e-Navigation技術發展及其在海事管理中的應用

任 健

（中國海警局直屬第六局，山東 青島266000）

海洋是國際貿易和大宗貨物運輸的主要載體，也是充滿資源和機遇的藍色寶庫。自21世紀以來，人類開始了對海洋資源的大規模開發和利用，海洋的戰略地位日益提升，航海技術也隨之迅速發展。5G技術、北斗系統等新興技術與雷達、GPS（Global Positioning System）、AIS（Automatic Identification System）、電子海圖等傳統技術和設備在航海領域得到綜合應用，船舶航行安全和海洋環境清潔有了更完善的技術保障[1]。然而這些技術的發展在為航海帶來便捷與安全的同時，也造成了一定的問題。由于上述這些技術是在不同的歷史時期獨立發展起來的，各應用系統都互不干涉也無聯系。雖然能夠極大地提升服務水平，但也在某種程度上增加了船員的工作負擔。同時船載設備的類型與數據格式越來越多，標準的不統一會造成系統間相互的不兼容與數據的冗余[2-3]。此外在船舶到港或離港前，船員除了需要獲取通航信息之外，還需要獲得更多的關于港口、碼頭、航道等的動態實時信息。岸方也希望更早和更加全面地獲取船舶的航次信息并將氣象信息、搜救應急等諸多情況及時通知船方。因此，如何有效地整合現有的船載與岸基設備，形成一個更為全面、統一、安全的溝通機制，成為近十余年來航運界重點研究的問題，e-Navigation概念也應運而生。

1 e-Navigation技術概述

1.1 e-Navigation的內容及發展歷程

e-Navigation也稱e-航海，是指通過電子的方式，整合現有的和新的導航設備，在船上和岸上收集、綜合、交換、顯示和分析海事信息，以增強海上服務、提升安全和安保水平，并保護海洋環境[4]。其總體架構如圖1所示，包含船岸環境與連接船岸的物理通信鏈路[5]。當前的船基e-航海系統多以船載導航系統為基礎，集成船上各種傳感器，融入AIS、電子海圖系統（ECDIS）、自動雷達標繪（ARPA）、船舶交通管理系統（VTS）等技術以獲取各種船舶實時的航行信息。岸基e-航海系統主要以海事局VTS為核心并集成相關服務，以便于岸基操作人員理解和使用的方式，提供、交換和傳輸各種信息數據。其具體可分為數據采集與傳輸服務、增值業務處理服務和用戶交互應用服務。

圖1 e-Navigation總體架構

2005年，英國交通部首次提出e-Navigation這一概念。同年11月，國際航標協會IALA（The International Association of Marine Aids to Navigation and LighthouseAuthorities）在一次致力于討論船舶追蹤的會議上再次提出要在全球范圍內建立e-Navigation框架。2005年12月19日，美、英、日等國聯名向IMO MSC的第81次會議提交提案，要求國際海事組織在全球層面制定e-Navigation戰略。2006年5月，IALA的第十六屆大會首次正式提出e-Navigation的概念并于2007年IMO NAV的第53次會議采用了IALA提出的e-Navigation概念[6]。國際上，e-Navigation的發展已經進入實施階段，其中歐洲范圍內的Monalisa、EfficienSea和ACCSEAS項目已經投入運行并取得了良好的成效。黨的十八大以來，我國也提出了ENIC（E-Navigation In China）項目并在渤海灣、長江口和珠江口相繼建立了e-Navigation示范應用。

總的來看，e-航海并不是一項具體的技術，而是一種概念或頂層設計，可以理解為一個把當前的和未來的航海設備與系統全面集成并顯示的平臺，用于解決現有的導航通信和助航技術之間的無關聯性，使駕駛員在值班過程中通過一套系統就能全面了解所需信息，降低工作量和設備配置所浪費的時間；統一船岸通導設備的標準，提高用戶的使用效率以及船舶和海事管理機構之間交換信息量，促進海上導航設備的協調一致。而國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）所提出的e-Navigation戰略，是一個針對于全球各國港口、船舶間的海上信息化合作戰略。該戰略的目的是進一步促進各國在海上信息和數據之間的交換以及在統一架構和技術標準的前提下，消除障礙和壁壘，達到增強海上安全、保安和環境保護的能力。

1.2 e-Navigation的核心目標

自從e-Navigation戰略制定以來，IMO就是其推廣的主要倡導者與推動者，并多次在相關決議中進行完善與補充。經過ENIC項目的帶動，我國各涉海機構和企事業單位也在e-Navigation建設中取得了可喜的成果。經過十余年的發展，當前IMO各項決議中通過的e-航海框架的核心目標包括以下內容：

（1）充分考慮船舶航行過程中水文氣象、航行信息和風險等方面的因素，促進船舶航行的安全和海上航運安保。此項內容是e-Navigation戰略最為重要的目標之一，也體現了該戰略制定的初衷。當前圍繞該項目標國際上已經有了諸多成果，圖2所示為集合了水文氣象、航行信息等的綜合助航服務系統。

圖2 綜合助航服務系統

（2）在適當的時間和位置上促進岸上人員以及沿海設施對船舶交通進行觀察和管理，即當前各國VTS所執行的任務。

（3）推進不同對象間信息的暢通交流，包括船對船、船對岸、岸對船、岸對岸以及其他使用者之間的數據交換等。

（4）為提高貨物運輸速度和物流效率創造機會。如我國近年來在各沿海城市建設的無人自動化碼頭、自動靠離泊設施等都是為提高航運效率所做的突破。

（5）支持海上應急響應和搜尋救助服務的有效運作。當前在海上應急搜救中主要采用的方法是通過獲取目標船的AIS信號，指引搜救船舶到達事發海域。而AIS存在作用距離有限、無法傳遞醫療信息等不足，如果能夠在e-Navigation框架下融合其他技術以實現遠距離自由通信，將有助于促進海上應急響應的時效性[7]。

（6）驗證安全關鍵系統的準確性、完整性和連續性指標。

（7）通過用戶界面整合和顯示船上和岸上的信息，最大限度地提高航行安全效益，并最大限度地減少用戶由于混淆或誤解信息而產生任何風險。

（8）集合并顯示船上和岸上的信息，實現用戶對工作量的管理，激勵并增加用戶黏性，并發揮決策輔助作用。

（9）在整個開發和實施過程中，e-Navigation框架始終都應涵蓋針對用戶的培訓和熟悉操作方面所做的要求。

（10）促進e-Navigation在全球范圍內的覆蓋推廣，加強有關的標準和配置的統一，提高了設備、系統、標志和操作程序之間的兼容性和協同性，避免用戶之間潛在的沖突。

（11）有關硬件設備和軟件可升級，方便所有的潛在用戶使用。

2 e-Navigation在海事管理中的應用

e-Navigation是一種抽象的概念，其在實施過程中具體的表達方式是MS（Maritime Service，海事服務），具體是通過各種技術所實現的一種標準化海上服務[8]。通過MS中的各項服務，可以實現前面所提到的一系列核心目標。MS起初被稱作MSP（maritime services portfolio，海事服務集），IMO文件中對MSP的描述為“在給定的海域、航道、港口或類似區域，由岸方提供給航海人員的一組標準化的、業務上的或者技術上的海事服務的集合”。自2018年10月，國際海事組織將MSP更名為MS，其定義為具有“協調統一格式的海上相關信息及數據的供應和交換”。最新的定義大大拓展了MS可能涉及的領域，即一切與海上信息相關的服務都有可能成為一種MS，目前業內已確定MS的服務有16種，見表1。

表1 MS已確定的16種服務類型

國際上關于MS的革新和完善一直沒有止步，IALA在關于MS的最新導則中提出了關于MS實施推進的流程。若某部門發布MS服務，則須經過9項流程，分別是評估服務傳統的發布方式和平臺；確定該項服務是否在自己負責的范圍以及對新平臺的最終需求；確定發布服務的格式及執行時間節點；確定服務的信息提供方；在所有的服務提供方之間建立起通用的工作平臺，以保證不同服務提供方之間的互操作以及信息流順暢；協調終端用戶以及相關組織，建立使用服務、呈現服務的工具；建立起岸基對于提供服務所必要的基礎設施，軟硬件設備等；通過測試，保證服務的可靠性；持續開展服務優化和改進。

可以看出，上述9項流程就是e-Navigation工程從建設前的評估到完成后的維護所經歷的整個過程。“通用的工作平臺”就是e-航海工程中為各服務方提供數據交流共享的基礎。不同地區的用戶能夠在這樣一個平臺上實現以往需要在多個平臺才能完成的工作，將有助于不同操作平臺之間的數據可讀、共享及互操作性。建立“呈現服務的工具”則涉及數據獲取和展示，通過單一窗口化、數據集成可視化等方式降低因船員工作量和人為失誤而引起風險的可能性[9]。

在應用層面，在各種海事管理活動和航運操作中，用戶可通過不同設備接受MS的服務，最主要的包括AIS、VDES和GMDSS等。如利用AIS獲取船舶動態、靜態和航次信息，編輯短消息等；未來還可能在AIS信息內容中加入醫療信息、船員適任信息等。VDES（VHF Data Exchange System，甚高頻數據交換系統）技術是船舶航行過程中與其他船只溝通的重要手段，也是e-航海發展的關鍵支撐技術之一。VDES是實現航海信息傳輸的重要手段，可作為相關海事服務傳輸的通信鏈路。GMDSS（Global Maritime Distress and Safety System，全球海上遇險與安全系統）則是船舶用戶發出遇險報警信息的主要手段，在e-Navigation框架下有助于實現遇險信息和搜救信息的共享與傳遞。海警部門在履行海上維權執法職責，執行打擊海上違法犯罪活動等方面的執法任務，以及在協調指導地方海上執法工作時，無疑也需要MS的相關服務。

3 未來發展建議

e-Navigation戰略自提出以來，就以提高航行安全、保護海洋環境、提升航運效率和實現信息共享等目標為發展方向。雖然在全球范圍內已經有多個e-航海示范工程，但都是局域性的成果，并未在全球范圍內推廣開來。與此同時，各國的e-航海工程雖然都是在e-Navigation的框架下工作，但采用的標準卻不盡相同，也并不能實現完全的信息共享。如我國在渤海灣、長江口和珠江口的e-航海試點工程與歐洲的Monalisa、EfficienSea項目彼此沒有聯系，甚至我國范圍內的幾個e-航海工程都是各自為營，沒有實現互聯互通。因此，針對我國當前e-Navigation項目發展過程中存在的不足，提出未來e-Navigation技術的發展建議。

3.1 統一數據標準，加強互聯互通

宏觀來看，e-航海主要針對的對象就是數據服務和信息服務。如果不同用戶間沒有統一的數據標準，那么數據和信息的共享則很難實現。當前IMO、IALA都發布了關于數據類型、數據格式的標準，如S-57、S-100等。我國不同海域在建設e-Navigation工程時應盡可能參考同樣的數據標準、采用相互兼容的硬件設備。隨著5G和大數據時代的到來，未來還可采用數據云存儲、云下載等方式。

3.2 頂層設計，加大成本投入

e-Navigation工程的建設離不開政府和港口當局的規劃與支持。在港口建設規劃時就要考慮要符合國際統一標準。同時e-航海戰略作用的范圍并非某一個或幾個港口，而是針對整個國家港口群、全球的航海大變革。因此在前期規劃階段，我們應該著力于總結發現不同海域、不同港口間的共性問題，進行頂層設計，努力搭建一套具有普適性的系統工程方法。國家和政府層面要加大財政投入，真正實現智慧港口、智慧航海。

3.3 鼓勵科技創新，形成國際影響力

創新是科技進步的推動力，也是一項事業經久不衰的生命源泉。歐洲的幾項典型e-Navigation工程自投入運營至今效果顯著，在全球范圍內起到了較好的示范作用；其次美國海域內各大型港口間的數據共享、數據公開也做得較好。此外，歐美國家為e-航海工程配套生產的設備也在全球市場中占據較大份額。為此我國應加大力度鼓勵科技創新，形成國際的影響力，爭取為全球e-Navigation戰略注入新鮮血液和活力。

4 結束語

e-Navigation戰略的實施有助于實現國際海事組織一直提倡的“航行更安全，海洋更清潔，航運更高效”這一目標；同時有助于解決各國、各港口間信息孤島的現狀，促進全球航海航運大融合。作者在工作中親身經歷了近年來我國e-航海建設取得的突出進展，通過實際經驗總結e-航海戰略的內容、用途并提供了對未來發展的可行性建議。