虚拟航标在海洋油气开发设施上的应用研究

    钟汉明

    

    摘要：随着我国海洋油气田勘探开发的发展，离岸海洋油气平台以及平台间海底管线、电缆等数量与日俱增，也增加了过往船舶与平台发生碰撞的风险以及过往船舶对海底管线和电缆损坏等风险。针对此问题，结合虚拟航标的应用及发展现状，以及海洋油气开发设施特点，提出了将虚拟航标应用到海洋油气开发设施的方案，用以保障海洋油气开发设施的安全生产和船舶安全航行，并对应用中可能存在问题进行了分析。

    关键词：虚拟航标 ?油气开发设施 ?自动识别系统 ?应用现状

    引言

    随着海洋油气勘探和开采技术不断提升，海上油气采集、生产和附属设施的数量也不断增加，在某些海域形成了平台群以及相关的海底管线/电缆等附属设备，给过往船舶安全航行带来了隐患[1]。同时，海上过往商船、渔船和作业工程船舶在航行和作业过程中，一旦与海洋油气开发设施发生碰撞会带来极大的危害，严重影响海上石油的安全生产。此外，海洋平台也会对周围的通航环境和船舶安全航行造成一定的影响[2]。

    目前，防止船舶与海洋平台的保障措施主要有人为的措施，如设置信号灯，警示标志，以及派守护船在周围守护警戒，这些措施有效地保障了海洋油气设施的安全作业。但是在能见度不良或者其他恶劣天气等情况下，以上措施很难发挥其作用，应对船舶的碰撞风险，以及船舶抛锚对海底管线和电缆的破坏风险，海洋油气开发设施迫切需要一种新的安全保障机制。虚拟航标是一种基于AIS技术、ECDIS等技术的一种为过往船舶标识障碍物或者提供危险物警告的有效手段，其抗恶劣环境干扰能力强、易布设等特点很好地契合了海洋平台安全保障的需要。

    虚拟航标的工作原理

    虚拟航标是基于 AIS 网络而产生和发展的新型航标应用技术，是一种不存在的无实体的航标，它需要从附近的AIS基站发送相关信息。它综合了计算机、卫星导航定位、网络技术和AIS等现代高新技术在航标领域中的应用，将AIS 与电子海图显示和信息系统（ECDIS）有机结合，利用 AIS 基站将管理区域内的航标信息实时动态地传送给用户，并在AIS的显示屏、ECDIS 上显示出来，在这种情况下，航标符号会出现在AIS 的显示屏上没有实际航标存在的特定位置，从而达到监控、预警等目的。

    AIS虚拟航标系统原理是在3G（GPS/GSM/GIS）系统的基础上，将3G系统采集的航标数据及人机接口输入的其它非遥测航标数据，变换为适合 AIS 接口的数据格式，通过 AIS 基站网络发布，而后在船舶或相关管理部门的 ECDIS 界面上进行显示，监控中心将数据送至AIS接口，AIS 处理器对送来的数据按电文要求进行格式转换，再经过AIS 基站网络利用 VHF 链路进行发布，船舶及相关的用户利用 AIS 接收机接收后在ECDIS 系统上显示，如图1所示：

    图1 ?AIS虚拟航标系统工作原理图

    虚拟航标在海洋油气开发设施中的应用

    随着近年来海洋油气业的发展，以油气钻探平台和油气采集、生产平台以及其附属设备为代表的离岸海洋建筑物逐渐增多，都给沿海的通航环境造成很大的影响，如没有建立完善的助航保障体系，过往商船、渔船和作业工程船在航行或作业过程对海洋油气开发设施带来了隐患。传统的手段，包括设置警戒标，配备警戒船等仍不能有效保障船舶安全通过海洋油气开发设施附近水域，尤其在恶劣天气情况下，因此迫切需要一种新的保障措施引入来改变目前的局面。

    虚拟航标是基于AIS网络产生新型航标应用技术，它是将某一区域内航标信息实时发送给用户，并在显示终端显示。与传统实体航标相比，虚拟航标具有以下几个方面的优势：①虚拟航标的设置比较快捷、方便，比如为某个水域设置一个沉船等标识，虚拟航标的快捷型就可以很好的体现，只需在AIS网络系统中设置一座沉船标识即可;②虚拟航标设定、更改和维护的成本较低。虚拟航标主要依靠AIS岸基系统，其设置一般通过AIS系统资源实现，因此设定、更改或维护基本不需要额外花费，相对于传统航标成本显著减少;③虚拟航标的布设基本不受水域环境、海况和气象等条件限制。基于AIS技术的虚拟航标具有点对点、排他性、抗干扰性、信息量大和更新及时等特点，因此虚拟航标的位置信息更加准确和稳定;④虚拟航标更绿色和环保，更符合我国海事“更安全、更清洁、更便捷”的服务宗旨。

    通过以上虚拟航标与传统航标对比可以看出，虚拟航标很适合应用于海洋油气开发设施领域，为其周围水域安全提供保障。海上油气开发设施通常是不可移动，属于离岸建筑物范畴。根据国际航标协会（IALA）于2007年6月颁布了《关于海区航标服务中使用自动识别系统（AIS）的建议案》（A-126）中明确指出离岸建筑物（例如：钻油平台）属应配备相应AIS航标的要求。根据国际海事组织（IMO）在SOLAS 公约2002年修正案要求，国际航行300总吨和国内沿海航行500总吨及以上的船舶已分别于2004年 12月31日和2008年7月1日前安装AIS 设备。同时，较大船舶均配备了电子海图显示和信息系统（ECDIS），2012 年起 ECDIS 将是船舶必须强制安装的设备，进而能够显示AIS信息。AIS及ECDIS的广泛使用为虚拟航标在油气开发设施中发挥作用创造了前提条件。

    随着海洋油气田开发技术日益成熟，海上平台以及平台之间海底管线/电缆数量增多，有些海域已经形成了平台群，其占据的海域面积较大，对过往商船、渔船以及作业工程船舶安全航行或作业产生显著影响。根据不同平台的位置、功能需求的不同，选择合适的AIS设备种类、规格，设置相适应AIS虚拟航标，使其作用距离能够覆盖本工程所有平台以及平台间管线/电缆，从而通过信息的相互探测、监控和预警，以实现以下几个目标：

    尽可能实现油气平台或平台群水域的AIS全覆盖，使过往船舶从各个方向靠近平台群时均能在一定安全距离外接收到油气平台的基于AIS的虚拟航标信息。

    为航行在平台或平台群周围水域的船舶提供精确位置服务，如用于航线矫正等。

    通过AIS基站通过虚拟航标可以为附近水域船舶进行提供必要的气象或者其他重要信息服务。

    紧急情况下，基于AIS虚拟航标可以对应急组织、救援管理起到足够的信息支持作用。

    存在的问题

    尽管虚拟航标应用到海洋平台是未来发展的趋势，但同样存在一些问题。未来虚拟航标的规模化应用过程中将主要面临以下问题：

    在中短期内，虚拟航标不会被许多船舶显示（由于没有安装ECDIS等相关配套设备），或者虚拟航标的大小在不同显示终端大小不同。

    虚拟航标需要统一规范相关标准，目前仍没有统一的规范和标准。虚拟航标相关规范的设定涉及很多部门，要使虚拟航标更高效地发挥作用，必须协调好IMO、IALA、IHO、ITU、IEC、以及航海仪器生产商等各方利益，制定一个统一、详细的虚拟航标实施规范。

    虚拟航标对AIS网络系统的可靠性有很高的要求。在应用过程中，要考虑全球导航卫星系统（GNSS）受到非法攻击的可能性;相关电子导航设备出错可能性以及其对干扰的敏感性;需要考虑AIS VDL容量大小和FATDMA设计的合理性。

    此外，英国和爱尔兰航标管理局在虚拟航标草案中对虚拟航标设定做了以下要求，并对其发展趋势做了明确说明：①应能满足日益增长的过往船舶的各种通信能力需求;②围绕风险区域设置虚拟航标;③尽量减少虚拟航标的作用范围;④提供有效的信号位置;⑤虚拟航标可以提供航标、确定位置以及危险区域警告等功能;⑥虚拟航标技术还需要进一步监督、审核和开发;⑦需要有一个统一的国际标准;⑧可以为电子航海的发展提供支持;⑨需要考虑花费合理性以及尽量减少对环境的影响。

    结论

    虚拟航标的出现为海洋油气开发设施安全生产增添了一道安全防撞网，将会大大降低来自船舶对油气平台以及对海底管线和电缆等碰撞风险，从而产生很大潜在经济效益和社会效益。同时，随着ECDIS技术、AIS技术等和海上安全相关的信息技术的发展，虚拟航标将会呈现无限的应用前景，不仅在离岸海洋油气开发设施，而且港口、内河航道等区域发挥越来越重要的作用。

    参考文献：

    [1]杨倩. 对海上石油平台设置助航标志必要性的分析和探讨[J]. 中国航海学会航标专业委员会沿海航标学组 2002 年航标学术研讨论文集， 2002.

    [2]陈智辉， 熊振南. 海上石油开采平台对通航安全影响的综合评判[J]. 中国航海， 2013 （4）： 104-108.

    [3].邵进兴， 柯玉义. 谈虚拟航标的应用及发展[J]. 中国海事， 2014 （3）.

    [4]Manipis L A， Kim D G， Park G K. A Study on the Application of Virtual AtoN on the Enhancement of Ship Safety Navigation[C]//Proceedings of KIIS Fall Conference.2010， 20（2）.

    [5].张鹏. AIS 虚拟航标应用探讨[J]. 中国航海学会航标专业委员会沿海航标学组， 无线电导航学组， 内河航标学组年会暨学术交流会论文集， 2009.

    （作者单位：中海石油（中国）有限公司上海分公司）