ais在西江干線內(nèi)河水域應(yīng)用的探討

ais在西江干線內(nèi)河水域應(yīng)用的探討

ais最初在中國(guó)沿海地區(qū)應(yīng)用，并在許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，如船舶導(dǎo)航、航行回避、船舶信息交互、海事監(jiān)控、應(yīng)急指揮和救援、海事事故調(diào)查和證據(jù)收集、航行規(guī)則分析、信號(hào)收集和分析等。ais在沿海地區(qū)取得了巨大成功。目前,我國(guó)沿海地區(qū)的水上交通管理中心、各級(jí)的海事管理機(jī)構(gòu)、以及某些國(guó)家機(jī)構(gòu)和大型運(yùn)輸企業(yè)均接入海事AIS數(shù)據(jù)。AIS在沿海取得了成功,被期待在內(nèi)河水域進(jìn)一步發(fā)揮其作用,實(shí)現(xiàn)保障內(nèi)河航運(yùn)安全暢順,從而推進(jìn)內(nèi)河航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展。根據(jù)中華人民共和國(guó)海事局在2010年4月出臺(tái)的《關(guān)于印發(fā)《國(guó)內(nèi)航行船舶船載電子海圖系統(tǒng)和自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)備管理規(guī)定》的通知》(海船舶156號(hào))中規(guī)定:長(zhǎng)江干線、珠江干線、京杭運(yùn)河及黃浦江的100總噸至1000總噸所有船舶不遲于2011年7月1日之后的第一次年度檢驗(yàn)前安裝AIS船臺(tái)設(shè)備。根據(jù)中華人民共和國(guó)海事局的統(tǒng)籌部署,為了保障內(nèi)河的航運(yùn)安全,促進(jìn)AIS在內(nèi)河水域應(yīng)用發(fā)展,廣東海事局2008年實(shí)施了“廣東西江、北江內(nèi)河干線海事船舶監(jiān)控系統(tǒng)”,2011年又實(shí)施了完成了“華南內(nèi)河AIS岸臺(tái)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工程”和“華南內(nèi)河AIS岸臺(tái)網(wǎng)絡(luò)完善工程”,三次華南內(nèi)河AIS岸基系統(tǒng)建設(shè)工程共建設(shè)內(nèi)河AIS基站65座,覆蓋水域包括珠江水系西江、東江、北江,榕江、韓江等內(nèi)河、廣東萬(wàn)綠湖、高州水庫(kù),云南滇池、洱海、瀾滄江等高等級(jí)航道。經(jīng)確切的AIS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析顯示,海事AIS內(nèi)河岸基系統(tǒng)對(duì)上述航道的信號(hào)覆蓋率基本超過(guò)90%。海事AIS岸基系統(tǒng)的建設(shè)和完善為華南內(nèi)河AIS應(yīng)用推廣奠定了基礎(chǔ)。近年來(lái),在AIS技術(shù)應(yīng)用推廣和價(jià)格成本下降的情況,在有關(guān)管理規(guī)章和海事部門(mén)的大力推動(dòng)下,內(nèi)河船舶裝配AIS設(shè)備的數(shù)量大量增長(zhǎng),尤其是B類AIS船臺(tái)安裝數(shù)量迅速增長(zhǎng)。由于內(nèi)河水域自然環(huán)境、航道環(huán)境、船舶裝備條件、駕駛習(xí)慣、船員配員與文化水平等情況以及內(nèi)河海事管理與船舶管理的配套法規(guī)與沿海地區(qū)存在差異,AIS要在內(nèi)河發(fā)揮其作用,除了參考沿海地區(qū)的成功經(jīng)驗(yàn)外,還需結(jié)合內(nèi)河水域特點(diǎn),為內(nèi)河船舶提供導(dǎo)航助航,為AIS船舶的海事管理提供更為貼合實(shí)際需要的服務(wù)。下面以西江通航特點(diǎn)為背景,并結(jié)合B類AIS船臺(tái)的特點(diǎn),提出內(nèi)河水域AIS應(yīng)用服務(wù)的建議和意見(jiàn)。1.西江自然地理環(huán)境的總結(jié)和航行特征1.1江口—西江自然地理環(huán)境概述西江是珠江主干流,從云南省曲靖市烏蒙山脈的馬雄山,到廣東省三水思賢滘,河長(zhǎng)2074.8千米。從西江源頭到三江口為上游,包括南盤(pán)江和紅水河兩段,長(zhǎng)1573千米,河流穿行在高原盆地與峽谷相間的地形中,河道深切,平均比降0.85‰;從三江口到梧州市為中游,包括黔江段和潯江段,長(zhǎng)294千米。黔江段中有著名的黃茅峽和大藤峽,其中大藤峽長(zhǎng)44千米,河中水急,枯水時(shí)最深處亦達(dá)85米,是西江干流最深處;在潯江段,兩岸有低山、丘陵和平地。梧州至思賢滘?yàn)橄掠?長(zhǎng)208千米,河寬水深,河道平均比降0.09‰,寬700～2000米,最后由廣東省三水思賢滘進(jìn)入珠江三角洲河網(wǎng)區(qū)。1.2江、江干流航道組織(1)航道彎曲,時(shí)寬時(shí)窄,可視距離有限。例如,從封開(kāi)至三水直線距離136千米,但航線長(zhǎng)度卻是208千米,原因就是西江干線航道存在一定程度的彎曲,這也是眾多內(nèi)河自然航道的實(shí)際情況。航道的彎曲不利于船舶航行安全,一方面,可能由于船舶轉(zhuǎn)彎操作不慎,造成船倉(cāng)進(jìn)水而造成船舶傾覆;另一方面,由于航道彎曲,可視距離受限,容易出現(xiàn)由于對(duì)遇船舶發(fā)現(xiàn)過(guò)晚,避讓不及時(shí)造成船舶碰撞事故。(2)由于水流受到岸線和岸灘的摩擦,近岸河水流速較慢,而河道中心由于受到摩擦較少,河水流速相對(duì)較快。船舶為了節(jié)約燃油成本,逆流以上航行的船舶,往往自覺(jué)靠岸航行,以減少水流阻力;另外,由于西江航道在丘陵地帶中左右擺動(dòng)穿流,形成航道左右彎道依次相連,在水流自然作用的情況下,在航道彎道內(nèi)側(cè)堆積淺灘,而在彎道外側(cè)河水沖刷,河岸逐漸后退,水深逐漸加深。船舶為了避開(kāi)淺灘,一般選擇靠近彎道的外側(cè)航行,由于河岸上一彎道外側(cè),在下一相連彎道中成為內(nèi)側(cè),于是逆流而上的船舶需要不斷穿越河道中心;而順流而下航行的船舶,借助水流的推力,節(jié)約燃油消耗,一般選擇在河道中心航行,于是逆流而上船舶和順流而下的船舶就會(huì)在彎道中形成互相穿越航線的對(duì)遇,由于河道彎道視距受限,容易出現(xiàn)避讓緊迫狀態(tài)。(3)西江干流主要處于丘陵地帶,穿過(guò)山地下切形成眾多丘陵峽谷,形成如大藤峽、黃茅峽、羚羊峽等知名峽谷;內(nèi)河河流降比較大,水流流速較快;另外,西江干流在雨季容易形成洪水,造成更快的流速,使得通航形勢(shì)更加嚴(yán)峻,使得上溯航行的船舶燃油成本更大,船舶之間緊迫局面更易形成。(4)西江干流沿線城市眾多,沿岸工程施工頻繁,河岸變化頻繁,江圖制圖發(fā)行存在滯后性。一般而言,內(nèi)河航行依靠河岸的參照物進(jìn)行航行,頻繁變化的河岸變化影響航行駕駛判斷,對(duì)船舶駕駛技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)有著更高要求;(5)內(nèi)河船舶噸位相對(duì)較小,航次利潤(rùn)較薄,一般滿載航行,富余吃水較少,在避讓轉(zhuǎn)向操作不當(dāng)時(shí)容易出現(xiàn)傾覆險(xiǎn)情。2.b型ais船臺(tái)在內(nèi)河水域廣泛使用內(nèi)河水域中符合配備AIS船臺(tái)要求的船舶一般采用B類AIS船臺(tái),與A類船臺(tái)對(duì)比,B類船臺(tái)存在以下特點(diǎn):2.1a.非定常量船臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的B類AIS船臺(tái)須符合IEC-62287或國(guó)內(nèi)出臺(tái)的《船載B級(jí)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)設(shè)備技術(shù)要求(SOTDMA)(暫行)》規(guī)范,使用CSTDMA(載波偵聽(tīng))或SOTDMA(自組織模式)接入VDL(VHF數(shù)據(jù)鏈路)。但是,某些B類船臺(tái)生產(chǎn)廠家,為了節(jié)約成本,并且取消了B類AIS船臺(tái)中“最低的鍵盤(pán)與顯示器MKD”的配置,甚至取消了AIS接收機(jī),從而采用隨機(jī)方式發(fā)射AIS報(bào)文。由于取消了接收機(jī)和解碼機(jī)構(gòu),大大節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本,最低價(jià)格只需數(shù)百元,而正規(guī)B類船臺(tái)則需要數(shù)千元。一方面,這樣的B類船臺(tái)淪為了滿足海事監(jiān)管船舶AIS開(kāi)機(jī)需要和船檢通關(guān)的設(shè)備而已,在船舶之間的自動(dòng)識(shí)別和導(dǎo)航避碰起不到作用;另一方面,也存在AIS信號(hào)沖突的可能,影響到附近區(qū)域AIS的正常通信。2.2a類船臺(tái)抗壓強(qiáng)度的對(duì)比B類船臺(tái)加電后需要30分鐘才能進(jìn)入穩(wěn)定正常工作;如果之前關(guān)電時(shí)間沒(méi)有超過(guò)1個(gè)小時(shí),需要5分鐘才能進(jìn)入穩(wěn)定正常工作。與A類船臺(tái)進(jìn)行對(duì)比,A類船臺(tái)只需要1分鐘后就可以進(jìn)入穩(wěn)定的正常運(yùn)行。B類船臺(tái)的啟動(dòng)慢的情況可能在內(nèi)河應(yīng)用中存在嚴(yán)重問(wèn)題,例如,某些船的AIS船臺(tái)不使用備用電池供電,一旦船舶主機(jī)關(guān)閉供電后,AIS船臺(tái)也隨之關(guān)閉,待到開(kāi)航時(shí)再上電,往往需要較長(zhǎng)時(shí)間才可以進(jìn)入正常狀態(tài)。特別是某些渡船,停航關(guān)機(jī)再到開(kāi)船時(shí)開(kāi)啟,可能船已經(jīng)過(guò)渡到對(duì)岸了,AIS船臺(tái)還沒(méi)有進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。2.3內(nèi)河船舶民航速度分布B類船臺(tái)采用比A類船臺(tái)更低的AIS船位報(bào)告率,低報(bào)告率可能是B類AIS船臺(tái)在內(nèi)河水域應(yīng)用中存在的最嚴(yán)重問(wèn)題。由于內(nèi)河水域江河寬度小、船舶密度大、彎道多、水流流速快,相比沿海地區(qū)其實(shí)需要更高的船位報(bào)告率,然而內(nèi)河船舶廣泛采用的B類AIS船臺(tái)低報(bào)告率造成了船舶動(dòng)態(tài)信息更大的延時(shí)。經(jīng)對(duì)華南地區(qū)B類船舶航行速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,B類船舶航速主要集中在3～8節(jié)范圍內(nèi),該速度范圍涵蓋了B類船舶所有航行速度的70%。根據(jù)報(bào)告間隔和航速,可推算出在30秒內(nèi)3～8節(jié)船舶移動(dòng)距離為46.3m～123.47m,即如果一艘B類船舶以8節(jié)速度航行,我們?cè)谀炒未粓?bào)告的30秒后獲得下一次的船位信息,這時(shí)船位已經(jīng)距上一船位相距123.47m了,考慮到航道彎道的遮擋作用,這一間隔時(shí)間可能更長(zhǎng),船位的跳躍距離可能更加遠(yuǎn)。因此,B類船的長(zhǎng)時(shí)間報(bào)告間隔不能滿足船舶在內(nèi)河水域的導(dǎo)航避碰需要,特別是橫渡江河的渡船和在轉(zhuǎn)彎航道中航行的船舶需要更高的船位報(bào)告率。2.4內(nèi)河船舶較少,受到破裂限制定位精度AIS船臺(tái)一般使用內(nèi)置GPS定位,定位精度本就有限,而內(nèi)河船舶特別是逆流而上的船舶,在峽谷中靠岸航行,靠近山體一側(cè)GPS星空受到遮擋限制,造成定位精度的進(jìn)一步下降,使得定位精度的偏差更加嚴(yán)重。3.提高內(nèi)河ais船位報(bào)告率(1)盡量提高AIS船臺(tái)的船位報(bào)告率。由于B類船臺(tái)中SOTDMA制式AIS船臺(tái)比CSTDMA制式的AIS船臺(tái)使用更高的報(bào)告率,因此應(yīng)優(yōu)選使用SOTDMA制式的B類AIS船臺(tái),提高船位信息報(bào)告率,如果有條件的應(yīng)選擇裝配A類AIS船臺(tái)。在重點(diǎn)區(qū)域,例如小半徑航道彎道,通過(guò)控制鄰近重點(diǎn)區(qū)域AIS基站發(fā)送23號(hào)AIS消息,控制區(qū)域中AIS船舶按照“群組指配模式”運(yùn)行,提高船位信息報(bào)告率,報(bào)告間隔可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇,可設(shè)置為5秒、10秒、15秒等船位報(bào)告間隔,從而有效提高重點(diǎn)區(qū)域的AIS船位報(bào)告率。(2)在內(nèi)河AIS基站同址設(shè)立DGPS監(jiān)測(cè)站,向AIS基站提供實(shí)時(shí)定位差分?jǐn)?shù)據(jù),AIS基站通過(guò)廣播“GNSS廣播二進(jìn)制消息”,修正AIS船臺(tái)的定位,從而提高AIS船舶的定位精度。(3)由于船舶在內(nèi)河航行中受到的空間限制較大,船舶密度也較大,船舶駕駛一般使用目視航行駕駛,在駕駛船舶時(shí)往往無(wú)暇參看AIS設(shè)備信息。為了充分利用AIS船臺(tái),在內(nèi)河水域發(fā)揮其自動(dòng)識(shí)別和導(dǎo)航避碰的作用,建議研制“AIS語(yǔ)音助航儀”?！癆IS語(yǔ)音助航儀”作為AIS船臺(tái)的附屬設(shè)備,從AIS船臺(tái)引入AIS數(shù)據(jù)和GPS參數(shù),可以設(shè)置對(duì)以本船為中心一定半徑范圍內(nèi)的AIS船位報(bào)告進(jìn)行自動(dòng)解釋處理,自動(dòng)計(jì)算并語(yǔ)音播報(bào)相向船舶、追越船舶、停航船舶相對(duì)本船的方位、速率、航向、船名、呼號(hào)等信息,使航海者在專心駕駛船舶的同時(shí),不用轉(zhuǎn)移注意力也可以獲得AIS助航信息,從而充分發(fā)揮AIS助航避碰的作用。(4)海事管理部門(mén)需加強(qiáng)規(guī)范船舶AIS船臺(tái)的安裝,落實(shí)船舶MMSI號(hào)的合法性和唯一性,主要包括AIS船臺(tái)的船名、MMSI、呼號(hào)、船舶類型、天線位置、船舶長(zhǎng)度寬度、吃水信息的規(guī)范正確錄入。4.規(guī)范內(nèi)河船舶的安裝和信息錄入目前,相對(duì)沿海地區(qū)而言,AIS在內(nèi)河水域的應(yīng)用還處于起步階段,內(nèi)河水域應(yīng)用AIS將大大提高船舶航行的安全性,實(shí)現(xiàn)內(nèi)河海事管理部門(mén)通航組織電子管理的可行性。因此,推進(jìn)內(nèi)河水域應(yīng)用AIS是十分有益和必要的。推動(dòng)AIS在內(nèi)河水域的應(yīng)用發(fā)展,提以下兩點(diǎn)建議:(1)結(jié)合內(nèi)河通航的實(shí)際情況,研究?jī)?nèi)河船舶利用AIS進(jìn)行導(dǎo)航避碰實(shí)際需求,以及海事管理部門(mén)利用AIS提供海事服務(wù)的實(shí)際需求,提供貼合內(nèi)河水域情況的船載設(shè)備產(chǎn)品和海事管理服務(wù)。船載設(shè)備產(chǎn)品例如有,“AIS語(yǔ)音助航儀”,“AIS中文信息轉(zhuǎn)譯器”等;海事管理服務(wù)例如有,“海事船舶AIS物聯(lián)網(wǎng)”、“AIS中文信息通信平臺(tái)”等。(2)要想能順利地推進(jìn)AIS應(yīng)用,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們,必須規(guī)范AIS船臺(tái)的安裝和信息錄入。錯(cuò)誤或者隨意的AIS船臺(tái)信息錄入,一方面造成船舶信息的不可識(shí)別,另一方面可能由于MMSI重號(hào)、船舶重名,影響到具有