摘要：由于船舶與公司岸基在地域上的分離，目前公司岸基尚不能對遠洋船舶的安全營運進行實時、有效的監(jiān)控。應用先進的計算機信息技術、通信技術和網(wǎng)絡技術等，將船—岸安全監(jiān)控管理有機地結合在一起，船—岸隨時交互數(shù)據(jù)，協(xié)作管理業(yè)務，確保遠洋船舶運輸?shù)陌踩咝?。形成一個開放的集船舶監(jiān)控、管理、決策于一體的遠洋船舶在線監(jiān)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)和提高遠洋船舶的安全管理水平。以中遠集團所轄船舶為實施對象開發(fā)成功了遠洋船舶在線監(jiān)控系統(tǒng)。

關鍵詞：水路運輸；遠洋船舶；在線監(jiān)控；信息系統(tǒng)；船岸通信

我國90%的進出口貨物采用海上運輸，中國遠洋運輸集團（COSCO）、中國海運集團（CS）等大型航運企業(yè)承擔著大部分的進出口貨物的運輸任務。據(jù)權威部門統(tǒng)計[1]，2007年我國遠洋運輸貨運量17173.89萬t，遠洋運輸集裝箱量1711.93萬TEU，分別比上年度增長13.9%和12.2%；全國現(xiàn)有各類遠洋運輸船舶2280余艘，凈載重量4164.64萬t，集裝箱箱位106.98萬TEU。提高我國航運企業(yè)的船舶航行安全監(jiān)控水平、保證遠洋運輸安全生產、提高其遠洋運輸管理效率，既可以為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益，也可以為海上戰(zhàn)略物資運輸?shù)陌踩峁┛煽勘ＷC。

國際海事組織（IMO）于20世紀90年代出臺了ISM規(guī)則（International Safety Management國際安全管理規(guī)則），要求全球航運企業(yè)建立船舶安全管理體系，保證航行船舶的安全，最大限度避免各類海上事故的發(fā)生[2]。2000年以來，IMO對船舶安全監(jiān)控和管理的進一步強制性要求，以及航運管理信息化技術的發(fā)展，基于國際海事衛(wèi)星（Inmarsat）的遠洋船隊監(jiān)控與管理系統(tǒng)相繼被開發(fā)。國外大型航運企業(yè)基于自身戰(zhàn)略利益，著重進行了船舶安全、機務管理、航運管理，船舶監(jiān)控等技術的研究，如瑞士MSC航運、丹麥MAERSK航運、美國APL航運等投入大量的資金引進開發(fā)系統(tǒng)。國外一些船務海事技術公司如英國Transas公司、挪威C-MAP公司、荷蘭SpecTec公司、新加坡Danaos公司等公司也開發(fā)了船舶監(jiān)控的相關技術和系統(tǒng)[3-4]。但是國外應用的系統(tǒng)也存在系統(tǒng)分散、實時性不強等缺點，現(xiàn)在仍然沒有一個比較成熟和完善的船岸一體化的綜合監(jiān)控管理和服務平臺。

盡管安全管理體系（SMS）強調公司應建立和保證岸基與船上之間的聯(lián)系渠道，但是，目前我國航運企業(yè)對遠洋船舶的安全監(jiān)控仍受到時間和空間的限制。由于船—岸在地域上的分離，通常是將航運企業(yè)與航行船舶看作為兩個無法相互直接聯(lián)系的對象。航運企業(yè)對船舶的掌控，無論是航行安全還是機務、海務管理、船員管理等等，均是在企業(yè)端或船舶端的單獨行為。船舶發(fā)生的緊急情況、事件、船岸之間的信息交流主要是通過海事衛(wèi)星電話、電傳、傳真及電子郵件等手段實現(xiàn)。這使信息的滯后性、主觀性、歷史記錄的不均勻性、以及歷史記錄的連續(xù)儲存等問題較為突現(xiàn)，缺乏對船舶和運載貨物狀況進行實時有效的監(jiān)控。船岸信息孤島和監(jiān)控脫節(jié)給航運企業(yè)的船舶安全管理帶來諸多不便和不利影響。

本文以COSCO為實施對象，研究的遠洋船舶在線監(jiān)控系統(tǒng)是指COSCO及其二級分公司管理部門（岸基）與所屬船舶（船端）為一體的遠洋船舶在線監(jiān)控平臺，其核心是對船舶海上航行、進出港和靠離泊操縱，以及船舶機器工況和所承載貨物實施全過程實時監(jiān)控和安全管理，以便根據(jù)船舶情況及時提供必要的岸基支持。本質上是應用先進的計算機信息技術、通信技術和網(wǎng)絡技術等，將船—岸安全監(jiān)控管理有機地結合在一起，船—岸隨時交互傳送數(shù)據(jù)，協(xié)作管理業(yè)務，確保船舶運輸?shù)陌踩咝?/SPAN>，形成一個開放的集船舶監(jiān)控、管理、決策于一體的遠洋船舶在線監(jiān)控系統(tǒng)。在安全管理體系（SMS）功能要求上，除保證船—岸間的聯(lián)系渠道，同時又實現(xiàn)了實時監(jiān)控渠道，從而為提升航運企業(yè)的安全管理水平引入了新的科技手段。

1 遠洋船舶在線監(jiān)控系統(tǒng)總體方案架構

遠洋船舶在線監(jiān)控系統(tǒng)強調“船岸一體”的概念，系統(tǒng)的總體架構如圖1所示，由3大部分組成：船端（船舶端）數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、船—岸通信系統(tǒng)和岸基應用系統(tǒng)。

圖1 遠洋船舶在線監(jiān)控系統(tǒng)總體架構

船端數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)主要由船舶端數(shù)據(jù)采集控制、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)傳輸控制和船舶端的監(jiān)控系統(tǒng)組成。船—岸通信系統(tǒng)主要包括船端的數(shù)據(jù)通信與岸端的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成。岸基系統(tǒng)分為集團總公司和各二級航運公司兩級系統(tǒng)，包括船舶監(jiān)控管理、安全管理、船舶調度、船舶動態(tài)監(jiān)控與船舶遇險應急處置系統(tǒng)組成。

船端與岸基系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)交換，即船—岸通信，主要通過國際海事衛(wèi)星（Inmarsat）。根據(jù)當前船舶的不同通信裝備，以國際海事衛(wèi)星的3種主流船載通信終端實現(xiàn)與岸基的通信聯(lián)系，分別是Inmarsat-C、-F和-BGAN。Inmarsat-C是一個存儲轉發(fā)式的雙向通信系統(tǒng)，目前大多數(shù)船舶都裝備Inmarsat-C的船載通信終端。將文本文件加密或壓縮后以Email方式發(fā)送到岸基，在岸基對收到的E-mail進行解壓縮和解密后分發(fā)到相應的應用系統(tǒng)或儲存到指定的數(shù)據(jù)庫。Inmarsat-F是一個對用戶透明的基于TCP/IP的通信傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)移動船舶對互聯(lián)網(wǎng)的接入，支持船岸數(shù)據(jù)的透明傳輸。Inmarsat-BGAN是Inmarsat的一個低成本互聯(lián)網(wǎng)接入簡約版，具有全球無縫隙的寬帶網(wǎng)絡接入，它保證船舶用戶在全球任何地點都可以得到高質量、高可靠的通信服務。

國際海事衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信傳輸由衛(wèi)星地面站落地，岸基各分公司的安全管理系統(tǒng)通過地面因特網(wǎng)VPN接入到衛(wèi)星地面站數(shù)據(jù)網(wǎng)關，從而建立起船岸數(shù)據(jù)通信鏈路。而總公司與所轄各分公司的數(shù)據(jù)交換通過專網(wǎng)建立數(shù)據(jù)通信鏈路。

2 船端數(shù)據(jù)采集與處理

船載數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)在功能結構上分為3個模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸控制模塊。

2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集模塊結構示意圖如圖2所示。船舶航行數(shù)據(jù)、機艙數(shù)據(jù)和貨物數(shù)據(jù)將分別從分散在船舶各處的單元設備系統(tǒng)中獲得。采集的當前數(shù)據(jù)在存儲的同時，交由數(shù)據(jù)分析處理模塊進行處理。

圖2 數(shù)據(jù)采集模塊示意圖

船舶航行數(shù)據(jù)主要從船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）和航行數(shù)據(jù)記錄儀（VDR）中獲取。從VDR中可以獲取4類數(shù)據(jù)：

1）操舵信息：包括車鐘指令和回令數(shù)據(jù)，主機油門/螺距操作、轉舵操作和實際舵角、推進器、側推器等數(shù)據(jù)。

2）船舶狀態(tài)信息：包括主機轉速、船艏向、航跡向、航速、船位、船體開口狀況、水密門和防火門狀況、船體應力、風向和風速、水深等數(shù)據(jù)。

3）圖像信息：每15s一幀的雷達圖像。

4）語音信息：駕駛室內的談話，駕駛室內部通信、船舵令、廣播系統(tǒng)和聲響報警的聲音，甚高頻（VHF）無線電話通信的聲音。從AIS中可以獲取3類數(shù)據(jù)：

（1）靜態(tài)信息：MMSI、IMO編號、呼號和船名、船長和船寬、船舶類型、船上使用的定位天線的位置。

（2）動態(tài)信息：帶有精度指示和完整性狀態(tài)的以WG84坐標系為參考的船位（經(jīng)緯度）、UTC時間、航向、航速、船艏向、航行狀態(tài)、回轉速率。

（3）與航次有關的信息：船舶吃水、危險貨物類型、目的港和預計到港時間以及與安全有關的短信息等。

機艙數(shù)據(jù)主要從機艙集中監(jiān)視報警系統(tǒng)和一些主要的單元自動化系統(tǒng)（如主機遙控系統(tǒng)等）中獲取。包括主機系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)和電站輔機系統(tǒng)等8大類實時數(shù)據(jù)。

船舶貨物數(shù)據(jù)根據(jù)大宗貨物類型可以分為集裝箱、散雜貨和液氣貨。因此，貨物數(shù)據(jù)采集根據(jù)這3種不同類型貨物進行。

①集裝箱貨物數(shù)據(jù)：對集裝箱船舶，集裝箱貨物的靜態(tài)數(shù)據(jù)可由電子積載圖來明確表示。而冷藏集裝箱狀態(tài)數(shù)據(jù)可以從船舶冷藏集裝箱控制系統(tǒng)獲取，主要有：各冷藏集裝箱的設定冷藏溫度與當前溫度、壓縮機啟/停時間、壓縮機電壓/電流等。

②雜散貨物數(shù)據(jù)。對大宗散貨（糧食、化肥、工業(yè)原料等），在貨艙安裝溫度和濕度傳感器以監(jiān)視散狀貨物狀態(tài)。

③液化氣和油品數(shù)據(jù)。專用液化氣船和油船都有本船監(jiān)控系統(tǒng)，包括油/氣艙監(jiān)控系統(tǒng)、油/氣管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、油份濃度監(jiān)控系統(tǒng)等。通過數(shù)據(jù)接口獲取數(shù)據(jù)，主要有：各艙室的油/氣溫度、壓力、液位、惰性氣體濃度；油氣管網(wǎng)的壓力、流量、管系主要閥門開/閉狀態(tài)；排放濃度、排放流量等。

2.2 數(shù)據(jù)分析處理

數(shù)據(jù)分析處理模塊結構示意圖如圖3所示。所采集的數(shù)字數(shù)據(jù)并非都是有效數(shù)據(jù)，進行有效性檢驗實質是濾除非法數(shù)據(jù)和無效數(shù)據(jù)。有效性檢驗包括：數(shù)據(jù)時效的準確性檢驗、數(shù)據(jù)量值的范圍檢驗、異常數(shù)據(jù)檢驗。數(shù)據(jù)格式轉換是將不同量綱的數(shù)據(jù)一律轉換成標準量綱數(shù)據(jù)，以及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)類型。數(shù)字數(shù)據(jù)的分類與標識按照數(shù)據(jù)功能分為航行數(shù)據(jù)、機艙狀態(tài)數(shù)據(jù)和貨物狀態(tài)數(shù)據(jù)。對這些帶時標的當前數(shù)據(jù)按給定要求加以標識，以便岸基應用系統(tǒng)識別和數(shù)據(jù)重用。

圖3 數(shù)據(jù)分析處理模塊示意圖

船載數(shù)據(jù)處理服務器對來自數(shù)據(jù)采集裝置的當前數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)循環(huán)更新和數(shù)據(jù)循環(huán)添加二種方式儲存在數(shù)據(jù)處理服務器。前者始終是當前數(shù)據(jù)，一旦岸基系統(tǒng)發(fā)出傳輸請求，數(shù)據(jù)分析處理模塊就自動將當前數(shù)據(jù)發(fā)送給信息傳輸控制模塊。后者是歷史數(shù)據(jù)，保存長度可根據(jù)需要調節(jié)。可以對數(shù)據(jù)進行有目的的篩選，以便將最重要的數(shù)據(jù)傳輸給岸基系統(tǒng)。這種篩選可以根據(jù)需要進行人工或自動設定。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸控制

數(shù)據(jù)傳輸控制模塊結構示意圖如圖4所示。數(shù)據(jù)傳輸控制模塊是將分類后需要上傳到岸基系統(tǒng)的數(shù)據(jù)（文本文件）進行加密或壓縮打包，通過船載衛(wèi)星終端發(fā)送到岸基系統(tǒng)。而對音頻或視頻數(shù)據(jù)則進行流控制，實現(xiàn)透明傳輸。

圖4 數(shù)據(jù)傳輸控制模塊示意圖

船岸數(shù)據(jù)傳輸控制以事件觸發(fā)和定時循環(huán)2種方式進行。前者是由岸基系統(tǒng)向船舶發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸指令，“數(shù)據(jù)傳輸控制模塊”接到岸基指令后傳輸指定數(shù)據(jù)。后者是“數(shù)據(jù)傳輸控制模塊”設定數(shù)據(jù)發(fā)送周期，自動以一定時間間隔發(fā)送數(shù)據(jù)給岸基系統(tǒng)。通信終端主要利用INMARSAT衛(wèi)星和銥星系統(tǒng)，可提供傳真、電傳、話音、視頻、數(shù)據(jù)轉發(fā)、數(shù)據(jù)報告、電子郵件、遇險報警等等。從船岸一體化管理角度來看，將主要采用INMARSAT-C站、-F站的通信業(yè)務。

3 岸基應用系統(tǒng)

3.1 船舶安全管理系統(tǒng)

船舶安全監(jiān)督綜合管理系統(tǒng)的功能如圖5所示。集團（總公司）的安全管理系統(tǒng)建立在各分公司安全管理系統(tǒng)的基礎上，實現(xiàn)的是宏觀管理與監(jiān)督，因此分公司系統(tǒng)與總公司系統(tǒng)之間是一個交集。總公司與各分公司的關系是一對多的關系，但并不參與對分公司所轄船舶的直接數(shù)據(jù)交換。

圖5 船舶安全監(jiān)督綜合管理系統(tǒng)功能圖

集團（總公司）的安全管理系統(tǒng)在功能需求上主要實現(xiàn)企業(yè)規(guī)章管理、集團安全檢查（督導檢查）管理、船旗國檢查管理（FSC）、港口國檢查管理（PSC）、公司安全檢查管理、船舶安全管理體系（SMS）管理、船舶保安管理等。這些管理功能涵蓋了總公司安全管理的各個方面。

集團安檢包括安檢計劃、安檢通知、安檢信息、缺陷分類統(tǒng)計和糾正預防措施管理等5大主要功能模塊，這5大功能模塊包括了15個功能子模塊。集團檢查提供用戶查詢、編輯、打印、統(tǒng)計等有關集團（總公司）安全檢查信息的各種功能，讓集團（總公司）用戶能夠及時、準確掌控分公司及管轄船舶的所有安全檢查信息，發(fā)揮總公司安全監(jiān)督職能。

船舶FSC檢查包括FSC的檢查上報、處理、信息、統(tǒng)計和維護等5個子功能模塊。集團層面上的FSC檢查提供用戶查詢、編輯、打印、統(tǒng)計COSCO系統(tǒng)內船舶FSC檢查的各種功能，讓集團（總公司）用戶能夠及時、準確掌控分公司及管轄船舶的所有FSC檢查信息，為總公司制定、修訂有關船舶安全管理規(guī)章制度提供依據(jù)，進而為分公司提供船舶營運的安全做法。

船舶PSC檢查包括PSC檢查上報、缺陷分類統(tǒng)計和糾正預防措施、滯留船舶處理3大模塊，涉及11個子功能模塊。PSC檢查提供用戶查詢、編輯、打印、統(tǒng)計COSCO系統(tǒng)內船舶PSC檢查信息的各種功能，讓集團（總公司）用戶能夠及時、準確掌控分公司及管轄船舶的所有PSC檢查信息，為總公司制定、修訂有關船舶安全管理規(guī)章提供依據(jù)進而為分公司提供船舶營運的安全做法。

應用系統(tǒng)的操作界面精致簡潔，操作容易方便。可以通過按鈕或頁面鏈接實現(xiàn)并轉入其它操作。圖6為操作界面示例。

圖6 操作界面示例

3.2 船舶安全監(jiān)控系統(tǒng)

船舶安全監(jiān)控系統(tǒng)的功能如圖6所示。集團（總公司）的船舶安全監(jiān)控建立在各分公司船舶安全監(jiān)控的基礎上，由各分公司上傳所屬船舶的多態(tài)數(shù)據(jù)到總公司岸基核心數(shù)據(jù)庫中。總公司與各分公司的船舶安全監(jiān)控系統(tǒng)均提供可視化界面，主要由3大功能模塊組成：船舶動態(tài)、安全監(jiān)控和遠程機艙，涉及的監(jiān)控數(shù)據(jù)包括歷史數(shù)據(jù)和當前數(shù)據(jù)，按業(yè)務類型提供比較分析。

船舶動態(tài)功能模塊，提供船舶狀態(tài)、航行狀態(tài)、設備狀態(tài)、貨物狀態(tài)、人員狀態(tài)等各類信息，提供查詢顯示界面，包括歷史數(shù)據(jù)和當前數(shù)據(jù)。

圖7 船舶安全監(jiān)控系統(tǒng)功能圖

安全監(jiān)控功能模塊，以“四大機制”管理原則為基本點，實施對船舶的安全風險動態(tài)監(jiān)控。包括安全職責、安全評估、風險控制和動態(tài)監(jiān)控。可以設定當前船舶的預警狀態(tài)，全程跟蹤、分級提醒業(yè)務主管關注預警船舶。

遠程機艙功能模塊，提供船舶機艙仿真圖形及操作功能，模擬船舶集控室的操作平臺，根據(jù)所獲得的和提供的當前和歷史機艙采集數(shù)據(jù)，提供圖形化的人機交互界面，對船舶設備工況數(shù)據(jù)實現(xiàn)察看及歷史數(shù)據(jù)回放，對同型號的不同船舶進行工況對比。同時可以通過系統(tǒng)維護，對機艙各類參數(shù)確定額定值、上下限等閾值，供系統(tǒng)預警使用。圖8為遠程機艙監(jiān)控窗口界面示例。

圖8 遠程機艙監(jiān)控窗口界面示例

4 結語

遠洋船舶在線監(jiān)控系統(tǒng)的研究成果的推廣應用將使航運界對船舶進行有效監(jiān)控的迫切需要變成了現(xiàn)實。系統(tǒng)的研制成功不僅實現(xiàn)了岸基對船舶的監(jiān)控，而且更重要的是系統(tǒng)建立了船—岸之間的一條可控的數(shù)據(jù)交換鏈，為船岸信息化建設奠定了基礎。系統(tǒng)的研究成果將有力地促進我國航運業(yè)的科學技術進步；系統(tǒng)的全天候監(jiān)控模式極大地提升了對遠洋船隊的安全監(jiān)控與搜救能力，有效降低了重大海難事故發(fā)生的幾率和損失；系統(tǒng)的研究成果可推廣應用至船舶節(jié)能減排、海洋環(huán)境保等方面，有利于我國航運業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1] 中華人民共和國交通部，2007年公路水路交通行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報[R]，2008.4．

[2] Mackeabach，P.C．Management systems in shipping．Quality or safety management[C] //Proceedings of 1st Joint Conference on Marine Safety and Environment Ship Production，Delft，Neth，Jun1992：305．

[3] 沈忠，鄭士君，韓成敏，等．船岸一體化管理平臺設計[J]．機電設備，2006，27（1）：70-72．

[4] 鄭士君，福建新，應力，等．船舶安全與技術管理系統(tǒng)設計與分析[J]．航海技術，2001：55-57．

[5] 鄭士君，黃愛平，沈忠，等．船舶管理信息系統(tǒng)研發(fā)[J]．機電設備，2005，26（6）：1-5．

[6] 鄭士君，褚建新，黃愛平，等．船舶管理信息化研究[J]．上海海運學院學報，2002，23（2）:14-17．

[7] 鄭士君，褚建新，黃愛平，等．船舶機務管理信息系統(tǒng)設計[J]．中國航海，2002，53（4）：64-68．

作者：鄭士君，褚建新，陳正杰，王增華，王新全  來源：中國航海