邢攸姿 奉定平 杨龙 孙晓萍

摘 要：本文研究北极航路地理信息服务框架的构建，探索整合航海地理空间信息，建立基础航路地理信息管理流程，实现高效共享、集成服务，从而保障北极航运船舶的航行安全。

关键词：北极；地理信息；冰上丝绸之路；服务框架

0 前言

北极航道是指穿越北冰洋連接大西洋北部和太平洋北部的最短海上航道，也称为“北方航线”。北方航线将全球经济富裕的欧洲、北美和东亚紧密联系起来，是联系亚、欧、北美三大洲的最短航道，主要包括“东北航道”（见图1）、“西北航道”和“中央航道”。本文以我国“冰上丝绸之路”规划为指导思想，以数字航海建设为基础，研究构建北极航路地理信息服务框架。以此作为航海航路建设的主要管理工具，整合航海地理信息有关的空间信息，同时以信息网络作为载体，以各种信息终端作为媒介，建立流畅的基础地理信息流程，进而实现基础航路地理信息的有机集成管理，实现航路信息的高效共享，从而保障我国北极航运船舶的航行安全。

1 现状分析

1.1 需求

近年来，北冰洋海冰快速消融，制约北极航道开通的最大限制因素得以消除。开通后的北极航道，通航期短，海洋环境恶劣，巨大的冰盖、冰岛、冰山、浮冰和暴风雪天气等问题不利于船舶航行。如何保证船舶在北极海域安全航行是我国“冰上丝绸之路”建设面临的难题。缺乏航区相关的气象和海况资料（风暴、大风、海雾、海温、海冰、海流、海浪和潮汐等）、航道资料（水尺、助航标志、灯塔等）、港口码头资料（吃水、结冰、冰厚等）、陆基支援相关资料（通信联系、沿途补给、破冰船和应急救援、避难等）等可靠数据资料，以及航行过程中船舶通行权、航路沿线与各国海事管辖权的法律法规等外交争议，是目前妨碍我国船舶航行于北极航路的主要因素。因此，研究北极海区航路航海信息服务系统，构建北极航路地理信息服务平台，能够为我国发展北极航路提供基于海洋空间地理信息的信息服务，有利于节省北极航路的航行时间，缩短航行路程，保证船舶能够安全、低耗地实现最高航行效益，从而为建设我国“冰上丝绸之路”提供基本保障。

1.2 国外相关研究

作为北极航线开通的受益者，日本也一直密切关注北极地区的开发状况，并将北极战略纳入国家大战略范畴。

日本的航海保障体系及其技术一直处于世界领先地位。日本国土交通省的外局（附属机关）海上保安厅（JCG Japan Coast Guard）作为日本维持海上安全及治安的行政机关，组织建立了日本航海保障系统，提供航标助航、海事测绘、海上通讯业务的开发与实施，管理服务内容主要包括VTS交通中心、AIS站台、DGPS、航标系统、潮流信号等，以及航海保障的相关法律、规章、制度的制定与实施。在航海保障的基础设施方面，日本海上交通中心在沿岸海域建有各类视觉航标、无线电航标及其他各类航标共计5 000余座，保证了航海保障基础设施的完善。北冰洋东北航线全线贯通，开辟了亚欧海运贸易新通道，成为了一条缩短日本与欧美的航运距离与航运时间的黄金水道。受到北冰洋航线实现商业化通航的影响，为了做好使用北冰洋航道的准备，日本积极参与“国际北方航道计划”，全面调整外贸物流的格局，投入大量经费对俄罗斯北方航道（东北航道）进行通航可行性研究，用来收集北极无冰期海域航运、经济和其他安全信息，从而加大对冰海航运科技创新的支持，以确保大型船舶能在北极恶劣的气候条件下正常航行。对日本航海保障体系中的管理服务体制及其先进软硬件应用技术的分析研究，可为我国航海保障体系建设提供相关的参考范例，尤其能够提高我国北极航路航海保障体系的建设质量。

1.3 具备的条件

近年来，北方海区航海保障部门建成了覆盖北方海区各通信中心及天津海事测绘中心、天津海事科技中心在内的15个所属机构的海事信息网络体系，所属15个机构的船舶都实现了海事信息网络接入功能，用以支持海事业务开展和北海航海保障中心的内部管理需求。通过这些海事信息网络化基础建设，北海航海保障中心和各基层单位能够进行高效的信息互通。同时，北海航海保障中心还根据海事信息实际应用的需要，建立了专线网路用于服务船舶自动识别系统（AIS）。此外，北海航海保障中心下属机构天津海事测绘中心分别于2016年7月、2017年8月委派技术人员3次随船对北极东北航道进行考察，北海航海保障中心天津海事测绘中心在海事系统首次实现了北极东北航路航线水深的实际测量、东北航道沿线导航标志现场搜集和高频无线电通信系统及北斗通信系统的实地测试工作，为进一步探索东北航道开发和航海保障服务掌握了宝贵的一手资料。另外，随船工作人员对北极东北航道随船航行期间的水文气象、罗经设备（磁罗经、电罗经和光纤罗经）在高纬度海域的使用情况，以及北极东北航道气象导航服务应用情况进行了详细记录，并收集整理了北极东北航道适用的法律法规、北极东北航道沿线港口资料，以及俄罗斯北方海航道搜救和应急反应资源等航海保障相关资料，对北极海域的航海状况、导助航设施、海道测绘资料、通信保障等航海保障信息有了一个整体的认识，这为建设北极航路地理信息服务系统工作奠定了基础。

2 北极航路框架建设

建设北极航路地理信息服务系统是一个庞大复杂的系统工程，需要统筹全局，系统规划，要做好宏观设计和顶层设计工作。遵循“开放性、现势性、标准性和互操作性”这四项基本原则，建立集中决策、分级管理的北极航海保障组织规划服务体系，研发北极航海保障地理信息应用服务系统，开发数据采集系统，接入船载定位、水深、气象水文采集设备，整合各类航海保障信息，对拓宽极地航海图信息资料来源，加强服务北极航路，进而为北极水域航行的中国商船提供更准确、详细，更具有现势性的气象、航警信息等综合性服务是建设北极航路地理信息服务框架的主要工作内容。

3 总体框架

北极航路地理信息服务框架由北极航路地理信息获取与维护、北极航路地理信息集成管理与共享、北极航路地理信息分发与服务等3部分构成，主要包括关键技术、信息框架、服务模式、应用分析和产业分析等5个层面。如图2所示。

3.1 关键技术

北冰洋的地理位置特殊，且难以到达，气象、水文历史资料十分有限，海雾、海冰、海风、降水和洋流对船舶航行的影响相当大，缺少相关海事气象等信息将无法保证船舶安全航行，进而降低北极航路航运价值。因此，北极航路地理信息服务系统应以收集整理北极海域气象、水文等关于北极航路的相关信息为基础，将收集到的数据资料整理存储到北极航路地理信息服务数据库，研究分析北冰洋地區的气象、水文特点，根据收集到的气象、水文、冰情、港口信息，为船舶在北极水域航行时提供航线制定和导助航等北极航行服务。

基于北极航路地理信息服务的整个内容来看，可以将其关键技术划分为航路信息获取与存储、航路信息处理与分析、航路信息传输、航路信息表现等4个技术层面。

3.2 信息框架

利用现代电子信息技术为海事系统和北极航路地理信息服务部门提供国际标准的海事信息，构建信息框架，不仅能够提升船舶安全监控能力，还能够提高海事部门业务处理能力和航运管理水平，对北极航路地理信息服务提供信息化的支持。北极航路地理信息服务框架主要包括数据源、数据质量、数据标准、数据组织管理和数据挖掘等5个部分。

3.3 服务模式

随着计算机技术的发展，网络技术被应用于航海产业，制作的基于网络的电子海图等产品能够提供以往海事地理信息服务模式无法提供的优质海事服务。基于网络的海事地理信息服务系统构建了一种信息化、网络化、现代化的海事服务模式，能够为船舶提供更快速准确的相关航行海域海事信息，切实有效地提高了海事地理信息服务的水平，是船舶导航和辅助决策的重要工具。它将信息技术、GIS技术、WEB技术、数字化海事信息技术等先进技术进行综合开发，为海运船舶提供快速准确海事信息和各类险情信息，船舶基于这些海事信息可以进行辅助航线规划和航线监控，确保了航线的安全性，有效地提高了航行安全性。以网络技术为依托的北极航路地理信息服务系统主要提供海上无线通信、基于船舶位置的海事信息推送、实时海事信息更新查询以及其他海事信息产品等4种服务模式。

3.4 应用分析

北极航路地理信息服务系统的最终目的是将其应用到我国北极航路航运事业中。航运事业主要涉及政府管理部门、海上运输企业和海上救援机构。具体应用主要为面向政府综合航路信息服务、面向航运企业的信息服务和面向海上救援机构的服务，如图3所示。

3.5 产业分析

北极航路的特征和背景决定了我国如何制定和实施北极战略，因此需要对我国海洋战略、北极航路地理信息服务框架航海效用和运营方法进行合理分析，为进一步发展北极“蓝色经济带”战略决策的制定提供参考。分析的主要内容为航海政策分析、航海效用分析以及运营分析。

4 北极航路地理信息服务内容

北极航路地理信息服务框架是以地理信息系统为基础平台，由多个不同功能的子系统按不同层次综合集成的开放海运服务框架，主要服务于航海及其相关领域。系统将GPS、ECDIS、VTS等现代化航海工具利用先进的信息管理技术、通信技术和网络技术有机地结合在一起，最终形成开放的集查询、控制、管理、决策于一体的综合北极航路交通信息系统，从一个高层次的信息化平台上对北极航路海事测绘数据进行管理与维护，从而提高北极航路交通航运的安全水平，降低船舶运输受其他因素的影响，提高北极东北航道通行能力和交通效率的目的。框架主要服务内容为海上交通服务、海事测绘和海事信息等3部分，如图4所示。

4.1 海上交通服务

北极海域的航运业务作为综合航海保障系统服务的主要目标，其需求在北极地理信息服务系统的建设过程中具有重要指导意义。北极航路地理信息服务框架能够提供海运相关的航标助航信息，辅助海上交通管理，提供海事信息。将现代航标技术应用于北极航路，根据北极航路航道的冰情信息和各船舶信息定量和定性的分析航路通航情况，以VTS为基础集成具有丰富交互接口的综合海上智能交通管理平台能够整合多种数据资源，并根据实时海况规划和设计北极航路船舶定线制方案，为船舶提供导助航服务；研究北极航路的主要交通模式和交通环境特征，采用船舶定线制服务模式规范船舶交通流，减少船舶碰撞事故，改善当前海上交通管理现状，提高智能船舶交通管理效率；通过研制基于网络平台的北极航路海上交通信息增量式跟新服务机制，为航行于北极海域的船舶提供高精度、全海域、近实时的海上交通信息，提高海事交通数据的现势性，帮助船舶及时作出正确的航行决策。

4.2 海事测绘

海洋测绘的数字化、自动化和规范化，极大地丰富了海洋测绘数据，提升了海图发行量，提高了经济效益和社会效益。北极航路地理信息服务框架通过对中心技术人员三次随船考察获得的资料进行分析整理，构建海洋调查资料管理和共享应用机制，基于北极航路地理信息服务系统搭建海洋调查资料和调查数据产品的共享服务平台，将海洋调查资料与成果共享。通过提供北极航路相关的海洋调查和海道测绘数据，为各种海测数据、海图资料提供具有管理功能的数据库系统。数据库管理系统高效地管理海事测绘数据，提供北极航运所需的航标数据、障碍物数据、航道水深数据、沿海港口码头数据和地形岸线等海洋地理信息数据的查询、更新。将北极航路地理信息服务数据库作为电子海图基础数据库，对海事气象数据、船舶管理数据、平台生产数据、应急数据等多种数据资源进行综合管理、分析，最后以电子海图形式输出到显示端。

4.3 海事信息

在海事管理、船舶调度、搜救应急等应用过程中，需要实时掌握船舶的动态信息，并进行实时分析判断。例如船舶导助航及航线规划、船舶避碰、海冰等恶劣气象安全避险、船舶进出港等。这些分析判断的依据是船舶及其航行海域相关海事信息的相互关系，此外还包括航标、航道边线、禁航区、港口界线等海事数据。总体上可以概括为船位信息、港务信息和海上安全信息。北极航路地理信息服务框架提供的船位信息服务主要包括船舶动态位置信息、历史轨迹查询、船舶载货数据、船舶航行水域测绘数据等信息查询传输，这有助于从根本上解决船岸之间的信息隔绝情况，让岸端的管理者能够及时准确地了解船舶航行期间的动态信息。框架提供的港务信息包括为北极航航运船舶提供货物和集装箱等的中转、装卸和仓储等综合物流信息服务，有利于提高多式联运和流通加工的港务信息支持；为船舶用户提供市场决策的信息及其咨询，以电子数据交换功能为服务模式提供增值服务网络，为北极航运客户提供订单管理、供应链控制等港务服务；为建立现代物流提供整合生产力要素服务平台，利用信息技术实现从传统货物流通到现代的人员流通、货物流通、商贸流通、信息流通的全面大流通。框架提供的海上安全通信功能能够帮助海上救援管理中心人员、政府职能部门、救援船舶和重点海域监控单位完成海上救援信息的浏览、录入、修改和统计。该功能的实现方式是在海上救援管理中心人员收到海上事故信息后对相关信息及时分析，从数据库中将救援资源调出显示到救援管理中心的平台上，从而方便工作人员对卫生应急资源、执法应急资源、消防应急资源等不同类型的应急资源进行协同调度，达到最优救助效果。

5 总结

北极航路地理信息服务系统的建设需从“冰上丝绸之路”战略和全局的高度出发，充分领会《航保“十三五”规划》《综合运输“十三五”发展规划》《交通运输支持系统“十三五”建设规划》、《交通运输安全生产和应急体系建设“十三五”发展规划》《交通运输信息化“十三五”发展规划》《海事“十三五”发展规划》等政策文件，结合各海事部门实际需求，制定一系列任务目标，并对各阶段目标任务合理安排，采取有效行动实施任务计划，为全面落实航路服务提供保证和支持。在系统建设的实施过程中，应不断加强各部门之间的沟通和职责落实，推进系统管理创新和战略变革，切实将服务系统应用于保障我国商船安全航行于北极航路。

参考文献

[1] 李志华. 北极航线概况[C]. 中国航海学会海洋船舶驾驶专业委员会.气象海洋环境与船舶航行安全论文集，2010：5.

[2] 项珏，吴敌，张杏谷，彭国均.日本航海保障体系研究与启示[J].中国海事，2014（09）：57-60.