本文发表于《指挥信息系统与技术》2022年第6期
作者：张由余，韩晓宁
引用格式：张由余，韩晓宁. 陆海空天一体化海事监管指挥系统发展设想［J］. 指挥信息系统与技术，2022，13（6）：42-49.
一、摘要
围绕如何构建陆海空天一体化水上交通运输安全保障体系，提出了海事监管指挥系统发展设想。首先，分析了当前国外广域海上监视能力、我国海上综合监管的现状和存在的问题；然后，提出了陆海空天一体化海事监管指挥系统的总体架构和以“一网四中心”为核心的建设构想，为陆海空天一体化水上交通运输安全保障体系的信息化发展提供建设思路。
二、引言
海事监管部门的主要职责是实时掌握水上船舶交通态势、动态评估水上交通安全风险、及时发现和处置水上交通违法违章行为，发生水上应急事件时需快速组织跨部门协同处置，有效保障水上交通安全、提升船舶通航效率、保护海洋环境，促进航运高质量发展。当前，随着国际形势的变化，基于国家新的总体安全观，保障水上交通安全已从传统的安全生产层面，扩展到国家经济安全、战略安全层面。“保障战略物资运输安全，保证重要战略通道支点安全，实现物流供应链畅通和海运业高质量发展”已成为新发展阶段海事的重要政治任务，是海事系统贯彻新发展理念、服务新发展格局、加快建设交通强国重要的抓手之一。为适应新形势新要求，国家海事主管部门提出“未来‘五星旗’和中资‘方便旗’船航行到哪里，海事监管服务就保障到哪里”的新发展目标，拟构建陆海空天一体化水上交通运输安全保障体系，实现我国管辖水域水上船舶动态的全面掌控、现场执法的高效指挥、重要通道和战略支点的即时感知，实现战略物资运输安全有效保障、交通要素全面协同、应急突发事件有效处置，全面保障海上供应链安全畅通，维护好国家海洋权益。
为了实现在全球海域为“五星旗”、中资“方便旗”船舶提供全域全时的交通安全保障服务，需先解决广域海上的全方位、全天候船舶交通态势掌控问题。
三、国外广域海上监视能力
为了推行海洋霸权，美国基于海洋卫星和长航时无人机构建了覆盖全球海域的海上目标监视系统，其广域海洋监视能力处于全球领先地位。美国国防部整合海空军星基资源，建设了联合天基广域监视系统（SBWASS-Consolidated或NOSS-3），截至目前，NOSS-3已成功部署了8对16颗三代“白云”海洋监视卫星，正常在轨工作6对12颗，采用双星组网方式，运行在高度1 100 km、倾角63.4°的近圆轨道上，采用时差和频差相结合的定位体制，对海上船舶目标定位精度优于2 km，星上搭载了雷达、红外成像、高清光学、电子支援措施（ESM）等多种侦察载荷，具有全天时全天候全球侦察监视能力。另外，美海军为实现空海一体战的关键支撑，以长航时无人机为平台，又建设了广域海上监视系统（BAMS），通过采购68架MQ-4C无人机（具有应对海上阵风带来的过载及雨雪雷电等恶劣天气影响的能力），组建了5个无人机中队，装载包括逆合成孔径多功能有源相控阵雷达（探测半径可达3 700 km）、多频谱目标系统（MTS-B，提供多视角高分辨率目标图像和全动态视频）、AN/ZLQ-1电子侦察系统以及船舶自动识别系统等在内的先进设备，其侦察能力为一天约1 370 000 km2范围，南海830 000 km2的面积，一架无人机只要6天就可对南海所有区域扫描一遍，具有覆盖全球的海上侦察监视能力。
四、当前我国海上监管情况
（一） 发展现状
目前，我国海事监管主要包括岸基、天基、空基、海基以及海上通信等手段，监管水域主要局限在近岸30?n?mile（1?n?mile =1.852?km）范围内。
1.岸基监管主要依靠船舶交通管理系统（VTS）、船舶自动识别系统（AIS）和视频监控（CCTV）系统，据不完全统计，我国建有VTS约60多个，外站约400多个，基本覆盖沿海近岸水域和长江、珠江等内河重要航段水域；AIS数据中心75个，基站640座，基本形成近岸30?n?mile范围内连续覆盖；CCTV方面形成以部海事局为中心、包含下属15个直属海事局的CCTV统一平台。
2.天基监管手段主要包括北斗、卫星遥感、卫星AIS（需购买国外公司卫星数据）和船舶远程识别和跟踪系统（LRIT）等，目前在优于5?m分辨率的遥感载荷中，包括GF-1和GF-6多光谱相机、GF-5全谱段多光谱成像仪、5?m光学01星等在内的共10个虚拟星座，理论上仅能达到优于1天的重访能力；广域海上搜救主要基于国际海事组织（IMO）建立的全球海上遇险与安全系统（GMDSS），包括海事卫星通信系统（INMARSAT）和极地轨道卫星搜救系统（COS-PAS/SARSAT）等，北斗中轨搜救卫星系统正在履行加入国际搜救卫星组织程序。
3.空基监管方面，全国沿海配置监管飞机，包括直升机、固定翼飞机及无人机参与海事监管，无人机受限于天气、海况、续航和悬停等因素，尚处于应用探索阶段。
4.海基监管方面，全国沿海20?m级及以上海巡船有500多艘，其中大型船仅有8艘、中型船约100艘左右，无人艇尚处于探索应用阶段。另外，广域海上通信手段主要依赖于国外卫星，如甚小孔径终端（VSAT）、COS-PAS/SARSAT和铱星等。
（二）存在的主要问题
目前我国广域海事监管存在的问题主要有以下2点：
1.感知方面存在短板。近岸30 n mile以内水域还存在监控盲区，VTS雷达国产化程度低，在自主可控方面存在较大隐患。受限于天气、海况、大型海巡船数量和装备等因素，海巡船广域海上监控效能有限。北斗、卫星甚高频数据交换系统（VDES）、卫星AIS、无人平台以及LRIT系统等均能在离岸30 n mile外海域动态监控中发挥一定作用，但是北斗尚未纳入国际海事监管体系；卫星VDES尚处于研发阶段，卫星AIS数据需从美国或加拿大公司购买；无人平台易受天气、海况和航时等因素影响；LRIT系统受限于信道容量、更新率、内容和费用等，难以对远海船舶实时识别跟踪。综上，当前近岸30 n mile以外水域存在“看不到、通不了、去不了”的问题。
2.缺少合理的监管指挥体系和统一的信息化支撑平台。当前，海事部门遂行的水上交通安全管理仍以辖区进行划分，主要手段为VTS，承担VTS管理职能的船舶交通管理中心仅负责交通态势监视和水上交通组织管理；水上交通违法执法由海事处或执法大队承担；水上险情处置和应急搜救任务，由水上应急指挥中心负责，监、管、救目前处于分割状态。另外，部海事局对直属海事局的领导更多体现在宏观决策和指挥，因缺少能够掌握全国水上交通宏观状况的手段，导致其无法有效收集各直属海事局的监管动态及全球水上交通态势，在指令下达方面仍以简单的语音和文字形式实现。各直属海事局的信息化发展水平和层次也存在较大差别，个别海事局虽建有监管指挥系统，但也只能在近岸区域内开展海上安全监视和交通管理，在直属海事局间以及跨区域时无法实现监管数据共享和应急指挥的协同，且不具备海上应急处置的信息化和智慧化能力。综上，部海事局及所有直属海事局在海上安全监管和应急处置方面无法形成合力，无法充分发挥“1+1＞2”的效能。
五、未来发展设想
(一) 总体架构
鉴于当前我国海事监管存在的不足，急需整合跨层级、跨部门各类资源，优化业务职能配置，加大中远海探测感知手段和陆海空天一体化通信网络建设，形成具备陆海空天一体化动态感知、多元信息融合共享、指挥信息通畅、应急反应迅速、辅助决策高效的现代化智能水上动态监管指挥体系。本文提出“一网四中心”总体架构以及统一指挥、专长兼备、反应灵敏和上下联动的建设思路，构建满足陆海空天一体化的新型监管指挥系统，具备全域覆盖、精准识别、高效决策、反应迅速、精准控制和精确保障等能力。
“一网四中心”中“一网”指实现陆海空天广域探测感知和船船、船岸一体化融合通信的泛在探测感知网；“四中心”指海事资源管理中心、水上动态监管中心、水上应急指挥中心和航行保障中心，分别承担资源管理与服务、跨域情报融合共享、协同监管指挥和综合航海保障等职能，共同完成陆海空天一体化水上交通运输安全保障任务。总体架构示意图如图1所示。
图1 总体架构示意图
（二）通信感知网
通信感知网是陆海空天一体化监管指挥系统最重要的基础设施，采用栅格网架构，支持随遇接入、动态组网、一点接入和全网共享。通过卫星、VDES和VHF等手段构建天空地一体化网络，支持动态接入星基（遥感、北斗和天基AIS/VDES）、空海平台和岸基（VDES、AIS、VTS雷达、甚高频无线电测向系统（VHF-DF）和CCTV）等感知源，安全连接海军、海警和渔政、水文气象以及应急等政府相关机构信息系统等。通信感知网组成示意图如图2所示。
图2 通信感知网组成示意图
为了实现对中远海上目标的探测感知，通信感知网主要基于天基卫星+空基长航时无人机+海基大型海巡船和大型远洋运输船舶的共同努力来实现。通信感知网建设主要包括以下3个方面：
1.在天基侧。
1) 结合国务院办公厅发布的“国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025年）”（规划建设15颗海洋观测卫星），整体规划天地一体化网络布局，建设搭载通信、导航和遥感载荷的交通专用卫星星群，构建全球交通安全应急卫星通信网，实现对全球航行的“五星旗”和中资“方便旗”船舶的有效感知和通信保障；
2) 建设全面覆盖、协同集成和智能分析的“天基”海事遥感监测体系，对船舶态势分布、海冰/浅滩/碍航物等通航风险和海上溢油、船舶碰撞等应急险情事件进行动态监测；
3) 开展包含北斗、VDES、AIS和遥感等星基信息的智能大数据融合，支持对中远海水上动态的监管；
4) 强化北斗在GMDSS应用，建设基于北斗短报文的全球遇险报警系统和北斗报文服务系统（BDMSS），推进北斗卫星紧急无线电示位标（BD-EPIRB）应用，为全球船舶海上遇险提供应急保障服务，促使北斗早日成为GMDSS公共产品。
2.在空基侧。
考虑在平流层建设飞艇监视平台，以及充分利用我国现有长航时无人机平台（如翼龙-II，最大巡航速度可达370 km/h，最远航程可达4 000 km，最大高度可达9 km，续航/悬侦时间可达20 h，外挂载荷可达480 kg），结合海事对巡航速度、巡航高度和续航时间的需求，通过搭载不同载荷实现对中远海的实时监测，以弥补卫星感知时效性不足的缺点。
3.在海基侧。
1) 增加大型海巡船的配置，并对大型海巡船进行联网；
2) 充分利用我国从事海上航运、数量众多的大型运输船，通过对其加载船载终端，集成AIS+北斗/卫星通信单元/电子海图显示与信息系统（ECDIS），并与船上雷达/视频等装备对接，打造“海上移动VTS集群”或“基于北斗+AIS的远洋船舶动态监测与保障系统”，实现对广域海上船舶信息的动态收集。
通过通信感知网的建设，基本实现我国领海、200 n mile专属经济区以及中远海的水上动态感知能力，通信感知能力示意图如图3所示。
图3 通信感知能力示意图
(三)4个中心
1.建立海事资源管理中心。基于部海事局、区域协调中心和直属海事局的资源设施，构建地理分散部署、功能逻辑一体的资源管理中心，实现信息感知资源、通信网络资源、计算存储资源、时空基准资源、安全保密资源、综合管理资源和基础数据资源的管理和维护，为陆海空天一体化监管指挥提供多样化资源服务，包括基础设施、数据、服务和运维等。资源管理中心建设示意图如图4所示。
图4 资源管理中心建设示意图
2.建立水上动态监管中心。构建由各级海事部门协同运作的陆海空天一体化分布式情报处理体系，负责收集陆海空天各类传感器探测感知数据，航保、气象和海洋测绘等支援保障数据，以及海军、海警和渔政等机构数据，由直属海事局、区域协调中心和部海事局所属动态监管中心按责任区由近及远进行分布式融合处理，直属海事局负责近岸海域，区域协调中心负责专属经济区内其他水域，部海事局负责专属经济区外其他水域，动态监管中心按责任区分布式融合处理示意图如图5所示。通过“拼图”方式共同形成广域覆盖的水上监管态势“一张图”，具备风险评估、电子巡航、智能预警、身份识别和重点跟踪等能力，支持各级交管中心及搜救中心遂行水上交通动态监管和应急指挥。动态监管中心建设示意图如图6所示。
图5 动态监管中心按责任区分布式融合处理示意图
3.建立水上应急指挥中心。建立水上应急指挥中心，支持跨域连通海事各级指挥中心以及其他力量，按照联合组织和协同筹划的运行方式，具备智能化辅助决策、基于流程驱动的应急方案制定、现场处置联动、应急推演和事后评估等应急处置能力。应急指挥中心建设示意图如图7所示。
图7 应急指挥中心建设示意图
4.建立航行保障中心。依托资源管理中心，构建陆海空天一体化船舶航行计划管理体系，实现航行计划的集中统一管理，形成航行计划“一张表”；同时基于水上动态监管中心跨域汇聚融合数据，构建航行保障信息服务资源池，打造e-航海服务平台，为政府/企业/社会按需提供船舶动态等服务。此外，该中心还为远海任务船舶提供外事、法律、测绘和通航环境等信息服务，依托北斗和海事卫星等手段，提供岸海融合通信服务，对任务行动提供精准的航海保障。航行保障中心建设示意图如图8所示。
图8 航行保障中心建设示意图
六、 应用设想
为了实现对全球海域海事监管业务的全覆盖，并提升跨域协调能力，可增加东海、南海和北海区域协调中心，统筹协调3大片区的海事监管业务。未来，直属海事局和下辖分支海事局主要负责近岸（一般位于30 n mile以内）海域的海事综合监管；3大区域协调中心负责专属经济责任区内、30 n mile以外水域的海事监管业务；部海事局负责专属经济责任区以外其他远海水域的海事监管业务。陆海空天一体化监管指挥系统可考虑按照“3级部署、5级应用”进行布局，系统将在部海事局、区域级和直属海事局级分别部署资源管理中心、水上动态监管中心、水上应急指挥中心和航行保障中心，分支海事局和海事处仅负责应用。
在部海事局，基于海事监管指挥系统可为用户提供业务领导、宏观管理、护航支持和国际合作等支撑；在区域级，可为用户提供专属经济区监管、跨区组织协调、综合保障和大数据应用等支撑；在直属海事局级，可为用户提供应急处置、指挥协调、辅助决策和监管分析等支撑；在分支局级，可为用户提供交通组织、辖区监管、应急处置和信息流转等支撑；在海事处（海事舰艇），可为用户提供现场执法、现场应急处置、现场反馈和数据感知等支撑。系统总体能力应用示意图如图9所示。
图9 系统总体能力应用示意图
七、结束语
建设陆海空天一体化海事监管指挥系统是一个长期发展、不断迭代的过程，需建立陆海空天感知体系，实现全方位、全天候的实时感知能力，可以“看得见、传得回”；同时，需建立监管、指挥和保障的组织体系，推动海事体制机制的变革。随着陆海空天一体化水上交通运输安全保障体系建设的持续推进，可以预见，该系统的未来应用将强有力地保障海事监管部门“三保一维护”职责的履行，为我国海洋事业的高速、可持续发展提供坚实支撑。
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