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结合视频影像的港口船舶追控系统VTS/AIS

来源：互联网 发布时间：2011/01/25
　　　港口安全一直是海洋国家的国土安全重要项目，更是一个以贸易为导向的经济大国所要做好的管理项目。我们可以看到世界各国都在其主要的经济通商港口投入大量的安全与管理软硬件设施，邻近如新加坡、马来西亚、香港、高雄、上海、连云港、丹东等主要亚洲对外商业港口都不断在更新及加强港务安全，就可以知道港口安全的重要性与发展性。本文要探讨的港口安全系统是一个较鲜为人知的部份，是将管理与安全结合的机制与系统。
　　港口安全问题不只存在陆地部份
　　我们都知道港口跟机场一样是对外埠口，连系着来自不同区域国家的人及事物，安全管理是必要的，尤其是恐怖攻击日益猖盛的时期，港口安全更显重要。港口有着特殊区域的安全诉求，除了来自陆地的人车货品之外，还有来自海上的船舶需要管理及掌控，我们就将此管理系统称为VTS(VesselTrafficSystem)又称为港埠船舶追踪管理系统。按中华人民共和国船舶交通管理系统安全监督管理规则，船舶在VTS区域内航行、停泊和作业时，必须按主管机关颁发的《VTS用户指南》所明确的报告程序和内容，通过高频无线电话或其它有效手段向VTS中心进行船舶动态回报。
　　在VTS港岸信号台中心的显示屏上可以看到透过岸基雷达接受到船舶的回波(目标)，从业人员还需要透过VHF直接询问、VHF通话加VHF测向、VHF短消息等手段来获得该船的船名，并对该目标进行标识。经标识过的目标，其标识会始终跟随船舶(目标)航行，直到船舶(目标)驶离VTS区域。透过VHF确认船名和位置的工作花费了VTS中心人员相当大的精力，这样对VTS的功能会是一个削弱。而雷达与VTS的情况相同，无法直接了解目标船舶讯息的问题非常突出，对避碰也相当不利，成了技术瓶颈。虽然当时VTS与雷达比以前同类产品在性能上升了一大步，但随着航海事业的发展和人们对航海通信导航仪器的要求提升，VTS和雷达无法直接标识目标，渐渐无法满足需求，长距离影像与船舶追踪系统的结合应用顺势而生。
　　为何系统要加上辨识追踪呢?其实是为了安全用意，系统内包含了一个叫AIS(AutomaticIdentificationSystem，自动识别系统)，是国际海事组织(IMO)、国际航标协会(IALA)、国际电信联盟(ITU)共同的研究选择的船舶必须安装的设备之一。AIS是一种船舶航行信息采集，透过无线电数据传输结合电子海图信息于一体，采用多址通信技术(SOTDMA)将时间分割成帧，每一帧分割成若干时间隙隔，每个站台自动选择空闲时隙，将本身有关信息经由VHF发射机播发送出去，装备AIS的船舶或岸港信号台自动接收后，在其显示器上显示，并能够按要求发送港务及船舶本身有关安全等信息，这是船与船、船与岸港信号台信息交换的桥梁，是港区船舶数字化交通管理的重要组成。其目的在于防止港内外船舶碰撞、及早掌握船舶信息及动向状态，提高港区水道交通及船舶卸载安全;同时也为水运管理提供船舶航行信息，便于港岸管理。通过这个设备与CCTV监控系统的PTZ摄像机进行联动控制，可以掌握船舶由进港前，VTS雷达侦测到自该船舶目标起一直到进港下锚为止的全过程及船舶信息。
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　　港口船舶管理与追踪系统运用及效能
　　由于船舶AIS自动识别系统发展越来越精密化及网络化，许多国家已将AIS全面应用在海岸防卫上，其被重视性也越来越高，相信不久后AIS将全面成为港口安全管理网络及海岸安全防卫的重要设施。AIS在传输应用上主要在于传送与侦测距离，关键在于广播发射功率及距离，还有SOTDMA及CSTDMA二种广播方式。AIS基站的建设由两部分组成：一个在港口区域选择一到两个制高点安装AIS港岸基设备，需要无线网络环境，可供信号台雷达管控人员在港区内网实时查看船舶动态;另一个则是使用便携式AIS信号接收器及NB终端，供船舶下锚地海关及检疫人员在港巡船上查看船舶动态。通过这种机制港务海关人员及船舶检疫、海港旅检的工作人员就可通过多样化的使用终端对船舶动态实施全程监控。
　　进一步AIS系统还可以结合电子海图监控功能与现有船舶检验检疫业务系统进行港区特定操作界面操作。这种功能可以在工作站电子海图监控平台上轻轻移动鼠标，工作人员不仅能查看船舶名称、代号、位置等AIS信息，还能轻松地对船舶海关申报货品及检验检疫申报信息进行掌控及核对。同时如装载有危险物品如化学品、瓦斯油料及来自公告管制疫区来船，将自动地以警示颜色显示在海图上，进入警戒区域后即以讯息方式或手机短信方式告知港务管理人员，进行全程监控。
　　另外，ISPS要求港口需监控及控制处理港口，包含货物、人及船进入港口，因此，很重要的是，安全操控系统需要知道哪一艘船进入港口、来自哪里、是否危险以及他们计划停靠日期。一旦进入港口,它就会监控船只的移动以防它们进入限制区域.同时它也会监控其它船只离开及哪些船只将停靠以防不法的行为，同时还会自动警示哪些船只进入限制区或哪些在安全区域。
　　·船只身份及追踪;
　　·船旗及拥有者;
　　·起点/终点;
　　·货物/HAZMAT;
　　·在港内的移动纪录;
　　·警卫区:当其它船只靠近船将发出警讯;
　　·警报区:当船只靠近限制区域将发出警报;
　　·AIS自动身分显示;
　　·ETA计算;
　　·历史记录及报告。
　　港口船舶追踪VTS与CCTV监控运用
　　VTS提供自动化雷达追踪功能，根据AIS船只身分自动追踪获得事件数据、记录及警戒，以配合环境状况及其它情况，为了达成将VTS与CCTVPTZ摄影机结合，我们采用了如图3的流程控制，透过这个流程控制我们可以在船舶进港前20海里掌握船箔信息及在4公里(相当于3海里处)就掌握包含船名、载物及船速、航向实时影像动态进行视频监控及录像，除了可以维持港内外水道安全外，更可以对海事纠纷提供完整的录像信息作为判定依据。
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　　VTS港口船舶追踪管理系统整体效益
　　本文以笔者在港口所做实例，对其效益做分析。该港务单位有效掌控港口外海20里范围内之船舶动态、航行安全及船舶进出港交通秩序，遇有急难事件发生能够快速通报、争取救援时效，提高港埠作业效率，降低船舶滞港之待泊成本，主动提供船舶进、出港信息服务增强营运竞争力。
　　系统在港区安全上的效益有以下几点。
　　·航行安全方面：对到离港船舶航行动态能充分有效掌握，提供完善信息预警服务，避免海事发生;
　　·港埠作业信息化方面：设置VTS后，其工作站计算机与本局港栈操作系统连线，VTS船舶动态信息可与港湾、栈端口信息相结合，相辅相承，达成航政、港湾业务与栈端口作业一元化之目标，AIS航迹记录可透过远程控制，与航政、港湾等业管单位，同步显示临场情况，掌握最新船位;
　　·营运时效方面：当海象恶劣、视界不良或雾季时，可快速正确辅助引导船舶安全航行，增加进、出港效率;可由管制塔台雷达设备准确计算出各船与港口距离及航向、航速，律定通行秩序，减少滞港等候船席时间;并采取预警措施避免海事发生;
　　·环境效益方面：对海洋环境污染方面，可由VTS及AIS整合系统依船舶行经时间及所经航路，藉以查证外海船只排放废油行为，以发挥阻遏效能;
　　·海难救护方面：VTS及AIS整合系统与可在有效范围20里内，确实掌握船舶动态、船位，现场迅速双向传送遇难船舶之求救与前往援助信息;
　　·违规搜证方面：对违规航驶(两岸或分道、进出港秩序)，及海外发生碰撞船舶，AIS可提送船位航迹记录，供航政、港务业管单位办理纠正、稽查处罚之佐证。
　　结语
　　VTS与AIS在黑夜、恶劣天候、能见度不佳的海象中，可以辅助大型船只雷达对小型游艇、渔船、工作船的侦测盲点，提供主动式预警给大型船只，避免接近与碰撞。世界沿海及港口船舶动态监控系统，可以查询30个国家和地区的大部分港口的船舶AIS发送的数据，覆盖范围还在不断增加中。这是港区除了监控与门禁消防之外的另一层港口安全系统，也是一个现代化国际港口应有的系统。
　　(作者：张淂福现为A&S资深技术顾问)
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