江蘇省內(nèi)河航道感知設(shè)施布局體系構(gòu)建及應(yīng)用

石磊 劉轟 梅道光

【摘 要】 航道感知作為航道運(yùn)行管理所需數(shù)據(jù)的來(lái)源，是實(shí)現(xiàn)航道全要素?cái)?shù)字化的重要支撐。在全面分析航道感知要素及其感知設(shè)施的基礎(chǔ)上，構(gòu)建內(nèi)河航道立體智能感知設(shè)施布局體系，進(jìn)一步明確分級(jí)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。通過實(shí)際應(yīng)用表明，該布局體系有利于提高航道感知設(shè)施建設(shè)的統(tǒng)一性和規(guī)范性，可為國(guó)內(nèi)其他內(nèi)河航道感知設(shè)施的建設(shè)提供借鑒和經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】 內(nèi)河航道；航道管理；感知設(shè)施

0 引 言

水運(yùn)作為綜合交通運(yùn)輸體系的重要組成部分，具有資源集約利用、運(yùn)輸能力強(qiáng)大、綠色安全指數(shù)高等顯著優(yōu)勢(shì)[1]。根據(jù)《江蘇省干線航道網(wǎng)規(guī)劃（2017―2035年）》，到2035年江蘇省全省干線航道網(wǎng)形態(tài)上呈“兩縱五橫”布局，形成以長(zhǎng)江干線和京杭運(yùn)河為核心，Ⅲ級(jí)及以上航道為骨干，達(dá)海、通江、聯(lián)網(wǎng)、互通的千噸級(jí)干線航道網(wǎng)，里程共計(jì)4 010 km。2020年，全省完成水路運(yùn)輸量9.3億t （不含長(zhǎng)江航線），完成貨物周轉(zhuǎn)量7 039億 t穔m，分別占全國(guó)總量的12.3%和6.7%，分別占全省社會(huì)綜合交通運(yùn)輸總量的32%和61%。

航道感知作為航道運(yùn)行管理所需數(shù)據(jù)的來(lái)源，是實(shí)現(xiàn)航道管理全要素?cái)?shù)字化的重要支撐。隨著數(shù)字航道和智能航運(yùn)的迅速發(fā)展，構(gòu)建全面立體、時(shí)效性強(qiáng)、準(zhǔn)確可靠的航道感知設(shè)施體系已成為對(duì)內(nèi)支撐精細(xì)化航道運(yùn)行管理、對(duì)外增強(qiáng)航道服務(wù)能力的迫切需要[2]。由于江蘇省內(nèi)河航道里程長(zhǎng)、范圍大，且各航道等級(jí)、船舶流量、通航環(huán)境等不同，加上航道感知要素和感知設(shè)施種類較多，因此有必要在全面分析航道感知要素及其感知設(shè)施的基礎(chǔ)上，構(gòu)建航道感知設(shè)施布局體系。

1 航道感知要素分析

根據(jù)航道運(yùn)行監(jiān)測(cè)、公共信息服務(wù)等對(duì)航道數(shù)據(jù)感知的需求，將江蘇省內(nèi)河航道感知要素劃分為航道通航環(huán)境要素、航道通航運(yùn)行狀態(tài)、航道基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)和助航設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)，如圖1所示。

（1）航道通航環(huán)境要素包括航道水位、流速流向、風(fēng)速風(fēng)向、能見度、水深、通航橋梁凈空等，對(duì)應(yīng)的感知設(shè)施分別為水文站、流速流向儀、氣象儀、能見度儀和水深儀。目前，江蘇省港航部門已與水利部門實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享交換，可動(dòng)態(tài)獲取內(nèi)河航道水位數(shù)據(jù)，因此建議利用橋梁附近水位數(shù)據(jù)換算獲取通航橋梁凈空數(shù)據(jù)。

（2） 航道通航運(yùn)行狀態(tài)包括船舶身份信息、動(dòng)態(tài)位置和水上交通流量，其中船舶信息感知采集利用船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS）、攝像機(jī)和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合的方式；通過在省界、市界、Ⅲ級(jí)航道交匯處等布設(shè)交通流量觀測(cè)設(shè)備獲取水上交通流量。

（3） 航道基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)包括航道水下地形、水上服務(wù)區(qū)/錨地和航道護(hù)岸，其中航道水下地形采集利用水下地形掃描觀測(cè)設(shè)備和無(wú)人船相結(jié)合的方式，采用高分影像、攝像機(jī)和無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)獲取水上服務(wù)區(qū)/錨地及航道護(hù)岸的運(yùn)行狀態(tài)。

（4） 助航設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)主要是指航標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)，其采集方式是利用航標(biāo)遙測(cè)遙控設(shè)備。

2 航道感知設(shè)施布局體系構(gòu)建

從航道感知要素分析結(jié)果可知，每種感知要素與感知設(shè)施并不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如船舶感知需要在AIS、內(nèi)河船舶電子身份識(shí)別及定位器（Vessel Identification and Tracking Sensor，VITS）結(jié)合視頻、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及智能移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的自動(dòng)復(fù)核和比對(duì)；攝像機(jī)除了獲取船舶圖像外，還可以結(jié)合智能分析算法感知水上交通流量、航道基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)等要素。

因此，為更好地指導(dǎo)航道感知設(shè)施的建設(shè)，從感知設(shè)施角度出發(fā)，構(gòu)建內(nèi)河航道立體智能感知設(shè)施布局體系。根據(jù)不同感知設(shè)施的空間位置，將其分為航道水面、水下和空中感知設(shè)施3類，如圖2所示。

（1）航道水面感知設(shè)施包括攝像機(jī)、航道AIS基站、水上交通流量觀測(cè)設(shè)備、能見度儀、氣象儀、無(wú)人船、航標(biāo)遙測(cè)遙控設(shè)備等。

（2） 航道水下感知設(shè)施包括水文站、水深儀、流速流向儀、航道水下地形掃測(cè)設(shè)備等。

（3） 航道空中感知設(shè)施包括無(wú)人機(jī)、高分影像、北斗地基增強(qiáng)基站等。

建設(shè)航道感知設(shè)施時(shí)，應(yīng)根據(jù)各航道的通航環(huán)境要素、交通復(fù)雜程度、航道設(shè)施現(xiàn)狀及現(xiàn)有感知設(shè)備的布設(shè)情況，分級(jí)、全面、統(tǒng)一考慮，確保感知設(shè)施建設(shè)的統(tǒng)一性和規(guī)范性。根據(jù)上述布局體系，將江蘇省內(nèi)河航道感知設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)分為2級(jí)，即A級(jí)航道感知布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和B級(jí)航道感知布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。其中京杭運(yùn)河蘇北段、蘇南段，以及特殊航段、交通繁忙航段參照A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)布設(shè)，其他內(nèi)河航道參照B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)布設(shè)，見表1。

根據(jù)A、B級(jí)航道感知的功能要求，進(jìn)一步明確航道感知設(shè)施配置與布設(shè)規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見表2。

3 布局體系的應(yīng)用

已將上述內(nèi)河航道立體智能感知設(shè)施布局體系應(yīng)用到京杭運(yùn)河江蘇段綠色現(xiàn)代航運(yùn)綜合整治工程智慧運(yùn)河工程、通揚(yáng)線泰州段、高郵段航道整治工程信息化項(xiàng)目等工程中。京杭運(yùn)河江蘇段綠色現(xiàn)代航運(yùn)綜合整治工程是《交通強(qiáng)國(guó)江蘇方案》的十大樣本之一，其中智慧運(yùn)河工程是交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)工程，航道感知設(shè)施是智慧運(yùn)河工程的重要組成部分?；谏鲜龈兄O(shè)施布局體系及航道需求和特點(diǎn)，形成如下感知設(shè)施布設(shè)方案。

3.1 航道水面感知設(shè)施

（1）航道攝像機(jī)：分為航道監(jiān)控?cái)z像機(jī)和全景攝像機(jī)，其中航道監(jiān)控?cái)z像機(jī)用于航道沿線監(jiān)控，布設(shè)間距為2～4 km，全景攝像機(jī)用于重點(diǎn)區(qū)域（水上服務(wù)區(qū)、錨地、Ⅲ級(jí)航道交匯處等）全景視頻監(jiān)控。

（2）航道AIS基站：實(shí)現(xiàn)京杭運(yùn)河江蘇段航道AIS信號(hào)全覆蓋，單座航道AIS基站覆蓋半徑應(yīng)≥10 km。

（3）水上交通流量觀測(cè)設(shè)備：主要利用船舶過閘數(shù)據(jù)、船舶AIS數(shù)據(jù)、視頻智能分析等相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)水上交通流量觀測(cè)，主要將基于視頻智能分析的水上交通流量觀測(cè)設(shè)備布設(shè)在航段交界、地市交界和Ⅲ級(jí)航道交匯處。

（4）能見度儀：主要布設(shè)在錨地、水上服務(wù)區(qū)等處。

（5）氣象儀：主要布設(shè)在船閘、湖區(qū)航道、通江通海航段等處。

3.2 航道水下感知設(shè)施

（1）水文站：充分利用水利部門已有的水文數(shù)據(jù)，新建航道水文站優(yōu)先選擇在水上服務(wù)區(qū)、錨地、枝汊河口、水位變化較快航段、礙航橋梁等處布設(shè)。

（2） 流速流向儀：主要布設(shè)在通江通海航段、具備開通閘條件的船閘、汛期泄洪造成橫流較大進(jìn)而影響船舶航行的航段。

3.3 航道空中感知設(shè)施

（1）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地基增強(qiáng)基站：已實(shí)現(xiàn)京杭運(yùn)河江蘇段信號(hào)全覆蓋，其中單座北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地基增強(qiáng)基站信號(hào)覆蓋范圍為30～50 km。建設(shè)基站時(shí)，優(yōu)先利用已有建筑物屋頂安裝，同時(shí)利用智能手機(jī)為過往船舶提供差分定位服務(wù)。

（2）無(wú)人機(jī)：結(jié)合船閘管理所和市級(jí)航網(wǎng)運(yùn)行中心設(shè)置無(wú)人機(jī)，實(shí)現(xiàn)船閘及航道的應(yīng)急巡查和管理。

通過實(shí)際工程應(yīng)用可知，江蘇省內(nèi)河航道立體智能感知設(shè)施布局體系提高了感知設(shè)施建設(shè)過程中的統(tǒng)一性和規(guī)范性，有利于為航道運(yùn)行監(jiān)測(cè)、指揮調(diào)度和公眾信息服務(wù)提供全面、精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的航道感知數(shù)據(jù)，促進(jìn)江蘇省內(nèi)河水運(yùn)高質(zhì)量發(fā)展。

4 結(jié) 語(yǔ)

航道感知設(shè)施是數(shù)字航道和智能航運(yùn)的重要支撐，也是航道運(yùn)行監(jiān)測(cè)體系的重要組成部分。本文基于航道感知要素，構(gòu)建適用于江蘇省內(nèi)河航道的立體智能感知設(shè)施布局體系，并將其應(yīng)用于實(shí)際工程中。隨著感知技術(shù)和設(shè)備的不斷更新、發(fā)展，需要進(jìn)一步完善航道感知設(shè)施布局體系。

參考文獻(xiàn)：

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