e-Navigation技术发展及在海事管理中运用分析

张弦 九江市港口航运管理局

党的“十八大”明确提出“提高海洋资源开发能力”，旨在坚决维护我国的海洋权益，将我国建设成现代化的海洋强国。在发展海洋事业的过程中，随着港口及航道范围不断扩大，如何确保深层次的航海保障成为重要事项。考虑到各种类型的船舶在操作和结构方面均有一定的特殊性，为了保障这些船舶航行过程的安全性，e-Navigation技术应运而生，这对做好海事管理工作，发展海洋事业具有重要意义。

1.e-Navigation技术内涵简析

1.1 e-Navigation技术简介

e-Navigation中文译名e-航海，是指以电子信息化作为主要控制方式，在原有海运导航设备的基础上，不断整合并加入新的设备，以帮助船舶与海岸对海事信息进行高效率地收集、交换[1]。除此之外，还应实时显示相关信息并开展自主分析，最终为保护海洋环境、提高海上服务水平以及保障船舶航行安全等工作开展提供强有力技术支撑。e-Navigation技术的总体架构如下：①双端分别为船舶及海岸，整体基于全球无线电导航系统（IMO）进行连接；②船舶自带基站收发台，内设船上传感器和船基应用系统；③靠近岸上环境的一端设置B-NAV应用系统，与船上环境端基于物理通信链路完成链接。现阶段，基于e-Navigation技术构成的船基航海系统深度融合了多种船上传感器、电子海图系统、自动雷达标绘系统、船舶交通管理系统，能够对多种船舶实时航行信息进行即时接收。

1.2 e-Navigation技术的发展历程

e-Navigation改变最早由英国交通部在2005年提出，到了2005年11月，国际航标协会提出“应当在全球范围内建立e-Navigation框架”的设想。这一提案在2005年底由美国、英国、日本等国家联名，在第IMO MSC第81次会议中被正式提交[2]。到了2007年，e-Navigation概念在MIO NAV第53次会议中被采纳。但在这一时刻到来之前，欧美等国家已经开始研发e-Navigation技术并相继取得了进展。我国在“十八大”之后开始重视e-Navigation技术，在渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲等处的重要港口均建立了e-Navigation海洋管理项目工程，效果良好。

1.3 e-Navigation技术的应用目标

e-Navigation是一种具有广义性的“大技术”，即本身并不是具体的技术，属于概念或顶层设计方面的内容。一种笼统的理解是：基于e-Navigation构建框架，用以将现阶段已经得到运用以及未来即将得到运用的航海设备、航运系统等全部集中到同一个智能化管理平台中，从而使航运过程中存在的导航图通信以及助航技术缺乏关联性的问题得到解决。因此，e-Navigation技术的广义应用目标是，使船舶驾驶员在航行过程中，无需实时监测多种航运系统，而是只通过单一系统便可以较为全面地了解与航运有关的信息。受此影响，航运过程中的监测工作量、配置各类设备所需的时间均会大幅度降低。而在船岸通导设备标准得到统一之后，船舶航行过程中与海事管理机构（包括岸端）交换信息的效率会显著提升，有助于促进海上导航设备更加协调。

2.e-Navigation技术在海事管理中的运用分析

2.1 e-Navigation技术支持下的船舶防搁浅海事管理服务

在海事管理工作中，为各类型船舶提供即时、准确的信息，使船舶顺利完成航行，尽量降低搁浅事件发生率至关重要。基于e-Navigation技术的船舶防搁浅海事管理服务的运用研究如下。

2.1.1 e-Navigation框架形成前的船舶搁浅原因分析

据我国浦东海事局朱憨等研究人员的考证，我国九段沙警戒区以及附近很多水域均存在数量不一的“浅点”，在e-Navigation框架未形成之前，约有40%的船舶在航行过程中所接收的AIS吃水信息在不同程度上存在与真实情况不符的现象。由此造成的后果是，这些未能及时收到准确信息的船舶很难根据吃水数据评估船舶搁浅风险，同时令海事服务管理难度也大幅度增加。主要原因是：在e-Navigation智能海事服务系统尚未构建之前，包括吃水在内的很多数据均由人工录入。这种方式极其容易导致数据失真，进而无法及时为航行船舶提供海事服务。此外，在传统海事管理机制下，当管理中心发现为船舶提供的吃水信息并不准确这一问题时，采用的核实方法为电话询问或经由VHF系统与有关船舶进行沟通。受VHF系统覆盖范围有限、船舶在海上航行期间通信信号十分容易受到天气状况干扰的影响，沟通不及时情况发生频率较高。

2.1.2 研究理论依据

在e-Navigation框架下，若要提高对航行船舶的海事服务管理质量，降低船舶搁浅发生比率，可以将船舶吃水比设定为与船舶系数有关的一个重要指标。这一指标在很大程度上受到船舶自身回转性的影响，两者之间的关系呈“反相关”——如果船舶吃水比具体值较低，意味着船型系数越小，船舶在海上航行期间的回转难度便越低、回转灵活性越高。由于具有这一特性，在深入考虑船舶操纵性之后得出的结论为：必须将船舶的吃水比控制在一定区间之内，这便为船舶与吃水比之间构成一种“拟合”的关系提供了前置性基础。

2.1.3 研究模型的建立

在e-Navigation框架下，针对船舶与吃水比的拟合关系设置的模型如下：

在公式（1）中，D表示船舶的吃水具体值；α0是一个常数项，一般由船舶所航行的水域的自然条件决定；α1是一个回归系数，主要用于对船舶航行过程中所收集到的原始吃水相关数据进行修正处理，尽量排除干扰项；L代表船舶自身对吃水深度造成的影响，一般是一个完成大量数据收集后，经过平均处理而最终确定的固定值。

基于公式（1）所示的船舶与吃水比拟合关系的模型，选取我国上海浦东地区某海港水域进行分析，得到的各变量的初始描述数据如表1所示。经过深度拟合处理后，得到的变量常数项为1.37（±0.22）、回归系数为0.05、obs.值达到80.13，R2值为0.85。对上述结果进行分析后得出的结论如下：①船舶的回归系数与常数项均符合显著性检验的相关标准，这一结果表明船舶自身与吃水深度在统计学层面具有一定的相互作用关系。套用公式（1）以及深度处理结果后总结出的关系为：

表1 基于船舶与吃水比拟合关系模型的各变量初始数据描述表

简单转换公式如下：

公式（3）中，UKC表示船舶当前航行水域的富裕水深；CD表示海图水深；T表示水域涨潮时的平均高度；D依然代表船舶的吃水深度。

海事管理中心的工作人员基于公式（3）对公式（1）进行转换处理后，得出的船舶吃水系数与其他变量之间的关系如下：

至此阶段，海事管理中心可以通过e-Navigation智能管理系统，实现对船舶航行期间有关数据的收集。如海图水深、水域涨潮时的最大高度等，之后便可以对水域富裕水深的临界值进行设定，以达到确定船舶吃水深度危险临界值的目的。

2.1.4 相关规则的设定

基于2.1.3章节所述的四个公式，完成对船舶航行期间危险吃水深度临界值的确定工作之后，海事管理中心便可以基于e-Navigation智能管理系统，完成船舶危险吃水深度报警规则的设定。一般规则标准为：当船舶在某水域内航行时，如果吃水深度接近危险临界值甚至有超过的趋势时，e-Navigation智能管理系统会自动向船舶及管理中心发出预警信息。一方面，能够及时告知船舶工作人员，在短时间内迅速启动风险规避机制，尽量降低船舶搁浅以及遭遇其他危机的概率；另一方面，海事管理中心也可以迅速关注对应船舶，尽量保持通讯畅通，在必要情况下为船舶提供一切力所能及的帮助。

2.1.5 e-Navigation技术应用时开展的具体服务

基于e-Navigation框架构建的船舶防搁浅海事服务管理机制能够为船舶提供的具体服务包括但不限于：①具体的服务类型为“点对点”模式，除了能够使用VHF系统或者卫星通信电话与船舶端进行沟通之外，服务范围覆盖面较为广泛，且能够实时联通电子巡航系统数据库以及船舶管理系统数据库，能够第一时间收集到相关信息。②在船舶可能遭遇搁浅风险时，海事服务管理中心能够在短时间内便收集到船舶的种类、船舶当前所在位置、船舶的营运信息（比如船舶属于商用船只还是其他类型船只，其上所装载的货物以及人员数量等）。对这些信息进行综合分析后，经由e-Navigation海事服务智能管理平台，向船舶发送一手信息。

2.1.6 应用效果

基于e-Navigation框架构建的船舶防搁浅海事服务机制投入使用后的效果为：据上海浦东海事局在2020年发布的信息：在2018年全年内，上海浦东地区海域共发生各类型船舶搁浅事件8起；2019年全年仅发生2起，同比下降幅度达到300%。由此可见，e-Navigation技术应用后，可大幅度提高海事服务管理水平，有效保障船舶的航行安全。

2.2 e-Navigation技术框架下航标资源唯一识别符命名空间相关问题分析

在e-Navigation技术框架下，国际海道测量组织认为，原有的水域灯光编码模式容易受到海道测量局以及英国海道测量局推出的国际灯号新变化的影响，进而造成海事服务质量下降。为解决该问题，亟需在e-Navigation技术框架下，对海域航行灯光信号细节、编码方式等进行全面梳理。现阶段已经得到广泛认可的一个共识为：航标资源的识别符命名空间应具有唯一性。相关设想为：①海上资源命名的语法基于NRN展开，均应采用如下模式：

在语句公式（5）中，＜NID＞作为海上资源命名空间的识别符；＜NSS＞代表所有海上资源命名空间的特定字符串。在e-Navigation框架下，＜URN＞语句无需区分大小写，但普遍采用小写模式。与海上域名有关的NID命名空间以MRN模式呈现。因此，语句公式（5）按照上述标准进行调整后的表述为：

需要注意，在e-Navigation技术框架下，urn:mrn的命名空间适用LALA分配及管理机制，相应的识别符应当符合树形语法识别机制。上文提到MRN无需区分大小写，由此可能会导致一个问题，即urn:mrn:iala:aton:ca:001.3表述语句很有可能被判定为与大写形式的URN:NRN:IALA:ATON:CA:001.3之间存在差异。但实际上，这两种字符表示方式并无任何区别，相对应的变量可基于%编码完成表述。

在e-Navigation技术框架完成航标资源唯一识别符命名空间相关准则的设定后，若要在相关领域真正提高海事管理服务水平，有关单位还应不断明确我国水域的区域代码，进一步细化基于MRN的航标类型，尽可能减少统一资源被分配到的识别符的数量，从而助力海上资源唯一标识符相关机制的设立。

3.结语

综上所述，在e-Navigation技术框架下实施全新的海事管理机制，有利于更好地迎合新时期背景下国际海事组织所提出的新要求，发挥e-Navigation技术优势，不断提高海事管理水平，真正做到“航行更安全、海洋更清洁、航运更高效”，同时也能有效打破各国、各港口存在的信息沟通屏障，解决信息孤岛问题，实现协同共促航海航运全球化融合大发展，进一步深化航海航运智慧化建设。