTS在長江的應(yīng)用

內(nèi)河航運的主要優(yōu)勢是:運輸能力大;適宜大宗散貨和油類的長途運輸;運輸成本低;基建投資少;沿江沿河工業(yè)發(fā)達(dá)地帶集裝箱運輸具有優(yōu)勢;利用天然河道,環(huán)境污染小,有利于生態(tài)環(huán)境保護和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。在適航地域還具有重要的國防戰(zhàn)略意義,它的抗破壞能力比陸上交通強。

近年來,我國水運總量的突飛猛進。沿海及長江流域等地的各條“黃金水道”,一方面為我國的經(jīng)濟、社會發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn),另一方面,由于船舶交通流量的增加,水上交通事故頻發(fā),造成了巨大的損失。這就對各水道或航道的規(guī)劃設(shè)計和通航管理提出了更高的要求。

長江航運的傳統(tǒng)管理模式中,海事部門主要通過現(xiàn)場巡航的方式進行日常監(jiān)管,對重點水域內(nèi)船舶密度、航跡分布、交通流、交通容量等交通要素進行實時統(tǒng)計和分析。海事部門對于從宏觀上把握重點水域內(nèi)船舶交通的基本規(guī)律和特征,掌握某一時段水上交通管理的重點,發(fā)現(xiàn)影響船舶交通安全和效率的因素并及時進行事前和事中的控制感到無所適從。

沿海港口的VTS中心,雷達(dá)覆蓋航區(qū)寬闊,船舶通航密度小,服務(wù)要求相對簡單,目標(biāo)容易跟蹤監(jiān)控,主要功能以信息服務(wù)和助航服務(wù)為主,輔以船舶交通管理。而長江VTS系統(tǒng)屬河道型交管系統(tǒng),船舶密度大,通航環(huán)境復(fù)雜。長江VTS系統(tǒng)以交通安全為第一目的,依據(jù)《中華人民共和國船舶交通管理系統(tǒng)安全監(jiān)督管理規(guī)則》,采取的是以動態(tài)監(jiān)控為主,對船舶實施交通管制,并提供咨詢服務(wù)的運行形式。

由于長江水上交通環(huán)境復(fù)雜,船舶交通危險度高,其中武漢長江大橋自建橋以來共發(fā)生撞橋事故近百起,經(jīng)濟損失巨大。武漢港是長江干線船舶航行最繁忙的水域之一。引入VTS能有效提高武漢水域水上交通安全監(jiān)管水平,改變傳統(tǒng)水上安全管理模式。武漢VTS于2005年開始建設(shè),2007年12月1日正式運行,系統(tǒng)規(guī)模為兩站一中心即二橋雷達(dá)站、大橋雷達(dá)站和武漢VTS中心。武漢中心負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的運行監(jiān)控,其管理和服務(wù)范圍為長江干線武漢白沙洲大橋上界至武漢長江二橋下界之間約16公里水域。武漢轄區(qū)船舶交通管理系統(tǒng)的規(guī)模和功能還有待提升,甚至擴充到漢江區(qū)域。

2 武漢轄區(qū)長江水域的地理和航運情況

長江干線武漢轄區(qū)管轄范圍為洪山頭至仙姑山,全長494公里。

2.1 氣象環(huán)境

武漢轄區(qū)冬季主導(dǎo)風(fēng)向為NNE,夏季主導(dǎo)風(fēng)向為SE、SW,年平均風(fēng)速2.4m/s(NNE),大于8級以上大風(fēng)的年平均天數(shù)為8.2天,最多為16天,最少為l天。武漢轄區(qū)的年平均霧日為28.4天,年最多霧日57天,年最少霧日10天。

2.2 水文情況

通常,洞庭湖、鄱陽湖流域雨季較早,4、5月份首先開始漲水,長江干流水位亦隨之上漲,形成短期的春汛。6月后全流域降雨增加,進入汛期。7、8月川江漲水,出現(xiàn)全年水位最高時期。9月水位回落,10月進入尾聲。一般來說,6、7、8、9四個月為洪水期,此時水位高,流速大;12月到來年3月為枯水期,此時水位低,流速小,航行條件差;4、5、10、11四個月為中水期,此時水位適中,為全年航行條件較好的時期。漢口站水位等級劃分如表1所示。

表1 漢口站水位等級劃分表

2.3 航道情況

對內(nèi)河而言,常年水深變化很大,不同的航段水深也有很大差異,因此內(nèi)河船舶的船型與海船存在差異。水深還直接影響著航道中船舶的噸位大小。如果水淺會發(fā)生淺水效應(yīng)而造成船舶速度下降,舵力減小,旋回性變差。航道狹窄容易出現(xiàn)岸推、岸吸和浪損現(xiàn)象,從而導(dǎo)致船舶碰撞、觸岸、擱淺等事故,還容易出現(xiàn)交通擁擠甚至交通阻塞現(xiàn)象。由于內(nèi)河,特別是在長江中、下游,有許多的小型船只的經(jīng)營活動,對大型船舶過往形成的浪損較為普遍。

武漢轄區(qū)航道枯水期出現(xiàn)的淺窄槽口有天興洲、白沙洲等處,水深均在4米左右,航道寬度最小處為80-100米不等,有數(shù)處急彎,個別地段寬度只能單線航行。枯水期計劃維護水深2.9米,主航道標(biāo)準(zhǔn)寬度為80米,當(dāng)航道寬度和深度無法兼顧時,則寬度最小不小于60米。中水期維護水深為3.2米以上,洪水期維護水深為3.5米以上。

2.4 航運情況

武漢因水而興,是國內(nèi)水域岸線最長的城市,除長江、漢江兩大河流外,還有22條通航河流分布或流經(jīng)市境內(nèi),通航里程504.4公里,構(gòu)成了以長江、漢江為骨干、連接眾多支流小河的天然航運網(wǎng)絡(luò)。在長江干流方面,武漢是利用自然水深通行5000噸級海輪的起點。上至重慶全年可航行3000噸級單輪和萬噸級船隊,以下航段超過一級航道標(biāo)準(zhǔn),最小水深4米,常年可通行5000噸級船舶和萬噸級以上載重量的大型船隊,豐水期可通行萬噸級海輪,江海直達(dá)的優(yōu)勢明顯。

常年在長江武漢市境內(nèi)航行、停泊、作業(yè)的船舶約3萬艘,年均船舶流量5萬艘次,年均貨運量1050.2萬噸。截至2007年底,武漢擁有水路運輸企業(yè)93家,其中危險品運輸企業(yè)12家;港口經(jīng)營企業(yè)82家,其中危險貨物港口經(jīng)營企業(yè)29家;運輸船舶346艘,56萬噸載重;武漢港危險貨物吞吐量約1194.36萬噸,其中油品占95%,化學(xué)品占2%,其他占3%。

隨著中部崛起戰(zhàn)略的實施,湖北及周邊省市將進入一個新的快速發(fā)展時期,特別是國家批準(zhǔn)武漢城市圈為建設(shè)“兩型社會”綜合配套改革試驗區(qū),為武漢建設(shè)中游航運中心注入強勁動力。湖北省明確“把武漢港打造成長江中游航運中心,成為長江中游的集裝箱運輸樞紐港、大宗貨物中轉(zhuǎn)港和外貿(mào)貨物運輸?shù)闹魍ǖ馈蹦繕?biāo),到2010年,武漢港貨物吞吐量將突破1億噸,集裝箱150萬標(biāo)箱。到2015年,吞吐量將達(dá)1.46億噸、集裝箱200萬標(biāo)箱,形成陽邏、漢陽集裝箱運輸、沌口商品車滾裝運輸、武漢石化及80萬噸乙烯石油化工品運輸和武鋼礦石鋼鐵運輸?shù)雀劭谧鳂I(yè)區(qū),成為長江中上游第一大港。同時集裝箱、滾裝、石化、散貨等大型專業(yè)運輸船隊也將得到同步發(fā)展,以及天興洲、二七、鸚鵡洲、嘉魚等長江大橋建設(shè)。湖北、武漢區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展給武漢海事局監(jiān)管提出了更高要求。

2.5 事故情況

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,武漢轄區(qū)年船舶通航75000艘次,日船舶流量為205艘次,年均事故24.6次,事故率為1/3050。武漢轄區(qū)1996-2000年海損事故的種類分布數(shù)據(jù)及比例如表2所示。

武漢轄區(qū)1996-2000年事故損失統(tǒng)計如表3所示。用平均值來代表武漢轄區(qū)的年事故損失,可以得到武漢轄區(qū)的年事故損失為400萬元。

武漢轄區(qū)1998-2000年危險貨物吞吐量如表4所示。危險貨物吞吐量和事故數(shù)不同,事故數(shù)變化不大,而危險貨物吞吐量卻年年增加。

表2 武漢轄區(qū)1996-2000年海損事故的種類分布數(shù)據(jù)及比例表

表3 武漢轄區(qū)1996-2000年海損事故損失統(tǒng)計表

表4 武漢轄區(qū)1998-2000年危險貨物吞吐量統(tǒng)計表

從事故種類分布來看,在武漢轄區(qū),重大事故的比例較大,而大事故和一般事故比例相對較小,且以碰撞、觸損為主要海損事故,觸礁、火災(zāi)等海損事故較少發(fā)生。在事故原因方面,船員操作不當(dāng)和違章操作是該轄區(qū)海損事故中的主要原因,較少因為違章指揮或者通航秩序差而發(fā)生海損事故。可能的誘導(dǎo)因素主要包括:能見度、航道寬度、船舶密度、流、航道彎曲度、航道交叉點和轉(zhuǎn)向點數(shù)目等。能見度不良對船舶的交通安全和交通效率的影響很大。不良的能見度限制了船舶駕駛員的視覺觀察范圍,從而使駕駛員收到的信息量大大減少,為操船決策帶來極大困難,極易發(fā)生船舶碰撞和擱淺事故。其中霧是影響能見距離的首要因素。在我國水域,造成能見度不良的主要因素是霧、暴雨和雪三種天氣情況。在武漢轄區(qū),主要是霧對航行造成一定的影響,而雨和雪的作用相對較小。

3 VTS基本組成及管理流程

VTS是由若干先進的電子信息設(shè)備構(gòu)成的搜集、處理、傳輸和顯示船舶交通信息的信息系統(tǒng)。VTS需要收集多方面信息,主要有:

(1)交通情況數(shù)據(jù),包括船舶實時運動數(shù)據(jù)、航行計劃,以及船舶所載貨物、機器狀況、船舶裝備和人員配備等數(shù)據(jù);

(2)交通環(huán)境數(shù)據(jù),包括航道情況、助航設(shè)備工作狀態(tài)、氣象水文情況,以及港口設(shè)備和裝備情況等,武漢轄區(qū)VTS組成方案設(shè)計如圖l所示。

VTS管理單位(武漢海事局)為了實現(xiàn)以上功能,需要實施的管理流程如圖2所示。

4 VTS的功能

4.1 監(jiān)督管理功能

VTS系統(tǒng)的功能首先是水上交通安全監(jiān)督管理,即通過VTS更好地履行海事局的監(jiān)督管理職責(zé),維護轄區(qū)水域交通安全秩序。監(jiān)督管理功能的內(nèi)容包括監(jiān)視、巡查和強制執(zhí)行指令。船舶在轄區(qū)水域航行時,VTS通過現(xiàn)代化的設(shè)施監(jiān)視船舶的運動情況,糾正違章、偏航,并通過VHF通信、AIS設(shè)備了解船舶的配備和航行計劃等,必要時可向船舶發(fā)出強制執(zhí)行指令。

4.2 信息服務(wù)

信息服務(wù)是一種確保船舶在航行決策過程中及時地獲得重要信息的服務(wù)。信息服務(wù)時間可以是定時的,VTS認(rèn)為必要時,也可以是應(yīng)船舶請求即時提供。VTS對轄區(qū)水域船舶可以提供下列信息服務(wù):

(1)因視線不良或雷達(dá)故障等原因,要求核實船位或提供航行建議;

(2)最新的潮汐資料或重要氣象資料;

(3)前方船舶動態(tài);

(4)港池、前方航道、調(diào)頭區(qū)、泊位、錨地等的使用情況;

(5)船舶要求提供的其它資料。

航行通告或航行警告是VTS一項重要的信息服務(wù)手段,VTS應(yīng)具有定時或非定時向全體船舶播發(fā)航行通告或航行警告的功能,主要內(nèi)容包括:

(1)助航標(biāo)志異常;

(2)航道變化、交通堵塞或礙航物存在;

(3)重要水文氣象資料;

(4)特種作業(yè)船施工或作業(yè)情況;

(5)操縱能力受到限制或特殊船舶進出港要求它船避讓;

(6)其它有關(guān)航行安全的事項。

4.3 助航服務(wù)

助航服務(wù)是一項協(xié)助船方作出航行決策,并監(jiān)視其效果,特別是在困難的航行或氣象條件下,或者在船舶有故障或缺陷的情況下實施的服務(wù)。助航服務(wù)一般是在船舶請求下或VTS認(rèn)為有必要時提供的。助航服務(wù)包括為轄區(qū)水域船舶提供航行信息或航行建議。

VTS可提供下列航行信息,從而對決策過程作出貢獻(xiàn):

(1)船舶的實際航向和航速;

(2)相對于航道軸線和航路基準(zhǔn)點的位置;

(3)周圍船舶的位置、識別和意圖;

(4)對個別船舶的警告等。

VTS能通過提出航行建議參入決策過程,包括:

(1)航向建議;

(2)航速建議;

(3)錨泊建議;

(4)航線建議等。

4.4 交通組織服務(wù)

交通組織服務(wù)是一項在VTS區(qū)域內(nèi)防止危險情況發(fā)生和保證船舶安全高效航行的服務(wù)。一般情況下,交通組織服務(wù)是通過交通計劃和強制遵守的管理規(guī)則來體現(xiàn)。VTS可以根據(jù)交通計劃和管理規(guī)則,對管理水域內(nèi)的船舶采取地理分隔、時間分隔和距離分隔的方式組織交通,但強制執(zhí)行的指令應(yīng)該僅僅是“面向結(jié)果的”而將執(zhí)行的細(xì)節(jié)留給船長。

VTS值班員認(rèn)為必要時,向船舶發(fā)出交通組織的指示、命令或建議,包括:

(1)組織并監(jiān)督船舶進出港口和通過特殊要求的區(qū)域;

(2)組織并監(jiān)督船舶進出錨地和泊位,幫助船舶準(zhǔn)確錨泊;

(3)監(jiān)督船舶執(zhí)行分道通航制;

(4)監(jiān)督船舶航線及航速,警告、糾正違章航行船舶;

(5)警告接近危險船舶,提供避免危險建議。

4.5 協(xié)作服務(wù)

加強各VTS要素之間的協(xié)作服務(wù)及聯(lián)合行動,建立共同邊界處的數(shù)據(jù)交換和行動協(xié)議,以增加船舶航行安全、提高港口運營及VTS運行的效益。按照交通部制定的VTS聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn),制定聯(lián)合行動協(xié)議、建立相互之間的合作程序,來支持諸如船舶安全監(jiān)督管理、搜尋救助、污染控制、打擊走私販毒等聯(lián)合行動。

5 VTS發(fā)展前景

未來,系統(tǒng)還可以實現(xiàn)航道、港口的電子收費功能;為船舶的加油、加水等提供電子信息服務(wù);與環(huán)保、稅務(wù)和保險等部門進行信息聯(lián)網(wǎng)等。VTS技術(shù)和Internet技術(shù)的融合,形成了網(wǎng)絡(luò)化的VTS技術(shù)。和傳統(tǒng)的VTS相比,網(wǎng)絡(luò)化VTS有更廣泛的訪問范圍、平臺獨立、系統(tǒng)成本低等優(yōu)點。三維地理信息系統(tǒng)可以幫助人們更加準(zhǔn)確真實地認(rèn)識客觀世界。利用三維和虛擬現(xiàn)實技術(shù),將真實的景象呈現(xiàn)在操作人員面前,且可以選擇更適合監(jiān)控的角度,而不僅僅局限于二維的俯視圖。

將智能交通系統(tǒng)(ITS)的理論和方法應(yīng)用在船舶交通管理系統(tǒng)中,形成智能化VTS系統(tǒng)。通信與信息技術(shù)的新發(fā)展在VTS中不斷得到應(yīng)用,特別是隨著衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星直播與轉(zhuǎn)播圖像和計算機網(wǎng)絡(luò)、智能計算機等技術(shù)的綜合應(yīng)用,以及與其它信息系統(tǒng)的有機結(jié)合等,也將極大地促進VTS在數(shù)據(jù)采集、信息傳輸、綜合顯示、信息綜合利用等方面不斷發(fā)展。因此,VTS在21世紀(jì)必將進入一個新的發(fā)展階段,VTS系統(tǒng)功能也將會得到極大的擴展和提高。

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