京杭運河蘇北段電子航道圖建設(shè)及應(yīng)用研究

陳宇

摘 要：本文以京杭運河蘇北段電子航道圖建設(shè)作為研究對象，重點圍繞京杭運河蘇北段的基本情況及電子航道圖建設(shè)需求，按照電子航道圖的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)步驟，提出京杭運河蘇北段電子航道圖的建設(shè)方案，在此基礎(chǔ)上，探索電子航道圖在航道運行狀態(tài)智能監(jiān)測與分析、航道智能巡查、錨地停泊區(qū)調(diào)度管理、船舶導(dǎo)助航、輔助決策服務(wù)等方面的應(yīng)用，以期通過電子航道圖建設(shè)，提升以京杭運河蘇北段的數(shù)字化、智慧化水平。

關(guān)鍵詞：京杭運河;電子航道圖;建設(shè)方案;應(yīng)用

中圖分類號：U612.26? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）05-0068-03

江蘇省是內(nèi)河航運大省，全省內(nèi)河航道網(wǎng)絡(luò)密布，航道總長約2.4萬公里。內(nèi)河航運也是江蘇省經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，內(nèi)河貨運量約占全省綜合貨運量的三分之一，內(nèi)河貨運周轉(zhuǎn)量占全省綜合貨運周轉(zhuǎn)量的一半。隨著我國經(jīng)濟已由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，尤其是在推動江蘇高質(zhì)量發(fā)展走在全國前列的目標(biāo)指引下，江蘇省內(nèi)河航道發(fā)展面臨的形勢任務(wù)發(fā)生了重大變化?！督煌◤妵ㄔO(shè)綱要》《智能航運發(fā)展指導(dǎo)意見》《交通強國江蘇方案》《內(nèi)河航運發(fā)展綱要》《江蘇省智慧航運發(fā)展研究》《京杭運河綠色現(xiàn)代航運發(fā)展實施方案》等國家、部省文件對內(nèi)河航道發(fā)展指明了方向。但與珠江、長江相比，江蘇省內(nèi)河航道的數(shù)字化程度仍存在較大差距，目前尚沒有直觀的導(dǎo)助航服務(wù)。本文以京杭運河蘇北段作為研究對象，重點探索京杭運河蘇北段電子航道圖建設(shè)路徑與應(yīng)用場景，以期提升以京杭運河蘇北段的數(shù)字化、智慧化水平。

1電子航道圖及其功能

1.1電子航道圖

電子航道圖是經(jīng)過“外業(yè)數(shù)據(jù)采集-內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理-電子航道圖生產(chǎn)”后得到的地圖成果，是航道圖數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)物。[1]由于內(nèi)河航道分布范圍廣、規(guī)模大、管理主體不統(tǒng)一等特征，導(dǎo)致內(nèi)河航道電子航道圖的制作難度較大。為規(guī)范內(nèi)河航道電子航道圖建設(shè)，統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，交通運輸部發(fā)布了《內(nèi)河電子航道圖技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱“規(guī)范”），有利于不同地區(qū)內(nèi)河航道電子航道圖成網(wǎng)成環(huán)及后期維護。規(guī)范指出電子航道圖是將內(nèi)河航道的地物、水深、航標(biāo)等信息以數(shù)字化形式表達的航道圖，是在內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和格式上標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)集[2]。

1.2電子航道圖基本功能

電子航道圖生產(chǎn)一方面將測量成果進行編輯處理和統(tǒng)一管理，為航道管理部門的航道維護管理各類應(yīng)用系統(tǒng)（如航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)）的運行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，同時也為不同的電子航道圖使用者（行業(yè)單位、港航企業(yè)、社會公眾、船舶）提供電子航道圖服務(wù)。電子航道圖作為測量成果的重要表現(xiàn)形式和各類應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，將航道數(shù)據(jù)生產(chǎn)與航運管理需求、社會公眾服務(wù)需求有機地結(jié)合在一起，在數(shù)字航道體系中起著空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和系統(tǒng)支撐的關(guān)鍵作用。其主要功能包括數(shù)字化運行系統(tǒng)、航道三維顯示、航道設(shè)施管理、航道信息服務(wù)、導(dǎo)航助航服務(wù)、輔助決策服務(wù)、管理監(jiān)控服務(wù)。[3]

2 電子航道圖建設(shè)方案

2.1電子航道圖采集數(shù)據(jù)

電子航道圖的生產(chǎn)，需要有電子化的全線測量成果數(shù)據(jù)作支持，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，需采集以下數(shù)據(jù)：

為保證電子航道圖生產(chǎn)的現(xiàn)勢性、提高數(shù)據(jù)使用效率、降低生產(chǎn)成本，在航道測量數(shù)據(jù)收集方面，需綜合考慮航行參考圖、航道維護性測量成果、航道工程建設(shè)測量成果等情況，綜合利用已有的航道數(shù)據(jù)，保證內(nèi)河航道電子航道圖制作的數(shù)據(jù)需求[4]。

2.2電子航道圖建設(shè)方案

2.2.1電子航道圖技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

電子航道圖標(biāo)準(zhǔn)體系貫穿于電子航道圖數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)、服務(wù)與管理的全過程，用以指導(dǎo)具體建設(shè)工作，發(fā)揮著至關(guān)重要的保障作用。電子海圖標(biāo)準(zhǔn)主要包括國際海道測量組織的IHO系列標(biāo)準(zhǔn)、國際內(nèi)河電子航道圖標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)組織的IEHG系列標(biāo)準(zhǔn)，以及長江電子航道圖系列標(biāo)準(zhǔn)。[5]國內(nèi)內(nèi)河電子航道圖在繼承國際內(nèi)河電子航道圖IEHG框架，以及吸收對接長江電子航道系列標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合《內(nèi)河電子航道圖技術(shù)規(guī)范》，對物標(biāo)及屬性目錄、要素編碼、數(shù)據(jù)文件及結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)檢驗等方面進行了規(guī)范，為內(nèi)河航道電子航道圖建設(shè)提供了參考標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2電子航道圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程

電子航道圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程包括外業(yè)數(shù)據(jù)采集和資料選取、數(shù)據(jù)編輯與處理、數(shù)據(jù)審核、產(chǎn)品發(fā)布與應(yīng)用幾個階段，如圖1所示。

2.2.3成果檢查與審核

完成生產(chǎn)建庫后，為滿足用戶需求，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)規(guī)則將數(shù)據(jù)進行分幅，保證終端設(shè)備能夠快速、高效、便捷地對數(shù)據(jù)進行使用。[6]在數(shù)據(jù)對外分發(fā)服務(wù)前，分幅工作主要包括圖幅范圍確定、圖幅重疊區(qū)域處理、圖廓修飾、數(shù)據(jù)裁剪等，并要保證數(shù)據(jù)要素完整，屬性信息詳細(xì)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)航系統(tǒng)能夠使用的ENC數(shù)據(jù)。為保證對外提供的ENC數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)化，在首次完成生產(chǎn)并對外提供前應(yīng)進行詳細(xì)的數(shù)據(jù)檢查與審核，其主要目的在于：一是檢驗工程建設(shè)的生產(chǎn)流程是否完整可靠，能否達到數(shù)據(jù)生產(chǎn)的目標(biāo);二是完成數(shù)據(jù)生產(chǎn)后，對數(shù)據(jù)進行詳細(xì)審核，以確保數(shù)據(jù)滿足對外應(yīng)用服務(wù)的需求。

3 京杭運河蘇北段電子航道圖建設(shè)及應(yīng)用

3.1電子航道圖建設(shè)

根據(jù)內(nèi)河航道電子航道圖建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合京杭運河的實際情況，按照電子航道圖建設(shè)步驟，開展京杭運河蘇北段電子航道建設(shè)。

（1）數(shù)據(jù)補充采集和處理。京杭運河蘇北段全長475公里（含湖西航道與中運河），其中泗陽船閘到淮安船閘62公里已經(jīng)完成了初步的電子航道圖建設(shè)，補充采集其余342km航道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（水下地形數(shù)據(jù)已有，不需重復(fù)采集）;湖西航道和中運河共71km航道，需補充采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括水下地形數(shù)據(jù)。對采集的原始數(shù)據(jù)進行處理、生產(chǎn)轉(zhuǎn)換、校核等，為實現(xiàn)電子航道圖生產(chǎn)提供所需的數(shù)據(jù)源。

（2）建設(shè)電子航道圖生產(chǎn)編輯系統(tǒng)。保證數(shù)據(jù)生產(chǎn)的正常進行，并將現(xiàn)有62km電子航道圖進行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換后，納入生產(chǎn)編輯系統(tǒng)，生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的、蘇北運河完整的475km電子航道圖。

（3）電子航道圖數(shù)據(jù)展示。疊加全省電子航道圖，展示系統(tǒng)首頁為整個江蘇省航道圖，點擊可選擇京杭運河蘇北段詳細(xì)電子航道圖進行展示，并且可將線、面相結(jié)合，比如點擊某段航段，即可展示出與這段航段相關(guān)的前后船閘、碼頭、錨泊區(qū)、航標(biāo)等航道要素信息。

（4）電子航道圖服務(wù)系統(tǒng)。結(jié)合蘇北航務(wù)管理處內(nèi)外網(wǎng)網(wǎng)站和船訊通APP，建設(shè)電子航道圖內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)。

3.2電子航道圖應(yīng)用

為船舶用戶提供形象、直觀、高效、精確的導(dǎo)航、助航功能和便捷的通信功能，電子航道圖應(yīng)用系統(tǒng)主要功能如下[7]：

（1）航道運行狀態(tài)智能監(jiān)測與分析：基于電子航道圖展現(xiàn)蘇北運河船舶運行動態(tài)、過閘動態(tài)、航線動態(tài);實現(xiàn)分區(qū)、分航段的船舶交通流量監(jiān)測、擁堵預(yù)警;實現(xiàn)船舶航行條件復(fù)雜、船舶流量較大、停泊區(qū)密集區(qū)域等重點航段的高清視頻監(jiān)控與分析，實現(xiàn)航政艇、航道工程船舶的智能管理和動態(tài)監(jiān)測。具有報警、記錄、回放巡航歷史軌跡功能。

（2）航道智能巡查：利用高清視頻和電子航道圖實現(xiàn)航道電子巡查;航道養(yǎng)護數(shù)據(jù)分析與報表生成;實現(xiàn)對臨、跨、過河設(shè)施、航標(biāo)、標(biāo)志標(biāo)牌進行的航政巡查、養(yǎng)護和管理，并通過GIS和BIM三維展現(xiàn)技術(shù)進行展現(xiàn)。利用高分影像對比分析，航道臨跨過河設(shè)施、違章建筑、護岸的變形預(yù)警。

（3）錨地停泊區(qū)調(diào)度管理：依據(jù)船舶智能感知所獲取的數(shù)據(jù)和錨地停泊區(qū)專用視頻采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對錨地實時泊位狀況的自動分析和管理，告知待閘待港船舶當(dāng)前泊位情況，并根據(jù)調(diào)度計劃提供合理的船舶停泊引導(dǎo)。

（4）通過AIS信號與手機終端定位相結(jié)合，為用戶提供船舶助航、周邊船舶識別與顯示、航行預(yù)警、流速信息顯示、可航水深查詢與顯示、可視距離及虛擬航標(biāo)的顯示等功能。并能提供對航道內(nèi)船舶密度進行分析，對附近船舶進行提醒，讓船員可以規(guī)劃更為合理的航線。

（5）輔助決策服務(wù)。結(jié)合虛擬航標(biāo)功能，對航道內(nèi)突發(fā)狀況（設(shè)備安裝點水域附近礙航物、事故現(xiàn)場、礁石）進行預(yù)警提示，并推送給附近所有船舶謹(jǐn)慎駕駛。還可提供滿足船員查詢條件的當(dāng)天及未來7天不同水深航道范圍的顯示與查詢，為船民設(shè)計經(jīng)濟航線、編制航次計劃以及船舶配載等提供輔助決策服務(wù)。

4 結(jié)語

近年來，無論是國家層面還是地方層面，開始逐步重視智慧航道建設(shè)。京杭運河作為江蘇省乃至全國重要的內(nèi)河航道，具有重要的戰(zhàn)略地位，其數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化建設(shè)越來越受到管理者的重視。因此，為提升京杭運河蘇北段的航道設(shè)施維護、管理及運輸服務(wù)能力，需要加快推進電子航道圖建設(shè)。一方面按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范完成蘇北運河475km電子航道圖制作，實現(xiàn)電子航道圖與GIS、三維實景的融合，“一張圖”綜合展現(xiàn);另一方面深化電子航道圖應(yīng)用，生成航閘養(yǎng)護、綜合服務(wù)、船舶助航服務(wù)專題“三張圖”，為行業(yè)監(jiān)管提供支撐，為公眾提供圖行服務(wù)。

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