摘要：由于船舶与公司岸基在地域上的分离，目前公司岸基尚不能对远洋船舶的安全营运进行实时、有效的监控。应用先进的计算机信息技术、通信技术和网络技术等，将船—岸安全监控管理有机地结合在一起，船—岸随时交互数据，协作管理业务，确保远洋船舶运输的安全高效。形成一个开放的集船舶监控、管理、决策于一体的远洋船舶在线监控系统，从而实现和提高远洋船舶的安全管理水平。以中远集团所辖船舶为实施对象开发成功了远洋船舶在线监控系统。

关键词：水路运输；远洋船舶；在线监控；信息系统；船岸通信

我国90%的进出口货物采用海上运输，中国远洋运输集团（COSCO）、中国海运集团（CS）等大型航运企业承担着大部分的进出口货物的运输任务。据权威部门统计[1]，2007年我国远洋运输货运量17173.89万t，远洋运输集装箱量1711.93万TEU，分别比上年度增长13.9%和12.2%；全国现有各类远洋运输船舶2280余艘，净载重量4164.64万t，集装箱箱位106.98万TEU。提高我国航运企业的船舶航行安全监控水平、保证远洋运输安全生产、提高其远洋运输管理效率，既可以为企业创造可观的经济效益，也可以为海上战略物资运输的安全提供可靠保证。

国际海事组织（IMO）于20世纪90年代出台了ISM规则（International Safety Management国际安全管理规则），要求全球航运企业建立船舶安全管理体系，保证航行船舶的安全，最大限度避免各类海上事故的发生[2]。2000年以来，IMO对船舶安全监控和管理的进一步强制性要求，以及航运管理信息化技术的发展，基于国际海事卫星（Inmarsat）的远洋船队监控与管理系统相继被开发。国外大型航运企业基于自身战略利益，着重进行了船舶安全、机务管理、航运管理，船舶监控等技术的研究，如瑞士MSC航运、丹麦MAERSK航运、美国APL航运等投入大量的资金引进开发系统。国外一些船务海事技术公司如英国Transas公司、挪威C-MAP公司、荷兰SpecTec公司、新加坡Danaos公司等公司也开发了船舶监控的相关技术和系统[3-4]。但是国外应用的系统也存在系统分散、实时性不强等缺点，现在仍然没有一个比较成熟和完善的船岸一体化的综合监控管理和服务平台。

尽管安全管理体系（SMS）强调公司应建立和保证岸基与船上之间的联系渠道，但是，目前我国航运企业对远洋船舶的安全监控仍受到时间和空间的限制。由于船—岸在地域上的分离，通常是将航运企业与航行船舶看作为两个无法相互直接联系的对象。航运企业对船舶的掌控，无论是航行安全还是机务、海务管理、船员管理等等，均是在企业端或船舶端的单独行为。船舶发生的紧急情况、事件、船岸之间的信息交流主要是通过海事卫星电话、电传、传真及电子邮件等手段实现。这使信息的滞后性、主观性、历史记录的不均匀性、以及历史记录的连续储存等问题较为突现，缺乏对船舶和运载货物状况进行实时有效的监控。船岸信息孤岛和监控脱节给航运企业的船舶安全管理带来诸多不便和不利影响。

本文以COSCO为实施对象，研究的远洋船舶在线监控系统是指COSCO及其二级分公司管理部门（岸基）与所属船舶（船端）为一体的远洋船舶在线监控平台，其核心是对船舶海上航行、进出港和靠离泊操纵，以及船舶机器工况和所承载货物实施全过程实时监控和安全管理，以便根据船舶情况及时提供必要的岸基支持。本质上是应用先进的计算机信息技术、通信技术和网络技术等，将船—岸安全监控管理有机地结合在一起，船—岸随时交互传送数据，协作管理业务，确保船舶运输的安全高效，形成一个开放的集船舶监控、管理、决策于一体的远洋船舶在线监控系统。在安全管理体系（SMS）功能要求上，除保证船—岸间的联系渠道，同时又实现了实时监控渠道，从而为提升航运企业的安全管理水平引入了新的科技手段。

1 远洋船舶在线监控系统总体方案架构

远洋船舶在线监控系统强调“船岸一体”的概念，系统的总体架构如图1所示，由3大部分组成：船端（船舶端）数据采集与处理系统、船—岸通信系统和岸基应用系统。

图1 远洋船舶在线监控系统总体架构

船端数据采集与处理系统主要由船舶端数据采集控制、数据分析处理、数据传输控制和船舶端的监控系统组成。船—岸通信系统主要包括船端的数据通信与岸端的数据通信系统组成。岸基系统分为集团总公司和各二级航运公司两级系统，包括船舶监控管理、安全管理、船舶调度、船舶动态监控与船舶遇险应急处置系统组成。

船端与岸基系统的双向数据交换，即船—岸通信，主要通过国际海事卫星（Inmarsat）。根据当前船舶的不同通信装备，以国际海事卫星的3种主流船载通信终端实现与岸基的通信联系，分别是Inmarsat-C、-F和-BGAN。Inmarsat-C是一个存储转发式的双向通信系统，目前大多数船舶都装备Inmarsat-C的船载通信终端。将文本文件加密或压缩后以Email方式发送到岸基，在岸基对收到的E-mail进行解压缩和解密后分发到相应的应用系统或储存到指定的数据库。Inmarsat-F是一个对用户透明的基于TCP/IP的通信传输系统，实现移动船舶对互联网的接入，支持船岸数据的透明传输。Inmarsat-BGAN是Inmarsat的一个低成本互联网接入简约版，具有全球无缝隙的宽带网络接入，它保证船舶用户在全球任何地点都可以得到高质量、高可靠的通信服务。

国际海事卫星数据通信传输由卫星地面站落地，岸基各分公司的安全管理系统通过地面因特网VPN接入到卫星地面站数据网关，从而建立起船岸数据通信链路。而总公司与所辖各分公司的数据交换通过专网建立数据通信链路。

2 船端数据采集与处理

船载数据采集与处理系统在功能结构上分为3个模块：数据采集模块、数据分析处理模块和数据传输控制模块。

2.1 数据采集

数据采集模块结构示意图如图2所示。船舶航行数据、机舱数据和货物数据将分别从分散在船舶各处的单元设备系统中获得。采集的当前数据在存储的同时，交由数据分析处理模块进行处理。

图2 数据采集模块示意图

船舶航行数据主要从船舶自动识别系统（AIS）和航行数据记录仪（VDR）中获取。从VDR中可以获取4类数据：

1）操舵信息：包括车钟指令和回令数据，主机油门/螺距操作、转舵操作和实际舵角、推进器、侧推器等数据。

2）船舶状态信息：包括主机转速、船艏向、航迹向、航速、船位、船体开口状况、水密门和防火门状况、船体应力、风向和风速、水深等数据。

3）图像信息：每15s一帧的雷达图像。

4）语音信息：驾驶室内的谈话，驾驶室内部通信、船舵令、广播系统和声响报警的声音，甚高频（VHF）无线电话通信的声音。从AIS中可以获取3类数据：

（1）静态信息：MMSI、IMO编号、呼号和船名、船长和船宽、船舶类型、船上使用的定位天线的位置。

（2）动态信息：带有精度指示和完整性状态的以WG84坐标系为参考的船位（经纬度）、UTC时间、航向、航速、船艏向、航行状态、回转速率。

（3）与航次有关的信息：船舶吃水、危险货物类型、目的港和预计到港时间以及与安全有关的短信息等。

机舱数据主要从机舱集中监视报警系统和一些主要的单元自动化系统（如主机遥控系统等）中获取。包括主机系统、燃油系统、滑油系统、冷却水系统、排气系统、空气系统、锅炉系统和电站辅机系统等8大类实时数据。

船舶货物数据根据大宗货物类型可以分为集装箱、散杂货和液气货。因此，货物数据采集根据这3种不同类型货物进行。

①集装箱货物数据：对集装箱船舶，集装箱货物的静态数据可由电子积载图来明确表示。而冷藏集装箱状态数据可以从船舶冷藏集装箱控制系统获取，主要有：各冷藏集装箱的设定冷藏温度与当前温度、压缩机启/停时间、压缩机电压/电流等。

②杂散货物数据。对大宗散货（粮食、化肥、工业原料等），在货舱安装温度和湿度传感器以监视散状货物状态。

③液化气和油品数据。专用液化气船和油船都有本船监控系统，包括油/气舱监控系统、油/气管网监控系统、油份浓度监控系统等。通过数据接口获取数据，主要有：各舱室的油/气温度、压力、液位、惰性气体浓度；油气管网的压力、流量、管系主要阀门开/闭状态；排放浓度、排放流量等。

2.2 数据分析处理

数据分析处理模块结构示意图如图3所示。所采集的数字数据并非都是有效数据，进行有效性检验实质是滤除非法数据和无效数据。有效性检验包括：数据时效的准确性检验、数据量值的范围检验、异常数据检验。数据格式转换是将不同量纲的数据一律转换成标准量纲数据，以及统一的数据类型。数字数据的分类与标识按照数据功能分为航行数据、机舱状态数据和货物状态数据。对这些带时标的当前数据按给定要求加以标识，以便岸基应用系统识别和数据重用。

图3 数据分析处理模块示意图

船载数据处理服务器对来自数据采集装置的当前数据以数据循环更新和数据循环添加二种方式储存在数据处理服务器。前者始终是当前数据，一旦岸基系统发出传输请求，数据分析处理模块就自动将当前数据发送给信息传输控制模块。后者是历史数据，保存长度可根据需要调节。可以对数据进行有目的的筛选，以便将最重要的数据传输给岸基系统。这种筛选可以根据需要进行人工或自动设定。

2.3 数据传输控制

数据传输控制模块结构示意图如图4所示。数据传输控制模块是将分类后需要上传到岸基系统的数据（文本文件）进行加密或压缩打包，通过船载卫星终端发送到岸基系统。而对音频或视频数据则进行流控制，实现透明传输。

图4 数据传输控制模块示意图

船岸数据传输控制以事件触发和定时循环2种方式进行。前者是由岸基系统向船舶发出数据传输指令，“数据传输控制模块”接到岸基指令后传输指定数据。后者是“数据传输控制模块”设定数据发送周期，自动以一定时间间隔发送数据给岸基系统。通信终端主要利用INMARSAT卫星和铱星系统，可提供传真、电传、话音、视频、数据转发、数据报告、电子邮件、遇险报警等等。从船岸一体化管理角度来看，将主要采用INMARSAT-C站、-F站的通信业务。

3 岸基应用系统

3.1 船舶安全管理系统

船舶安全监督综合管理系统的功能如图5所示。集团（总公司）的安全管理系统建立在各分公司安全管理系统的基础上，实现的是宏观管理与监督，因此分公司系统与总公司系统之间是一个交集。总公司与各分公司的关系是一对多的关系，但并不参与对分公司所辖船舶的直接数据交换。

图5 船舶安全监督综合管理系统功能图

集团（总公司）的安全管理系统在功能需求上主要实现企业规章管理、集团安全检查（督导检查）管理、船旗国检查管理（FSC）、港口国检查管理（PSC）、公司安全检查管理、船舶安全管理体系（SMS）管理、船舶保安管理等。这些管理功能涵盖了总公司安全管理的各个方面。

集团安检包括安检计划、安检通知、安检信息、缺陷分类统计和纠正预防措施管理等5大主要功能模块，这5大功能模块包括了15个功能子模块。集团检查提供用户查询、编辑、打印、统计等有关集团（总公司）安全检查信息的各种功能，让集团（总公司）用户能够及时、准确掌控分公司及管辖船舶的所有安全检查信息，发挥总公司安全监督职能。

船舶FSC检查包括FSC的检查上报、处理、信息、统计和维护等5个子功能模块。集团层面上的FSC检查提供用户查询、编辑、打印、统计COSCO系统内船舶FSC检查的各种功能，让集团（总公司）用户能够及时、准确掌控分公司及管辖船舶的所有FSC检查信息，为总公司制定、修订有关船舶安全管理规章制度提供依据，进而为分公司提供船舶营运的安全做法。

船舶PSC检查包括PSC检查上报、缺陷分类统计和纠正预防措施、滞留船舶处理3大模块，涉及11个子功能模块。PSC检查提供用户查询、编辑、打印、统计COSCO系统内船舶PSC检查信息的各种功能，让集团（总公司）用户能够及时、准确掌控分公司及管辖船舶的所有PSC检查信息，为总公司制定、修订有关船舶安全管理规章提供依据进而为分公司提供船舶营运的安全做法。

应用系统的操作界面精致简洁，操作容易方便。可以通过按钮或页面链接实现并转入其它操作。图6为操作界面示例。

图6 操作界面示例

3.2 船舶安全监控系统

船舶安全监控系统的功能如图6所示。集团（总公司）的船舶安全监控建立在各分公司船舶安全监控的基础上，由各分公司上传所属船舶的多态数据到总公司岸基核心数据库中。总公司与各分公司的船舶安全监控系统均提供可视化界面，主要由3大功能模块组成：船舶动态、安全监控和远程机舱，涉及的监控数据包括历史数据和当前数据，按业务类型提供比较分析。

船舶动态功能模块，提供船舶状态、航行状态、设备状态、货物状态、人员状态等各类信息，提供查询显示界面，包括历史数据和当前数据。

图7 船舶安全监控系统功能图

安全监控功能模块，以“四大机制”管理原则为基本点，实施对船舶的安全风险动态监控。包括安全职责、安全评估、风险控制和动态监控。可以设定当前船舶的预警状态，全程跟踪、分级提醒业务主管关注预警船舶。

远程机舱功能模块，提供船舶机舱仿真图形及操作功能，模拟船舶集控室的操作平台，根据所获得的和提供的当前和历史机舱采集数据，提供图形化的人机交互界面，对船舶设备工况数据实现察看及历史数据回放，对同型号的不同船舶进行工况对比。同时可以通过系统维护，对机舱各类参数确定额定值、上下限等阈值，供系统预警使用。图8为远程机舱监控窗口界面示例。

图8 远程机舱监控窗口界面示例

4 结语

远洋船舶在线监控系统的研究成果的推广应用将使航运界对船舶进行有效监控的迫切需要变成了现实。系统的研制成功不仅实现了岸基对船舶的监控，而且更重要的是系统建立了船—岸之间的一条可控的数据交换链，为船岸信息化建设奠定了基础。系统的研究成果将有力地促进我国航运业的科学技术进步；系统的全天候监控模式极大地提升了对远洋船队的安全监控与搜救能力，有效降低了重大海难事故发生的几率和损失；系统的研究成果可推广应用至船舶节能减排、海洋环境保等方面，有利于我国航运业的可持续发展。

参考文献

[1] 中华人民共和国交通部，2007年公路水路交通行业发展统计公报[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．

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[4] 郑士君，福建新，应力，等．船舶安全与技术管理系统设计与分析[J]．航海技术，2001：55-57．

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[6] 郑士君，褚建新，黄爱平，等．船舶管理信息化研究[J]．上海海运学院学报，2002，23（2）:14-17．

[7] 郑士君，褚建新，黄爱平，等．船舶机务管理信息系统设计[J]．中国航海，2002，53（4）：64-68．

作者：郑士君，褚建新，陈正杰，王增华，王新全  来源：中国航海