水上电子围栏安防预警平台在港口

码头的应用

顾忠芹  宋晓伟  马涛  陈东  高峰  曹茹

江苏中信安全环境科技有限公司 江苏 南京市 210006

摘要：近年来，随着水上交通运输业的迅速发展，水上交通流量明显增加，局部水域船舶密集，水上交通风险骤增，运输船舶老龄化和船员人的因素，更给港口码头安全带来威胁。港口企业如何及时发现危险目标并预警驱离，以及拍摄取证，显得尤为重要。水上电子围栏可解决上述问题，在港口安防预警和取证上发挥重要作用。

关键词：水上电子围栏、港口、安防、预警

一、应用背景

近年来海港码头建设规模不断扩大，进出港大型船舶比例越来越多，港口交通环境日益复杂，同时各港区地形环境不尽相同，水文气象区域性差异较大，另外海上气候多变，寒潮大风季节，部分区域瞬时风力往往较大，极易发生事故。

长江水域船舶通航密度大，航道繁忙，沿线码头距航道较近，各航段通航环境不同，船舶航行操纵及船舶间的避让比较复杂，如航行时不能保持全面有效瞭望或操作不当，一旦发生紧迫局面时不能采取有效措施，将导致事故的发生。另外，为降低运营成本，长江水域上行船舶习惯贴岸航行，此时与码头距离较近，遇突发状况极易发生触碰码头或碰撞码头靠离泊船舶，下行船舶习惯顺主流淌航，此时不仅影响船舶自身的操纵性能，降低船舶舵效，一旦发生意外情况，船舶采取应急反应措施的行动能力也大大降低，将可能导致码头碰撞；再者，运输船舶老龄化和船员人的因素，更给港口码头安全带来许多不确定因素。近十年来，江苏沿江沿海发生了多起码头碰撞事故。

因此，实现重点水域、重要设施、危险货物港口装卸作业的安全保护，及时发现船舶靠近警戒区域给予必要预警十分重要，水上电子围栏可满足港口安防预警需要。

二、重要意义

为认真贯彻落实习近平总书记关于安全生产重要论述，特别响水“3·21”特别重大爆炸事故发生后，结合全国安全生产专项整治三年行动计划的“大灶”部署，以及国务院对江苏安全生产专项督导的“小灶”要求，2020年江苏省委省政府和省交通运输厅对安全生产工作提出了系列要求。为切实防控江苏港口的重大安全风险，切实提升港口本质安全发展水平，具有18年历史的国家甲级安全评价机构和通航安全评估机构江苏中信安全环境科技有限公司，联合国内知名海事高校联合开发了水上电子围栏，用科技手段解决港口码头安防预警问题，提高码头防碰撞防破坏，为江苏省港口企业持续健康稳定发展提供有力的安全生产保障。

三、水上电子围栏基本构成

在利用AIS与雷达技术之前，港口码头以往的安防措施是安置专用浮标，再派船只和人员值守，安装摄像头人眼观测情况，缺乏现代化手段主动预警，而靠人员值守，辛苦且存在人为疏漏的可能性，特别在夜晚风大雾浓时，安防质量会急剧下降，而事故发生的危险系数却是直线上升。为此提高安防质量水平减少事故发生，全天候主动智能的安防手段显得十分必要，水上电子围栏安防预警平台将实现主动全天候智能预警，把安防措施提升到现有的最高水平。

设计一套针对港口的水上电子围栏安防预警平台，平台可根据防控要求，编辑港口周边水上的警戒区域（位置和距离可以任意设置），以雷达、AIS等目标监测手段，智能自动发现与辨识潜在危险目标，建立港口水上安防智能预警系统。

平台以矢量电子海图/航道图为基础，通过实时接收雷达回波、雷达跟踪目标、以及AIS目标信息，显示码头周边的水上交通状况。

通过设置多级安全风险警戒区，对进入不同区域的目标以提示、警告、报警等多种方式进行预警，并通过AIS自动播发警告信息，辅助以VHF播报方式，提醒具有潜在危险的目标对象。进入警戒水域的船舶信息都可以保存、查询。

平台上可叠加显示中长期预报气象信息，提升恶劣气象条件下的安全防控能力。

平台可达到警戒水域全天候、全覆盖的实时智能监测，自动发现进入警戒水域的违规船舶（自己船舶可识别），通过AIS及甚高频（VHF）对进入警戒水域目标有效提醒避让，并拍照取证。

与传统技术及设备相比，本平台几乎不受任何天气、光照、电磁等干扰，可靠性极强，是现行各种监测设备与系统所无法比拟的，大幅度减轻值守人员的工作强度，大幅度提升工作效率，能够完全替代现有的区域监测设备和系统，充分考虑了各监区的共性及个性。平台采取模块化设计，便于组合及扩展，也便于管理、维护和升级。

3.1 AIS船舶自动识别系统

船舶自动识别系统AIS（Automatic identification System)是一种船舶导航设备，通过AIS使用能增强船舶间避免碰撞的措施，能加强ARPA雷达、船舶交通管理系统、船舶报告的功能，能在电子海图/航道图上显示所有船舶可视化的航向、航线、航名等信息，达到改进海事通信的功能和提供一种船舶进行语音和文本通信的方法，增强了船舶的全局意识。 AIS采用船舶全球唯一编码体制，即MMSI码来作为识别手段。每一船舶从开始建造到船舶使用解体，给予一个全球唯一的MMSI码。

3.2 VHF甚高频通信

甚高频通信（VHF）是水上移动无线电通信中的一个重要系统，用于近距离通信。其工作频段是156~174MHZ，属于VHF频段。VHF电台是GMDSS中A1航区的主要通信设备，是完成现场通信的主要手段，也是完成驾驶台与驾驶台间通信的唯一手段。

20世纪70年代末，甚高频通信技术发展迅速，在港口生产中得到广泛应用。1976年，交通部颁发《关于外轮使用甚高频无线电话暂行办法》确定，为改进港口与外轮的通信联络，经国务院批准，对外开放港口可向外轮开放甚高频无线电话业务。1988年SOLAS公约修正案要求，所有总吨位在300总吨以上的船舶必须配备VHF电台。至2005年底，甚高频设备已成为海上船舶普及率最高的通信设备，几乎所有的商船、渔船、公务船、游艇和救生艇都配备甚高频设备，甚高频通信是沿海25海里以内船舶安全航行的最为重要的通信保证，是海区沿岸近距离船舶安全通信不可替代的通信手段。

四、水上电子围栏的安防预警作用

4.1 电子围栏可实现对码头前沿水域船舶的整体预警

船舶安全航行是监管的重中之重，针对靠近港口辖区的船舶，通过各种方式进行全方位安全提醒。当辖区出现恶劣天气，除常用的安全信息广播外，通过电子围栏系统对进入辖区的船舶进行报文信息提醒、VHF语音让船方及时了解到适航状况，以采取安全航行措施。

4.2 电子围栏可实现对码头靠泊船舶及其水域的特别预警

现阶段码头现场监管不能达到全天候覆盖。当码头有船舶（尤其是危险货物运输船舶）靠泊时，若其它船舶误入码头船舶停泊水域，会对停靠船舶和码头安全造成严重危险。通过电子围栏的划定，对于进入码头船舶停泊水域的过往船舶可及时发现并预警提示，同时提醒通知码头值班人员有无关船舶进入，及时采取相关安全措施，以做到有效监管。

4.3 电子围栏可实现对特定水域的临时预警

当发生危险货物泄漏、紧急现场、水工作业现场等需要划定临时特定水域，进出特定水域船舶如不能及时收到相关信息，自身航行安全受到威胁。因此，通过电子围栏、虚拟灯浮标设定，AIS短报文发送，VHF语音对靠近特定水域的船舶及时预警提示，以保证码头和船舶的安全。

五、平台设计特点

1）平台设计理念

平台设计理念是为港口码头安全管理人员提供安全、快捷、多样化的安全监控手段，平台应具有智能化与信息化相结合的安防预警机制，充分引进使用新技术，打造创新港口码头安防模式。

2）平台设计技术

（1）雷达加视频监控联动系统的设计是先进的技术，包括微波雷达技术、计算机技术、视频压缩技术、自动控制技术以及通讯技术等，同科学的安全防范理论相结合，通过利用高质量、高可靠性的雷达产品、监控产品，从而将安保监控平台建设成具有“防盗报警、实时监视、报警复核、侦破取证”四大功能的立体安全防范平台。

该系统结构灵活，具有开放性接口、极易扩充，能够方便地将AIS/VHF等各个子系统集成在同一工作平台上。发现目标先通过AIS船舶识别系统识别目标，如是非法目标并确认有警情发生，可通过平台联动，调用现场摄像机监视，声光警示，通讯联系各有关部门，在警情达到最高等级时，采用强光强声进行驱离。

（2）雷达和光电设备组合监视，综合雷达与光电设备的优势特点，形成了雷达光电一体的综合化监视平台。平台能够对大面积水域进行昼夜全方位精确监视，当有目标侵入时，会及时发现并自动引导摄像头跟踪拍摄。平台探测范围广，不受环境、光线等条件影响，能精确快速发现入侵目标，并报告其位置、速度、航向等信息。

3）平台设计原则

（1）先进性：系统建设、产品选型遵循有关国际通用标准、协议和规范，符合国家与部颁布的相关标准及规范。在满足当前功能的前提下，保持一定的先进性，并能够适应公安工作的可持续发展。

（2）可靠性：采用成熟、稳定、完善的技术设备，系统具有一致性、升级能力和技术支持，能够保证全天候长期稳定运行，有完备的技术培训和质量保证体系。

（3）实用性：设计合理，构架简洁，功能完备，切合实际，能有效提高工作效率，满足安防动态监控的需求。

（4）经济性：在先进、可靠和充分满足系统功能的前提下，体现高性价比。采用经济实用的技术和设备，充分利用现有设备和资源，综合考虑系统的建设、升级和维护费用，不盲目投入。

（5）扩展性：系统、设备、接口的可扩展、可兼容性，系统规模和功能应易于扩充，系统配套软件具有升级能力。

（6）可操作性：提供清晰、简洁、友好的中文操作界面，操控简便、灵活，易学易用，便于管理和维护。

（7）兼容性：整体设计上遵从相关标准，以保证系统与库房图像资源整合平台以及其他系统完全兼容，实现无缝对接。

（8）规范性：平台是一个严格的综合性系统，在系统的设计与施工过程中应参考各方面的标准与规范，严格遵从各项技术规定，做好平台的标准化设计与施工。

六、平台建设

水上电子围栏港口安防预警平台的建设需要根据码头的自然条件，地形而布置，通常需要建设1个AIS电子围栏基站、1套VHF基站、1套雷达岸站、一套水上电子围栏应用软件平台，还可以根据需要增加声光报警设备和视频监控系统。

水上电子围栏港口安防预警平台的搭建是港口独立于现有监管系统的平台，可针对各港口的情况及时有效对港口水域实施预警功能。

设置港口电子围栏虚拟航标，设置预警和报警区域，对进入预警和报警区域的船舶发送AIS信息，使用VHF自动语音播发的功能。

平台可划定码头的警戒区域（位置和距离可以任意设置），用雷达扫描的探测手段，探测警戒区域的目标，可达到警戒水域全天候、全覆盖的实时智能监测，自动发现进入警戒水域的违规船舶，专用智能高速球机实现视频跟踪、记录，声光报警器及通过AIS、甚高频（VHF）对驶入船舶有效预警提示，以确保码头及停靠船舶的安全。综合管理一体化平台进行后台智能分析和管理，实现平台的智能值守和智能识别、报警、警示一体化安防模式。

围绕港口设定区域进行多种监控防护和提醒手段的预警平台建设，既能满足可视化效果，又有区域距离预警机制，让操作者一目了然，同时又能给出预警警报，并且全过程实施监控回传存储实时视频数据。打造一套可视化监管、主动监测、预警、取证的立体式监控平台。

为防止码头停靠危险品船舶时过路的其他船舶由于行驶过近而发生船与船之间的碰撞，要在码头行船上游按放雷达，在线监测过路的其他船舶，测量过路船舶速度和与码头的垂直距离，船舶进入警戒距离时采用灯光引导、广播警告的方法来通知涉警船舶注意避让，同时在中控室的计算机画面上能看到雷达监测的过往船舶的模拟流程图和距离、速度等数据。有效减少过往船舶航行时因距离码头过近而发生碰撞码头和停靠船舶事故的概率。

对数据进行初步处理和存储后再转发给应用系统，由应用系统实现数据的呈现和应用。

七、预期目标

严峻的安全生产形势，对智能化安防监控设施需求十分迫切。水上电子围栏安防预警平台的实施，对港口码头水上安防有着深远、主动、积极的作用。港口码头在原有传统的安防措施基础上，通过电子围栏安防预警平台增加了AIS、雷达及球机联动目标识别新技术，将码头的安防范围向外有效地进行拓展，同时也把安防模式提高到自动、主动、预防、预警的安防模式，极大提升了安全系数，为打造安全智慧工程打下坚实基础，可大大降低港口码头运行的安全风险！

水上电子围栏符合江苏省港口码头科技兴安的总体要求，可提升港口企业安全生产科技支撑保障水平，可实现危险险场所智能化监控，提升重大危险源监测、隐患排查、风险管控、应急处置等预警监控能力。期待不久的将来，水上电子围栏在港口安防上的应用达成共识，被广泛推广应用。