E-Navigation戰略下的船舶引航發展

薛一東

(上海港引航站， 上海 200082)

E-Navigation戰略下的船舶引航發展

薛一東

(上海港引航站， 上海 200082)

在E-Navigation戰略下，結合信息化發展現狀提出“E引航”的概念。在E-Navigation戰略和引航信息化發展的視角下分析我國引航的信息化歷程，指出引航服務智能化的發展方向，給出E-Pilot的定義，并梳理其與E-Navigation的關系。從用戶需求、體系架構和實施等3個方面探討E引航在我國的戰略發展。

船舶；引航；E-Navigation戰略；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年的國際航標協會(International Association of Lighthouse Authorities, IALA)第16屆大會上被正式提出并于國際海事組織(International Maritime Orgarization, IMO)航行安全分委會第53次會議上被采用,其倡導的E-Navigation戰略是通過電子手段協調船舶和岸上的航海信息(包括信息的采集、整合、交換、展示和分析等)，以增強船舶泊位到泊位的導航和相關服務，保障船舶的安全航行，從而促進航運高效、安全地進行。[1]此后，E-Navigation戰略研究和系統開發等工作相繼開展，取得了一定的成果。例如，歐盟逐步發展的SeaSafeNet，MarNIS，E-Maritime(EfficienSea項目)及2010年啟動的MONALISA項目和2012年立項的ACCSEAS示范系統等代表著當今國際上E-Navigation系統建設的最高水平。此外，美國、日本、韓國和加拿大等國家對相關課題進行測試和試驗，并配合相關國際組織的研究。例如：美國進行自動識別系統(Automatic Identification System, AIS)、無線電指向標/差分全球定位系統(Radio Beacon/Di-fferential Global Position System,RBN/DGPS)及船舶遠程識別與跟蹤系統(Long Range Identification and Tracking of ships,LRIT)的推進和技術引導；日本、韓國等國家進行利用AIS播發DGNSS差分信號的試驗和應用；加拿大ComDev公司從事空基AIS系統的建設和運行等。

我國作為國際航道組織(International Hydrographic Organization, IHO)、IMO及IALA等國際組織的成員國，從戰略發展的角度密切關注并積極跟進國際E-Navigation的發展，高度重視E-Navigation案例建設及與相關組織和國家(地區)的合作。例如，上海海事局2014年開始建設“上海自由貿易區洋山港E-Navigation示范平臺”，重點開展洋山港水域“霧航”條件下的大型集裝箱船航行和離靠泊助航相關研究。此外，交通運輸部東海航海保障中心、大連海事大學、上海海事大學及集美大學等單位開展了E-Navigation相關技術研究，在測試平臺架構、數據傳輸及航標管理等方面取得了進展，但還沒有建成完整的系統。

1 船舶引航信息化的發展

船舶引航是指引航員在引航機構的指派下從事的引領相應船舶航行、靠泊、離泊、移泊和錨泊等活動，是港口運行中的一個不可或缺的關鍵環節，對保障港口及港口水域安全、減少污染事故發生、保證船舶航行安全和維護航行秩序有積極的作用。隨著進出港船舶數量、貨物與集裝箱吞吐量日益增多，以及船舶逐漸朝大型化、專業化和高速化方向發展，引航作業和管理的信息化已成為船舶引航的實際需求。由于通航環境變得更加復雜，引航的難度及風險更為嚴重和突出，而應對該狀況的最佳方法是通過科技手段改變現有的引航模式。我國船舶引航信息化發展大體上分為以下3個階段。

1.1引航手段現代化

引航手段現代化是安全引航的迫切需求和技術進步的必然趨勢。該階段主要發生在20世紀90年代末至21世紀初，將接收到的全球定位系統(Glo-bal Positioning Sytem, GPS)船位通過全球移動通信系統自動報告，并顯示在電子海圖上，達到助航和監控的目的。2005年后，以基于AIS的港口船舶引航系統[2-4]為代表，主要出現了大連的“貝斯特領航”、北京億海藍的“AIS 引航助手”、新西蘭 Navicom Dynamics公司的“HarbourPilot”和美國 RAVEN公司的引航系統等產品。

船舶引航系統包含船載單元和岸上單元2部分。便攜式船載單元的主要功能是收發和處理船岸信息，進行高精度的船舶定位，在電子海圖上綜合顯示本船動態、他船狀態、航行水域情況及水文氣象等船舶引航所需的各類信息。岸上單元包括監管中心、AIS接收機和GPS差分信號站等，其中監管中心實現船岸信息的無線收發、基于電子海圖的全港船舶動態顯示和船舶引航過程回放等功能。

1.2引航管理數字化

該階段主要發生在2005—2014年，以引航調度系統[5-7]為代表，各引航站將數據共享和信息服務作為建設目標，系統地開展各引航信息管理系統的建設和引航監控系統的集成。該階段的建設工作主要是對引航站現有的工作流程及管理流程進行數字化和信息化，通過計算機優化工作模式，提高工作效率。

1.3引航服務智能化

E-Navigation戰略的持續發展對引航信息化建設提出了更高的要求，為其指明了方向。[8-10]2015年，國家提出制訂“互聯網+”行動計劃，這既是我國引航信息化發展的內在需求，也是提升引航服務智能化水平的實際需求。當前正值該階段的開始時期，是船舶引航由數字化向智能化轉型的關鍵時期，以智慧引航[12]和上海港引航站提出的E引航為代表。例如：引航云數據用于航線推薦和引航員培訓，引航監控由二維模式向三維模式發展，遙感測量技術與電子海圖集成等。隨著計算機技術和網絡通信技術進一步發展，越來越多的新技術將被應用到船舶引航中，提高引航服務的智能化水平。

2 E-Pilot的提出

引航業務與被引船、海事信息發布和港口建設等均息息相關，我國的E-Navigation戰略必然包括船舶引航領域。E-Pilot正是在E-Navigation戰略下提出的。

E-Pilot是一個船舶引航跨部門、跨系統業務協同與資源整合的概念體系。其建立在較為完善的航運、引航和港口基礎設施之上，將先進的信息技術、通信技術和傳感技術等集成應用到傳統的船舶引航業務體系中，通過異構系統的互聯互通和資源共享實現海量引航信息的采集、傳輸及處理，建立大范圍內協同、實時、準確、高效的引航安全生產管理和引航綜合信息服務系統。

E-Pilot是E-Navigation的子集。E-Navigation的系統體系、技術應用等都為E-Pilot的建設指明了方向，也使得E-Pilot能在E-Navigation框架下分步實施，并最終納入到E-Navigation中。此外，E-Pilot是對E-Navigation的補充。E-Pilot所要解決的行業問題比E-Navigation的更有針對性，除了涉及船載設備、船岸通信之外，還有引航管理、引航安全及引航服務等。

3 E-Pilot的實現

E-Pilot是引航信息化建設的新理念和新模式，標志著引航信息化建設將進入新的階段，為引航服務的信息化與智能化發展帶來了機遇和挑戰。

3.1用戶需求和分析

3.1.1用戶需求

實現E-Pilot的第一步即確定用戶需求。E-Pilot的用戶包括一線引航員、引航站管理人員和調度人員及船舶代理公司等。各類用戶從自身工作實際出發對引航業務和服務提出不同的需求。

(1)E-Pilot服務的重點是引航員。一線引航員除了能在便攜式船載單元中正確顯示所引領船舶的船位、航速、航向、艏向和艏轉向率等信息以外，還能獲取所跟蹤、船舶的船名、位置、航向和航速等相關信息；對于有碰撞危險的船舶，可進行最近會遇點和會遇時機的計算等。同時，可通過網絡獲取港口水域船舶計劃和調度、海事助航(水文氣象)、船舶風險評估和管理規定及法規等方面的信息。此外，E-Pilot應可計算船舶下沉量、風流影響下的航跡帶寬度及系泊操縱時的輔助數據等。

(2)引航站管理人員和調度人員從船舶申請引航開始，根據船舶資料、港口水文氣象情況和引航員的狀態向該船舶調派引航員；引航員在接到調度指令后，按照要求在指定的地點和時間登船引航，并在完成引航任務后簽署“引航簽證單”；引航站根據該簽證單向船舶代理結算引航費用等。E-Pilot的實現將使該流程更簡化、引航監控更方便。

(3)船舶代理公司采用E-Pilot后，申請引航、了解引航站的計劃、掌握船舶的動態及引航費用結算等變得更容易；通過網絡獲取港口水域海事法規、水文氣象條件及船舶相關管理規定等信息變得更準確。

3.1.2用戶需求分析

(1)統一的引航信息/數據結構。不論是引航計劃和調度，還是海事助航(水文氣象)、船舶風險評估和管理規定及法規方面的信息，都應從一個單一、統一的綜合系統中獲得。

(2)有效、充分的通信系統。要為被引船和岸基系統提供有效、充分的通信手段。除了包含船舶廣播AIS信息以外，還應具有音頻和視頻信息，以促進船船、船岸之間的信息交流和應急處置。

(3)以人為中心的顯示需求。設計E-Pilot時須考慮顯示、操作的有效性和便利性，應用人機工程學的原理，避免使用設置復雜、耗時且容易導致引航員顧此失彼、對安全不利的設計。

(4)數據和系統整合。E-Pilot應具有復原性并考慮到數據的有效性、合理性和綜合性，使該系統充分、可靠和可信。此外，還應考慮到冗余要求，特別是在安全生產系統方面。除了能協助引航員進行正常的引航作業以外，還能應對能見度不良、暴風雨等突發狀況下的航行和靠離泊要求。

(5)分析與輔助決策。E-Pilot應能在復雜的引航環境下輔助引航員快速感知船舶的態勢、分析船舶引航安全問題并快速提供合適的操縱方案，能提供持續的反饋和及時的專家庫支持等。此外，還應能提高自身能力和防止個人決策失誤，可用于引航員培訓、事故分析、事后記錄、后評估和應急反應等。

3.2體系結構

E-Pilot的建設將給引航員、引航站管理人員和調度人員及船舶代理公司等的引航作業、引航管理和引航服務帶來實質性的變化。因此，E-Pilot的體系結構應包括滿足用戶需求的硬件、數據、信息、通信技術和軟件等。根據引航過程，引航業務可分為引航前(引航調度計劃、引航資源管理)、引航中(各類助航引航信息服務)和引航后(引航數據分析和后評估)等3個階段；根據引航服務信息集及流程，引航業務涵蓋采集、傳輸、應用(顯示)、管理及分析等5個環節。E-Pilot體系結構由6個層次、3個體系和1個接口組成(見圖1)。

圖1 E-Pilot體系結構終端

由圖1可知，E-Pilot體系結構共分為采集層、通信層、數據層、應用支撐層、應用層和展現層等6層。

1)采集層負責采集引航業務產生和管理類數據。

2)通信層是E-Pilot的基礎，依靠技術手段解決岸-船、船-岸及船-船之間的通信。

3)數據層負責存儲和管理引航過程中產生的與引航計劃、引航員、引航調度、引航船舶及引航操作相關的數據，并由數據交換接口獲取各類海事助航信息(包括水文氣象信息、航標信息、航行警告等)和其他信息(包括港口、碼頭作業調度及拖船調配信息等第三方服務公司的信息等)。

4)應用支撐層是將“引航大數據”加工為知識的過程，其核心可放于對引航過程的后評估和引航管理評估中，實現引航信息的反饋機制，打造引航信息的閉環。

5)應用層和展示層主要負責引航服務信息集在各應用中的展現、各應用之間的數據交換、數據的存儲和數據安全等。

3.3實施策略

盡管目前把E-Pilot體系結構分為6層，但E-Pilot的實施應是一個不斷發展的過程，包括但不局限于用戶需求分析、體系結構分析、差距分析、實施和回顧經驗總結等步驟。此外，必須認識到各種傳感器當前的局限性，如GPS的位置誤差及由此得到的航速、航向誤差，許多船舶不播報艏向和艏轉向率等信息，許多船舶在AIS設備中輸入的信息不符合要求，引航水域還沒有做到網絡全覆蓋等，這些問題都影響了E-Pilot戰略的實施。文獻[12]指出僅靠獲取的船舶AIS信息實現船舶間的避碰存在一定的局限性，說明實施E-Pilot戰略是一個循序漸進的過程。

1)將E-Pilot戰略與引航現狀作差距的比較分析，現階段首先需做到網絡全覆蓋。

2)便攜式船載單元應采用技術成熟的設備，以提高可靠性和精度，滿足引航的要求；同時，應簡化使用和設置的難度。

3)引航員和其他工作人員參加針對信息源辨析培訓，尤其要掌握其局限性。

4)引航站必須與海事部門、高校、科研機構等相關單位進行合作，以開發和實現全過程的銜接。鼓勵在E-Navigation架構下創新性地應用和開發E-Pilot，確定E-Pilot的實施策略。

結合我國引航信息化現狀，E-Pilot的實施應優先發展以下幾個方面：

1)梳理各國對E-Navigation的研究，借鑒其先進經驗，分析其E-Navigation的使用標準及相應裝備等；緊跟我國E-Navigation戰略研究工作；從引航站實際情況和引航員的要求出發，規劃我國在E-Pilot的研究、部署和應用。

2)注重標準化建設和研究。由于E-Pilot是一個全新的課題，因此盡管目前有應用前景分析及部分功能實施，但就理論、技術和實踐的研究還不能滿足E-Pilot的要求，只有在信息輸入和建模計算方面實現標準化，E-Pilot才能被各方接受。E-Pilot的標準化建設應與國家E-Navigation保持一致。

3)E-Pilot的實施必須基于船岸和船船間信息的高速傳輸，若信號未能全覆蓋，則E-Pilot實施中的船岸、船船間通信的實時性和可靠性要求將不能滿足。因此，首先要實現港口船舶引航水域的網絡全覆蓋。

4)岸基系統和信息的整合，包括改進軟件質量、主動進行岸船信息推送和自動船岸報告、改進岸基系統對外服務和改進便攜式船載單元的功能等，為引航員提供更多有用的輔助信息。

5)E-Pilot建設必須具有前瞻性的規劃，若重硬件和功能而輕軟件和導航，則會導致E-Pilot的智能化水平較低；同時，若E-Pilot缺乏后期更新、培訓、維護，則不能滿足E-Navigation中“增強船舶泊位到泊位的導航和相關服務”的基本要求。

4 結束語

當前IMO已明確E-Navigation的發展戰略，IMO各成員國均已相繼開展E-Navigation平臺、標準和技術的研究。港口船舶引航是E-Navigation的重要組成部分，E-Pilot正是從構建完整E-Navigation體系的實際需求出發，整合內部和外部信息源，構建統一的基礎信息集和數據庫集群。通過不斷改進和完善，E-Pilot將在提升引航管理水平、增強引航安全應急能力、保障引航作業安全和提高引航服務水平方面發揮更大的作用，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

薛一東(1966—), 男, 上海人，高級引航員，從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