E航海及蒙娜丽萨工程 中国海事助航技术研究中心 集美大学 2012-09-18 深圳.

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1 e航海及蒙娜丽萨工程 中国海事助航技术研究中心 集美大学 深圳

2 汇报内容 一、e航海发展历程及各国有关进展 二、欧盟蒙娜丽萨工程 三、日本航海保障技术 四、建议开展研究的课题 五、中国海事助航技术研究中心

3 一、e航海发展历程及各国有关进展 一

4 e航海概念的确定 e航海出现 2005年英国交通部首次提出e航海概念； 同年11月，IALA在“全球船舶追踪”研讨会上再次提到e航海；
七国提案 2005年，12月19日，美、日等7国联名提交向IMO MSC 81次会议提案，要求制定e航海战略 概念初步形成 2006年5月，IALA 16届大会首次正式提出E航海的概念； 2007年IMO NAV 53次会议采用了IALA提出的e航海概念；

5 e航海的概念 e航海的概念： 通过电子的方式，在船上和岸上收集、综合和显示海事信息，以增强船舶泊位到泊位的全程航行能力，增强相应的海上服务、安全和保安能力，以及海洋环境保护能力。

6 e航海的概念 2006年5月，确定了e航海的有关基本概念，并获得国际上认可 2010年，完成了用户需求分析
2010年底，提交了差距分析报告给IMO 完成了e航海系统结构的相关文件和建议 对通用海上数据模型（UMDM）进行了初步研究 完成了世界无线电导航规划和海上无线电通讯方案 完成了IALA关于 AIS的综述 对AIS无线电频谱 进行研究

7 如何应对e航海 ？ （1）对e航海相关的技术进行研究，积极配合IALA 等国际相关组织的研究进度，对一些相关研究课题进行测试和试验，以支持相关研究结果，如日本、韩国等在内的对利用AIS 播发DGNSS 差分修正量信号的试验和应用，加拿大ComDev 公司一直从事空基AIS系统的建设等。 （2）从整体上构建e 航海系统架构平台，集成目前航海领域各种现有系统和服务，以e航海系统架构的方式提供统一的服务，以保障海上航行安全，安保，保护海上环境。如欧盟一直以来逐步发展的SeaSafeNet、MarNIS 和e-Maritime 等。

8 各国应对e航海的措施、策略 E航海 美国 日本 澳大利亚 加拿大 韩国 欧盟

9 欧盟 （1）欧盟在1998年立项研发欧洲的INDRIS项目，开发协调和标准化 水上交通链中不同机构及处理过程信息的交换系统。
（2）从2000年开始，欧盟各国在INDRIS系统基础上开始研究和开发 COMPRIS 项目和多瑙河高级物流管理系统。 （3）从2004年开始，欧洲各国又共同开发IRIS系统。 （4）自2006年开始，欧洲55个成员参与研发泛欧洲的MarNIS(海上航 行信息服务)系统，并分别于2008年9月和10月在意大利和葡萄牙建设 了两个示范中心。 （5）从2009年1月开始欧盟多个国家成员共同参与研究e-Maritime 系统。

10 美国 美国没有进行专门e航海系统开发，但是在各个应用服务领域稳步推 进其关于e航海的计划。
（1）积极改造AIS系统，和沿海的相关的RBN/DGPS台站，以此为基础，建 立全国内河水域差分台站； （2）与美国WAAS广域增强系统备份进行工作，全面增强美国海上和内陆 水域卫星定位精度；重点改造e-Loran，使其在未来20年内作为GPS系统的 一个陆基备份系统； （3）积极建设虚拟差分RTK网络，全面提升美国境内的高精度导航； 美 国一直并将继续引领e航海系统中具体服务的发展方向，起着战略引领的 作用，同时他积极推进相关的e航海服务系统的发展。 马敏.电子航海（e航海）与中国沿海航海保障：e航海的核心要素包括高完整性的电子定位、电子海图以及连接船岸的通信基础设施。 10

11 芬兰 芬兰研发了e航海实践系统——COAST WATCH，该系统将多个独立的区域性AIS、VTS、CCTV等系统整合到一个统一的平台上，通过分级管理和大型支持数据库的支持，构建一个国家级的海上交通监控管理平台。 Coast watch 统一平台 AIS、VTS、CCTV等 引航用户 环境监测用户 军事用户 渔业监视用户 海岸警卫队用户 分级管理 Internet 大型数据库支持 芬兰的COAST WATCH系统，是。该系统本质上就是将上述以往已经建立的几个子系统进行整合。获得的信息通过Internet等提供给引航、海岸警卫队、渔业监视、军事等用户。同时，这些用户既是系统用户也是信息提供者，他们各自提供信息给COAST WATCH，在国家监控中心也可以得到他们需要的信息。COAST WATCH系统有一个特点是：可以充分利用现有VTS基站、AIS基站、CCTV、气象传感器、服务器、发射设施、链路等。该系统总体上是一个监控系统。

12 澳大利亚 （1）澳大利亚成立专门的e航海工作研究小组，进行e航海发展各项议题研 究
澳大利亚研究沿海水域中CLASS B 对CLASS A 影响、不同水域的AIS 基 站负载影响和评估及其发展趋势等，并进一步提出了未来澳大利AIS 发展方 向和相关研究课题。 （2）澳大利亚还开展一系列技术和系统工程研究 澳大利亚完成对沿岸AIS 基站进行了联网工作，使系统中心能够全时态 实时监督和控制全澳大利亚沿海水域的船舶分布和水上交通运行状况。还进 行了非AMSA的AIS 数据共享工程研究与应用。

13 加拿大、韩国 1、加拿大 （1）加拿大制定本国的e航海战略，进行相关技术的研究，如对空基AIS系 统研究与开发。
（2）加拿大进行专门的e航海系统研发，2005年研发圣劳伦斯河水域的e航 海系统。 2、韩国 （1）韩国利用AIS基站（17号电文）播发DGPS差分修正信号，扩展沿海RBN/DGPS系统的应用范围和应用领域，还使用AIS二进制电文进行应用数据播发。 （2）韩国还开发各种e航海支持系统，如：垃圾船舶监控系统、GICOMS（General Information Center on Maritime Safety & Security）系统、研究开发船舶交通堵塞导航数据和事故船舶信息数据传输系统。

14 二、欧盟蒙娜丽萨工程 二

15 蒙娜丽萨简介 （1）蒙娜丽萨由欧盟于2010年启动，历时3年。
（2）蒙娜丽萨吸引了瑞典海事局（牵头者）、丹麦海事局、芬兰运输局、SAAB公司、SSPA公司、GATEHOUSE公司以及Chalmers大学等广泛参与； （3）蒙娜丽萨通过e航海解决方案来建设波罗的海区域海上高速公路，是欧盟对e航海的一次实践； （4）蒙娜丽萨的目的是促进高效、安全和环境友好型海运的实现，并为国际范围的运用奠定基础； Gatehouse：丹麦，跟踪监控和卫星通信； SAAB：瑞典，提供“上天入地”的电子战解决方案，包括：海军激光预警系统、潜艇战术WSM和电子情报系统等。 SSPA：瑞典，提供海事解决方案，在蒙娜丽萨主要担任创建基于：油耗、速度、预计到达时间、排放量和交通流的“最佳路线”。 CHALMERS：瑞典 15

16 蒙娜丽萨简介 （1）与海事局合作，成立MONALISA跟踪与分析小组。
Gatehouse：丹麦，跟踪监控和卫星通信； SAAB：瑞典，提供“上天入地”的电子战解决方案，包括：海军激光预警系统、潜艇战术WSM和电子情报系统等。 SSPA：瑞典，提供海事解决方案，在蒙娜丽萨主要担任创建基于：油耗、速度、预计到达时间、排放量和交通流的“最佳路线”。 CHALMERS：瑞典 16

17 蒙娜丽萨简介 Gatehouse：丹麦，跟踪监控和卫星通信；
SAAB：瑞典，提供“上天入地”的电子战解决方案，包括：海军激光预警系统、潜艇战术WSM和电子情报系统等。 SSPA：瑞典，提供海事解决方案，在蒙娜丽萨主要担任创建基于：油耗、速度、预计到达时间、排放量和交通流的“最佳路线”。 CHALMERS：瑞典 17

18 蒙娜丽萨简介 Gatehouse：丹麦，跟踪监控和卫星通信；
SAAB：瑞典，提供“上天入地”的电子战解决方案，包括：海军激光预警系统、潜艇战术WSM和电子情报系统等。 SSPA：瑞典，提供海事解决方案，在蒙娜丽萨主要担任创建基于：油耗、速度、预计到达时间、排放量和交通流的“最佳路线”。 CHALMERS：瑞典 18

19 蒙娜丽萨简介 Gatehouse：丹麦，跟踪监控和卫星通信；
SAAB：瑞典，提供“上天入地”的电子战解决方案，包括：海军激光预警系统、潜艇战术WSM和电子情报系统等。 SSPA：瑞典，提供海事解决方案，在蒙娜丽萨主要担任创建基于：油耗、速度、预计到达时间、排放量和交通流的“最佳路线”。 CHALMERS：瑞典 19

20 蒙娜丽萨架构 蒙娜丽萨架构： 蒙娜丽萨海事工程立足于e航海系统基本架构，采集、融合、交换、展示和分析包括航道信息、港口信息、船舶船员信息、航运管理信息、水上安全信息货物及航运 市场信息、公共服务信息等在内的所有信息，并按照不同的用户业务需求提供数据信息，实现信息的无缝共享，满足用户业务需求。

21 蒙娜丽萨措施 措施1 积极动态的航线计划 措施2 船员证书自动认证 措施3 测绘数据质量保证 措施4 海事信息全球共享
实现基于AIS、ECDIS、深度数据模型以及环境管理工具的船舶积极动态的航线计划； 开发基于AIS应用协议的海事专用卡，该海事专用卡内置读卡器、加密和解密软件以及能够自动接收相关海事证书监管机构检查的软件； 通过现代高精度的方式对赫尔辛基协议的航道和波罗的海区域港口进行重新测绘，扫测的数据可用来开发波罗的海深度模型； 开发波罗的海区域海事信息共享系统。

22 信息共享（船舶动态、港口通航动态等）

23 三、日本航海保障技术 四

24 高效能航标

25 航标绿色能源技术 左图：利用波浪发电的浦贺水道航线中央第一号灯浮标 中图：利用太阳能发电的草垣岛灯台 右图：采用组合发电的水ノ子岛灯台
航标绿色能源技术包括波浪发电、太阳能发电、波浪和太阳能组合发电。 左图：利用波浪发电的浦贺水道航线中央第一号灯浮标 中图：利用太阳能发电的草垣岛灯台 右图：采用组合发电的水ノ子岛灯台

26 实体AIS航标及虚拟AIS航标技术应用 自2008年起，日本还组织专门研究课题从事AIS 航标研究，包括虚 拟航标的设置、虚拟航标在电子海图上的表示方式和规范，航标数据信 息播发方式和电文格式等。全面定义了利用AIS 虚拟航标的相关应用规范。 目前，日本的虚拟航标已经在许多水道得到了应用，在日本的导航系 统航行保障支撑系统（ENSS）上已经得到了显示与运用。

27 岸区域信息提供系统（MICS） 其次，通过海上保安厅的相关部门对这些海上安全相关信息进行归类整理。
首先，通过海上保安厅相关部门（VTS中心，AIS基站，气象厅等）收集到气象、海况、航行安全等相关信息。 其次，通过海上保安厅的相关部门对这些海上安全相关信息进行归类整理。 最后，通过电话，互联网，无线电话，网页（电脑，手机）发布航行安全、气象、海况信息等，以满足不同使用者的多重需求。

28 电子航行支援系统（ENSS） 电子航行支援系统（ENSS）是日本海上保安厅正在积极推进安装于其国内船舶的简约型的AIS系统，其显示的信息包含有： AIS系统的船舶动静态信息和虚拟航标信息；气象海象；推荐航线；航行限制水域；管制状况等的安全信息，且可通过视觉直观易懂的显示出来。

29 四、建议开展研究的课题 六

30 一、基于AIS的船员证书远程识别的研究 船员管理相关规定 ：
《STCW公约马尼拉修正案》第I章第I/5条规定“各缔约国应采取并且实施恰当的措施以防止与所签发的证书和签证有关的欺诈和其他非法行为……” ，强调缔约国加强打击虚假证书的责任。 根据《中华人民共和国海船船员适任考试和发证规则》（交通运输部令2011年第12号）和《中华人民共和国内河船舶船员适任考试和发证规则》（交通运输部令2010年第1号）的要求，船员必须经过海事管理机构的培训和考试，取得与船舶类别等级相适应的船员适任证书，才有资格在船上任职。

31 一、基于AIS的船员证书远程识别的研究 船员管理存在的问题 ： （1）船员证书防伪能力有待提高
2010年9月22日，张家港海事局保税区海事处查处的“高水平”船员证书 造假案件中的假证。（左图） 2009年5月上海宝山海事处对 “海翔68”轮船员证书进行核查时发现， 查收的伪造三副证书。（右图）

32 一、基于AIS的船员证书远程识别的研究 （2）船员身份鉴别方式较为落后 目前船员证书的管理方法所采取是相片+防伪标志的传统形式。现场
查验人员仅凭肉眼对照片和本人进行比对，常会有因船员身体外型及容 貌的变化而难以辨认船员的真实身份，产生误判时有发生。

33 一、基于AIS的船员证书远程识别的研究 （3）在航船舶证书实时查验仍是空白
船员在现场查验时是本人在场，船舶出港区后由无资历的人员替代或干 脆一走了之。这种人证分离的现象严重扰乱了船员管理秩序，给水上交通运输安 全带来了重大安全隐患。目前尚无有效的方式对在航船舶船员证书实时查验。

34 一、基于AIS的船员证书远程识别的研究 项目研究开发实施方案： 2、项目研究开发实施方案 1）指纹特征值提取
2）船员智能IC卡数据组织形式研究 3）船员证书远程识别AIS通信协议制定 4）船载证书识别查验机终端研发 5）船员证书远程查验管理系统

35 一、基于AIS的船员证书远程识别的研究 指纹特征值提取 特征点提取算法流程图 脊线提取 细化 取向估计 特征点提取 方向场 特征点 指纹探测
细化的脊线 指纹输入 有效区域 已提取的 指纹脊线 指纹特征值提取 特征点提取算法流程图

36 一、基于AIS的船员证书远程识别的研究 船员智能IC卡数据组织形式研究：
船员个人基本信息 各类证书号码 船员违法记分信息 指纹特征值信息 各类证书有效期 船员智能IC卡数据组织形式研究： IC卡的高安全性与指纹的唯一性， 足以保证指纹卡不可能被造假和被 冒用，从根本上解决了传统的身份 查验中的漏洞。

37 一、基于AIS的船员证书远程识别的研究 船员证书远程识别AIS通信协议制定：
目前，岸基AIS通信网络已建设；远洋船舶都已配备A类AIS船台，中国沿海及内河也已按规定配备A类或B类AIS船台。所有这些都为系统的AIS通信打下坚实的基础。 AIS信息电文利用自组织时分多址（SOTDMA）技术进行通信，船员证书远程识别通信是利用AIS的二进制电文6进行的，协议制定时要充分考虑对AIS链路时隙的占用及对整个网络负荷的影响，同时协议制定要考虑海事监管的有效性及便利性。

38 船载证书识别查验机终端研发 终端 微控制单元 射频读写卡模块 指纹识别模块 LCD显示模块 加密、解密模块 终端采用模块化设计，由主程序、串口收发程序、智能IC卡读取程序、指纹识别程序、液晶显示程序、语音告警程序、加密解密程序及AIS电文处理等程序组成，为保证软件的可移植性，程序采用C语言编程。

39 船员证书远程检查管理系统 船员证书远程查验管理系统总体框架图

40 已取得的研究成果 1）指纹模块中已集成指纹特征值数据提取算法，在输入指纹图片时可以直接提取指纹特征值数据。对于数据库中已有的指纹图片，已开发指纹特征值数据提取算法包（同图片尺寸及像素有关），可以从图片中直接提取指纹特征值数据。 指纹特征值数据示例

41 已取得的研究成果 2）目前，已就船员证书基本资料及指纹特征值数据（两枚）存储进行初步的设置。
海事管理部门发起查验数据实例 参数 比特数 例子 说明 电文ID 6 电文6识别码 转发器识别码 2 转发器用于指示仪转发电文次数.0-3；0=默认，3=不再转发 源台站ID 30 源台站MMSI号码-MSA基站 序列号 0-3 目标台站ID 目标台站MMSI号码 重发标志 1 根据重发设置重发标志：0=不重发=默认；1=重发 备用 不用。应设置为0 IAI 16 413；20 DAC=413；FI=20 00 不用 职位 11-33　见查验职位代码表 总计 2）目前，已就船员证书基本资料及指纹特征值数据（两枚）存储进行初步的设置。 3）基于AIS的船员证书远程识别系统利用AIS寻址二进制电文（电文6）进行信息的传递。目前，已完成相关AIS通信协议的制定。

42 待机状态时的船载终端 已刷IC卡等待按指纹状态时的船载终端
已取得的研究成果 4）目前，船载终端的样机接近完工，软件编程已基本完成。 待机状态时的船载终端 已刷IC卡等待按指纹状态时的船载终端

43 二、基于AIS的航线共享系统的研究 1、研究背景
台湾海峡是福建与台湾两省之间的狭窄海域，是两省的航运纽带，是东海及其北部邻海与南海、印度洋之间的交通要道，具有重要的国际航运价值，是我国沿海南北海上运输的交通要道，同时又是闽台之间海上直航的唯一通道，在我国海运中的地位极为重要。

44 二、基于AIS的航线共享系统的研究 福建省2005年—2008年事故统计表 特大事故 重大事故 大事故 一般事故 沉船艘数 死亡和失踪人数
6 14 10 15 28 2006年 1 8 11 46 2007年 7 7.5 5 26 2008年 4.5 13 合计 25.5 45.5 30 42 110 随着我国国际贸易的不断推进和航运事业的不断发展，台湾海峡西岸水运经济也迅速发展，福建海事局所辖水域的船舶交通流量和交通密度快速增大，船舶种类多、数量大、航行情况复杂，海上交通事故率也不断增加，给国家和人民的生命财产造成巨大损失。 分析以往船舶碰撞事故的原因可知，造成船舶碰撞事故发生的原因有很多，如：驾驶人员自身素质原因、助航设备局限、航道环境、天气水文、能见度情况、船舶流密度等，归纳其主要原因是船员素质和助航设备局限引起的，因此我们在加强培养船舶驾驶人员素质的同时，要重点加大对助航设备应用的研究。

45 二、基于AIS的航线共享系统的研究 本课题针对台湾海峡展开对基于AIS的航线共享技术的研究，此技术是通过AIS主动播发技术实现船舶、船舶与VTS之间的航线共享，这种共享可使海上航行的各船舶之间、船舶和VTS中心之间通过通信渠道获得航行在附近的船舶的航线，航向、航速等信息数据。 通过将它船与本船的动态信息比对，协调好与其他船舶之间的距离与航向，提前做好避碰措施，可有效减少海上特大事故的发生，降低船舶碰撞的危险性。VTS中心可以看到各船舶的航线是否有交叉点，船舶距交叉点之间的距离、是否存在危险等等，可通知当事船舶提前做好避碰措施，有效减少海上特大事故的发生，降低船舶碰撞的危险性，形成一个安全、高效、环境友好的海上通道。

46 二、基于AIS的航线共享系统的研究 2、研究内容 航线共享不仅要充分考虑航区的静态信息，还要考虑航线所经航区的水流、水文气象、海浪、水深、冰况及影响船舶航行的时间、航程、燃油消耗等信息的基础上，还要考虑交通拥堵状况、下一个停靠港泊位情况、引航信息、限制区域，交通模式等。

47 二、基于AIS的航线共享系统的研究 在具体的研究过程中首先利用AIS的广播技术和ECDIS信息叠加技术将各船舶动态计划航线显示于电子海图上，VTS中心接收到船舶的广播信息后将其显示在监管中心的投影大屏幕上。 当船舶偏离计划航线、或是航线与其他船舶的航线有交叉，可能发生会遇、碰撞等危险时，在VTS中心及船舶的电子海图上都能及时发现，并且系统会及时报警提醒。

48 二、基于AIS的航线共享系统的研究 当船舶接到报警后，船舶可及时采取一定措施，可有效、快速地解除危险。
当船舶偏离计划航线行驶时，其他船舶的ECDIS设备发出报警提醒，并且从船上的电子海图上可看到偏离船舶，所以当船舶出现碰撞危险时，船舶之间还可以通过信息交流实现成功避碰。 岸基监管中心可以看到船舶的计划航线

49 二、基于AIS的航线共享系统的研究 两船信息交流实现成功避碰

50 二、基于AIS的航线共享系统的研究 3、研究关键技术 船舶航线主动广播技术 最佳航线的确定技术 船舶航行信息共享技术

51 二、基于AIS的航线共享系统的研究 4、研究目标:
本研究课题的研究目标是开发和测试一种基于现有的电子海图 （ENC）和船舶自动识别系统（AIS）的航线共享计划新模型、新系统。 此系统结合我省台湾海峡水域的航行保障基础设施和助航设施为往来于 我国水域的船舶提供最佳航线。此项研究将会成为我国航海业的一项创 举，不仅可以提高岸基监管部门的监管效率、扩大其监管范围，更能显 著提高船舶航行安全的概率，实现我国航海的信息化、数字化和智能化。 台湾海峡航道也将成为我国首条积极、动态、绿色的航海通道。

52 一、中国海事助航技术研究中心简介 一

53 中国海事助航技术研究中心简介 2010年7月，经中国海事局批准，依托集美大学成立了“中国海事助航技术研究中心”。本中心通过对中国航海助航技术的科技创新，促进我国海事航海保障事业发展和人才培养。

54 中国海事助航技术研究中心简介 IALA 联系会员单位 中国航海学会航标分委会委员单位
中国海事助航技术研究中心由教师、研究生、社会化聘用人员构成， 共67人，下设海事信息技术研究室、电子航海技术研究室、航运信息服 务研究室、航标技术研究室和海事法研究室。 研究中心自成立以来，承担了来自交通运输部海事局、各省市港航 单位等100多项课题，科研经费已达4000多万元。 IALA 联系会员单位 中国航海学会航标分委会委员单位

55 海事助导航工程硕士研究生班 交通运输部海事局与集美大学联合培养的航标助导航工程硕士研究生班开班仪式举办。交通运输部海事局副局长曹德胜、交通运输部海事局航测处处长曾晖、上海海事局副局长王鹤荀、厦门海事局局长黄军根等海事部门领导一行出席。

56 积极参加海事科研成果参展

57 谢 谢！ 彭国均