內(nèi)河航道助航系統(tǒng)智能化技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

劉懷漢，曾 暉，周俊安，呂永祥，初秀民

(1.長江航道局，湖北 武漢 430011;2.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430063)

近年來，隨著內(nèi)河航運的飛速發(fā)展，船舶逐步大型化、船舶流量逐年加大、影響通航安全的跨臨河建筑物增多，傳統(tǒng)的紙質(zhì)航道圖、視覺航標(biāo)已無法完全滿足內(nèi)河航道助航需求，人工揭示為主的信號臺也無法適應(yīng)控制河段船舶通行指揮的需求，內(nèi)河助航系統(tǒng)亟需新方法、新技術(shù)、新裝備提升其效能。電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)和無線通信技術(shù)的快速發(fā)展促進(jìn)了內(nèi)河航道現(xiàn)代助航技術(shù)的同步發(fā)展，使內(nèi)河航道助航系統(tǒng)被賦予了新的含義，即:為各種內(nèi)河航道水上活動提供安全信息的設(shè)施或系統(tǒng)，其內(nèi)涵和服務(wù)領(lǐng)域都有了很大變化。首先，將助航的服務(wù)對象由船舶擴(kuò)大到各種水上活動;其次，將助航系統(tǒng)提供的信息從助航信息擴(kuò)大到安全信息。國外現(xiàn)代助航技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)先于國內(nèi)，早在20世紀(jì)90年代，歐盟構(gòu)建了泛歐統(tǒng)一的內(nèi)河航運信息服務(wù)系統(tǒng)(River Information Services，簡稱RIS)，該系統(tǒng)將歐洲多個國家不同的內(nèi)河航運信息服務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)了無縫集成與共享，面向各級用戶提供比較完善的航運綜合信息服務(wù)，保障了跨國和跨區(qū)域內(nèi)河航運的高效、經(jīng)濟(jì)與安全性，加快了歐洲內(nèi)河航運業(yè)的整體發(fā)展［1］。助航系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化、信息化和智能化，將船、標(biāo)和岸連為一體，互聯(lián)互通，船舶隨時隨地可以獲取標(biāo)或岸發(fā)送的航道、水文、氣象和安全信息?；谶@一內(nèi)涵，內(nèi)河航道助航系統(tǒng)由各種視覺航標(biāo)、虛擬航標(biāo)、航道通航環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和交通指揮系統(tǒng)等組成。我國內(nèi)河航道助航智能化技術(shù)建設(shè)開始于“十一五”期間，近期取得快速發(fā)展，2009年長江航道局建設(shè)了南瀏數(shù)字航道示范工程，2012年長三角地區(qū)內(nèi)河航道網(wǎng)及京杭運河水系智能航運信息服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程開始建設(shè)，2015年珠江航運綜合信息服務(wù)系統(tǒng)工程建設(shè)工作正式啟動。當(dāng)前我國內(nèi)河航道信息化正處于數(shù)字航道起步階段，重點圍繞航道要素信息采集、要素信息傳輸、電子航道圖生產(chǎn)制作、航道維護(hù)管理與航道要素信息綜合服務(wù)支撐系統(tǒng)建設(shè)以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定等方面開展研究。隨著目前內(nèi)河航道助航系統(tǒng)向著信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展，其結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，技術(shù)含量越來越高，有必要對內(nèi)河航道助航智能化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行全面深入的分析和論述，為內(nèi)河助航智能化系統(tǒng)與裝備的開發(fā)提供技術(shù)指導(dǎo)［2－3］。

1 內(nèi)河航標(biāo)智能化技術(shù)

內(nèi)河航道助航系統(tǒng)中最典型的設(shè)施是航標(biāo)，具有4項功能即定位、危險警告、確認(rèn)和指示交通。航標(biāo)按工作原理分類，有視覺航標(biāo)、無線電航標(biāo)等。隨著計算機(jī)技術(shù)、AIS技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)和電子海圖技術(shù)的發(fā)展，虛擬航標(biāo)作為航標(biāo)前沿技術(shù)逐步得到發(fā)展和應(yīng)用。

1.1 視覺航標(biāo)

視覺航標(biāo)，又稱目視航標(biāo)，是直觀的助航標(biāo)志，包括固定式和浮動式。廣泛設(shè)置于沿海及內(nèi)河上，是一種最重要、最基本的助航標(biāo)志。內(nèi)河視覺航標(biāo)的智能化技術(shù)主要體現(xiàn)在航標(biāo)燈同步閃控制以及狀態(tài)的遙測遙控等方面。

1.1.1 航標(biāo)同步閃控制 航標(biāo)同步閃控制，是通過調(diào)整及改變航標(biāo)燈光的節(jié)奏，形成同步閃爍鏈，提高航標(biāo)燈光的醒目度，為夜間船舶提供更加清晰明了的航道界線。自20世紀(jì)90年代起，世界各國開始在航標(biāo)上使用同步閃技術(shù)，根據(jù)2006年國際航標(biāo)協(xié)會IALA大會統(tǒng)計，目前共有47個國家和地區(qū)的航標(biāo)燈上采用同步閃光裝置。目前實現(xiàn)航標(biāo)燈同步閃光控制采用GPS授時，利用編碼器調(diào)節(jié)時鐘，實現(xiàn)多個燈光同步。此項技術(shù)對信號傳播距離不受限制，抗干擾強，同步誤差較小。

1.1.2 航標(biāo)遙測遙控 航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)是集GPS、無線通信技術(shù)、電子航道圖為一體的現(xiàn)代化航標(biāo)監(jiān)測管理平臺，可實現(xiàn)對航標(biāo)設(shè)備故障的快速定位和及時恢復(fù)，并提高航標(biāo)的發(fā)光率和完好率，從而降低航標(biāo)運行管理費用。航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)包括:航標(biāo)遙測遙控監(jiān)控中心、監(jiān)控分中心以及數(shù)據(jù)采集終端。航標(biāo)遙測遙控監(jiān)控中心負(fù)責(zé)從監(jiān)控分中心采集航標(biāo)設(shè)備運行信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、顯示、處理、報警，編輯、生成、存檔、打印和報送航標(biāo)管理所需的各類報表。監(jiān)控分中心負(fù)責(zé)從航標(biāo)采集終端采集航標(biāo)運行信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、顯示、處理、報警，編輯、生成、存檔、打印和報送航標(biāo)管理所需的各種報表，并按時、按需向監(jiān)控中心上報航標(biāo)運行信息。通過監(jiān)控中心的授權(quán)，在監(jiān)控分中心可以通過圖形化人機(jī)界面，監(jiān)視、查詢航標(biāo)運行信息，并可向各航標(biāo)采集終端發(fā)送遙控指令，以檢查、控制航標(biāo)的運行狀態(tài)。航標(biāo)采集終端是航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集平臺，負(fù)責(zé)采集、控制并發(fā)送航標(biāo)的運行參數(shù)，執(zhí)行監(jiān)控中心下達(dá)的遙控指令。

我國內(nèi)河主干航道的部分航標(biāo)已更新?lián)Q代集成了遙測遙控技術(shù)，顯示出良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)然，這一技術(shù)還不完全成熟，存在一些缺陷，主要是遙測遙控終端工作不穩(wěn)定、遙測遙控系統(tǒng)的兼容性有待提高、覆蓋范圍有限和終端制造工藝不夠先進(jìn)等，還需要進(jìn)一步改進(jìn)和提高。

1.2 無線電航標(biāo)

無線電助航系統(tǒng)指利用無線電波傳播信號技術(shù)進(jìn)行助航的統(tǒng)稱，與傳統(tǒng)的視覺航標(biāo)相比，無線電助航系統(tǒng)覆蓋范圍更加廣泛。目前，在內(nèi)河航道中典型的無線電助航系統(tǒng)有雷達(dá)信標(biāo)、空間定位系統(tǒng)、AIS航標(biāo)等。

1.2.1 雷達(dá)信標(biāo)(RACON) 雷達(dá)信標(biāo)是工作在水上雷達(dá)頻段(9和3GHz)的接收/發(fā)射設(shè)備，以增強某些雷達(dá)目標(biāo)的搜索和識別。目前內(nèi)河通常采用頻率捷變雷達(dá)信標(biāo)，可以在被觸發(fā)的頻率上響應(yīng)，進(jìn)而響應(yīng)可在每次雷達(dá)掃描上再顯像。為了避免遮蔽雷達(dá)顯示屏上的其他特征，響應(yīng)通常以預(yù)定的周期開啟和關(guān)閉。頻率捷變雷達(dá)信標(biāo)也能制作成用戶選擇型，雷達(dá)操作員可選擇是否抑制雷達(dá)信標(biāo)響應(yīng)的顯示或者其他雷達(dá)反射的顯示。

隨著內(nèi)河船舶交通流量逐年增加，船舶意外事故也隨之增加。在環(huán)境較為惡劣的航道，全球定位等方式并不能精確得到被救助者的準(zhǔn)確位置，誤差較大，給救助帶來了很大困難。雷達(dá)應(yīng)答器的產(chǎn)生及時解決了這個問題，對于保障船員的生命安全起到了積極作用。目前雷達(dá)應(yīng)答器不僅僅局限于急救搶險方面的應(yīng)用，在船舶助航方面也得到了廣泛應(yīng)用。在航標(biāo)、船舶上安裝雷達(dá)應(yīng)答器，船舶就可以通過雷達(dá)及時發(fā)現(xiàn)航道上航標(biāo)和船舶的信息，即使在惡劣天氣條件下(如大霧)也可以保障船舶的順利通行。

1.2.2 內(nèi)河空間定位系統(tǒng) 利用高精度衛(wèi)星定位，可以有效提高航標(biāo)位置準(zhǔn)確度，從而使得航道測繪更加精確、航線規(guī)劃更加合理。同時，高精度位置服務(wù)在航標(biāo)智能化管理方面，使管理部門及時掌握航標(biāo)的精確工作狀態(tài)與相關(guān)信息，做到及時、有針對性地對航標(biāo)進(jìn)行維護(hù)與檢修，使維護(hù)人員從巨大工作量和艱苦的工作環(huán)境中解脫出來，提高航標(biāo)可利用率，降低維護(hù)成本，提高管理效率。實現(xiàn)內(nèi)河助航高精度定位關(guān)鍵是需要開發(fā)支持高精度位置服務(wù)的GPS/BD多模芯片，主要包括:射頻前端芯片技術(shù)和基帶芯片技術(shù)。

(1)多模多頻衛(wèi)星定位導(dǎo)航射頻前端芯片設(shè)計。通過對低噪聲RF-CMOS射頻前端電路的深入研究，進(jìn)一步開發(fā)兼容多種定位導(dǎo)航系統(tǒng)的多模射頻前端芯片，實現(xiàn)對GNSS信號的接收。RF-CMOS射頻芯片，定位于多模接收，其特點是低成本、低功耗、低噪聲指數(shù)、抗帶內(nèi)及帶外干擾，并具有有效抑制片內(nèi)射頻振蕩泄漏，兼容多種導(dǎo)航定位制式和頻段。

(2)多模多頻衛(wèi)星定位導(dǎo)航基帶芯片研究。采用相關(guān)協(xié)處理器和ARM/DSP結(jié)合的基帶結(jié)構(gòu)。協(xié)處理器模塊包括:捕獲同步模塊、相關(guān)器跟蹤通道模塊、控制單元和IO接口模塊。其中，捕獲同步模塊用于實現(xiàn)接收機(jī)對衛(wèi)星信號的粗同步;相關(guān)跟蹤通道用于實現(xiàn)接收機(jī)對衛(wèi)星信號的實時跟蹤，以及測量的產(chǎn)生;ARM/DSP完成捕獲、跟蹤、用戶PVT參數(shù)解算以及卡爾曼濾波等定位算法的軟件處理。

我國已研發(fā)出了具有100%自主知識產(chǎn)權(quán)的GPS/BD多模基帶芯片，實現(xiàn)了導(dǎo)航設(shè)備的完全國產(chǎn)化，打破了國外在該技術(shù)領(lǐng)域的壟斷地位，徹底解決了我國產(chǎn)業(yè)安全和保密安全問題，基于該芯片的定位導(dǎo)航技術(shù)已在我國內(nèi)河助航設(shè)施中進(jìn)行了推廣應(yīng)用。

1.2.3 AIS航標(biāo) AIS航標(biāo)是將航標(biāo)與船舶自動識別系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)合起來，基本原理與船用AIS基本一致，通過端口以及各類傳感器采集航標(biāo)的位置信息，航標(biāo)的用電情況、是否移位、燈質(zhì)等信息，并通過AIS通信方式傳送到基于電子江圖的顯示平臺，船舶以及岸臺就可以及時了解到航標(biāo)的狀態(tài)，正確地幫助船舶通航，發(fā)揮助航作用。

(1)AIS航標(biāo)報文。在AIS的22種報文中，用于航標(biāo)的AIS報文主要有AIS報文8、AIS報文14和AIS報文21。AIS報文8發(fā)送航標(biāo)附近的環(huán)境情況，包括天氣環(huán)境和航行環(huán)境，天氣環(huán)境主要包括天氣、浪、潮汐等，航道環(huán)境主要包括航跡、界限、區(qū)域等。報文21則包含了航標(biāo)的大部分信息，屬于航標(biāo)的專用報文。AIS報文14表示與航標(biāo)安全性相關(guān)的報文信息，如果航標(biāo)發(fā)生了損壞或者航標(biāo)發(fā)生了異常狀況，在發(fā)送報文21的同時就會發(fā)送這條報文［4］。

(2)AIS航標(biāo)的應(yīng)用。目前，長江沿線船舶已安裝AIS船舶自動識別系統(tǒng)設(shè)備，可進(jìn)行船舶避碰、船舶監(jiān)控，但航標(biāo)上尚未布設(shè)AIS航標(biāo)設(shè)備。長江航道局在航標(biāo)遙測遙控終端設(shè)備上增加AIS航標(biāo)功能，由AIS航標(biāo)系統(tǒng)平臺控制航標(biāo)遙測遙控終端，打開或關(guān)閉AIS廣播功能，對航道中過往船舶提供航標(biāo)自身的位置等狀態(tài)信息，從而提供無線電導(dǎo)航服務(wù)，更方便船舶夜航。AIS航標(biāo)設(shè)計上采用只發(fā)不收的工作模式，其載波頻率為161.975與162.025mHz，帶寬25 kHz，頻率誤差小于3? 。

1.3 虛擬航標(biāo)

虛擬航標(biāo)(Virtual Aid to Navigation)是指物理上不存在，由經(jīng)授權(quán)的助航服務(wù)提供部門發(fā)布能在導(dǎo)航系統(tǒng)中顯示的數(shù)字信息物標(biāo)，是繼視覺航標(biāo)、無線電航標(biāo)之后國際航標(biāo)學(xué)會認(rèn)可的，旨在提升和增強航標(biāo)管理機(jī)關(guān)的航標(biāo)助航服務(wù)能力的現(xiàn)代化技術(shù)手段。在內(nèi)河航道中通過電子航道圖實現(xiàn)虛擬航標(biāo)。航標(biāo)業(yè)務(wù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理虛擬航標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并生成更新記錄。電子航道圖生成系統(tǒng)同步獲取虛擬航標(biāo)更新數(shù)據(jù)，并根據(jù)《虛擬航標(biāo)內(nèi)容及顯示規(guī)范》編輯、更新、顯示、審核相應(yīng)的虛擬航標(biāo)數(shù)據(jù)，最終輸出電子航道圖產(chǎn)品。

虛擬航標(biāo)在我國沿海大連、天津和青島等海域及長江口得到了廣泛使用，在長江等內(nèi)河航道應(yīng)用比較少。虛擬航標(biāo)的局限性限制了其推廣應(yīng)用:①船舶必須安裝AIS設(shè)備和電子航道圖才能顯示;②AIS網(wǎng)絡(luò)具有不穩(wěn)定性;③駕駛?cè)藛T看不到實體航標(biāo)在心理上會有一種不踏實和不安全感［5］。

2 內(nèi)河通航環(huán)境助航智能化技術(shù)

內(nèi)河航道通航環(huán)境要素包括:水文(流速、流向、水位、流量、流態(tài))、氣象(雨雪霧霾、能見度、風(fēng)力、風(fēng)向等)以及其他影響航道的要素(交通流等)。水文要素中水位要素的檢測目前已經(jīng)較為成熟，關(guān)鍵是解決水位站布設(shè)以及水位數(shù)據(jù)處理等問題。氣象條件包括雨雪霧霾、能見度和風(fēng)等要素，目前船舶上均裝載有測風(fēng)儀，雨雪霧霾對航行的影響體現(xiàn)在能見度上。因此，需要重點進(jìn)行山區(qū)航道能見度檢測。船舶交通流狀態(tài)監(jiān)測主要是服務(wù)于控制河段船舶交通指揮，需要實時了解控制河段區(qū)域船舶航行動態(tài)信息。

2.1 航道水位感知與預(yù)報技術(shù)

目前在內(nèi)河航道的水位采集、模擬、利用方面已經(jīng)有相關(guān)研究成果，在準(zhǔn)確揭示沿程水位的變化規(guī)律、可視化仿真的水位布設(shè)技術(shù)、精準(zhǔn)捕捉沿程水位的變化等方面需要深化研究，在沿程水位擬合、水位短期預(yù)測預(yù)報方面的模型需要持續(xù)優(yōu)化，以便能更好適應(yīng)當(dāng)前航運快速發(fā)展所需的高時效、高可靠、內(nèi)容豐富的快速便捷式水位信息服務(wù)。

2.1.1 內(nèi)河航道水位感知與信息服務(wù)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)

(1)航道沿程水位感知點布設(shè)技術(shù)。內(nèi)河船舶交通流繁忙，地形結(jié)構(gòu)、水文氣象復(fù)雜，沿程水沙條件及河道特性差異較大，準(zhǔn)確揭示沿程水位變化特點，合理劃分河段，準(zhǔn)確識別影響水位站點布設(shè)的關(guān)鍵因素，制定不同河段水位站點的布設(shè)原則。

(2)航道沿程水位感知技術(shù)。在航道水位感知點布設(shè)原則與方法的基礎(chǔ)上，通過分析國內(nèi)外現(xiàn)有水位感知技術(shù)成果，給出適應(yīng)各具體河段建設(shè)需求的水位感知技術(shù)方案。

(3)航道沿程水位短期預(yù)測預(yù)報技術(shù)。結(jié)合河道內(nèi)水流運動特點及上下游水文數(shù)據(jù)變化，綜合運用數(shù)值模擬與歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等方法，提出適合航道信息服務(wù)的水位預(yù)測預(yù)報技術(shù)方案，并構(gòu)建專業(yè)預(yù)報軟件系統(tǒng)，為航道資源利用和船舶配載服務(wù)。

(4)水位信息服務(wù)與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)?；陔x散采集的航道水位信息，研發(fā)支撐軟件系統(tǒng)，完成航道水位數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確時空重構(gòu)。分別構(gòu)建針對航道維護(hù)管理和航道綜合信息服務(wù)業(yè)務(wù)的水位信息服務(wù)模型，對內(nèi)實現(xiàn)航道尺度的可靠短期預(yù)測、支撐主動式航道疏浚維護(hù)決策，對外實現(xiàn)基于電子航道圖的實測、預(yù)測水位信息服務(wù)及航道尺度短期預(yù)測預(yù)報服務(wù)。

2.1.2 實測及預(yù)測水位信息的服務(wù)應(yīng)用 通過長江電子航道圖向船舶終端用戶發(fā)布水位實測及預(yù)測信息是水位信息利用的一種方式。依托建設(shè)的水位站，各區(qū)域航道局或采取人工觀讀(人工水尺)或采取水位遙測遙報(水位自動測報站點)的方式獲取對應(yīng)站點的水位信息錄入長江電子航道圖水位信息管理系統(tǒng)。長江電子航道圖系統(tǒng)將依托長江電子航道圖船舶終端向各類船舶用戶提供實測及預(yù)測水位信息。目前有156個長江電子航道圖船舶終端投入應(yīng)用，涉及36家單位100艘船舶。豐富、高時效、可靠的長江干線航道實測、預(yù)測水位信息對船舶安全航行決策至關(guān)重要，另外，能幫助用戶規(guī)劃合理的航行線路，實現(xiàn)不同吃水船舶根據(jù)水位、水深信息自由選擇航行區(qū)域，實現(xiàn)深水深用、淺水淺用，在很大程度上將提高船舶的通航效率和通航安全性。

2.2 航道可視距離檢測與信息服務(wù)

航道能見度(可視距離)是影響船舶航行安全的重要因素之一，能見度自動監(jiān)測是內(nèi)河“智能航道”的重要組成部分。在航道可視距離檢測與信息服務(wù)方面，長江航道局根據(jù)長江航道的特點，研發(fā)了航道能見度監(jiān)測系統(tǒng)，并通過長江電子航道圖(3.0版)信息服務(wù)系統(tǒng)提供長江航道能見度信息服務(wù)。船用終端系統(tǒng)可實時從服務(wù)器獲得可視距離觀測站的觀測結(jié)果并顯示，當(dāng)船舶航行前方一定范圍內(nèi)(此范圍值可由用戶根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)置)的可視距離小于規(guī)定時，終端以語音告警或文字閃爍告警等方式，提前向用戶發(fā)出提示，以輔助用戶進(jìn)行合理航行決策。

2.3 控制河段交通指揮

2.3.1 控制河段船舶交通指揮關(guān)鍵技術(shù) 控制河段是指因航道狹窄、彎曲、通視條件差等因素，不能滿足大型船舶間安全會讓的航道?？刂坪佣斡址Q限制性航道，即由于水面狹窄、斷面系數(shù)小的原因，對船舶航行有明顯限制作用的航道，包括運河、通航渠道、狹窄的設(shè)閘航道、水網(wǎng)地區(qū)的狹窄航道，以及具有上述特征的險灘航道等。為保障控制河段通航安全，需設(shè)置信號臺控制船舶航行的水域。盡管目前內(nèi)河船舶交通控制智能化技術(shù)取得一定發(fā)展，但內(nèi)河控制航段船舶交通指揮智能化研究尚處于起步階段，需解決如下幾個方面問題:

(1)控制河段船舶交通流信息感知方法。有效地感知控制河段船舶交通動態(tài)是實施船舶交通組織的前提條件與基礎(chǔ)，由于控制河段山區(qū)自然環(huán)境的限制，AIS等船舶感知方式的工作環(huán)境不理想，有必要建立基于岸基的船舶交通流采集系統(tǒng)，并開展控制河段船舶交通流多傳感器融合識別方法研究。

(2)控制河段船舶交通組織優(yōu)化?？刂坪佣斡绊懘敖煌ńM織的因素非常多，如何確定這些因素與船舶交通排隊服務(wù)的關(guān)聯(lián)性，如何通過仿真技術(shù)優(yōu)化控制河段船舶交通組織規(guī)則等均需要進(jìn)一步研究。

(3)控制河段上下水船舶到達(dá)規(guī)律和服務(wù)時間分布模型以及控制河段船舶交通流特性。內(nèi)河控制河段交通流信息難以采集實測數(shù)據(jù)，因此需要建立控制河段船舶到達(dá)規(guī)律和服務(wù)時間分布模型，但目前并沒有一個具備普遍性與有效性的模型。

(4)控制河段船舶指揮系統(tǒng)開發(fā)。信號臺所有的工作日志、語音記錄、操作記錄以及船舶通航情況等還無法實現(xiàn)自動記錄及歷史追溯，難以采用信息化手段規(guī)范信號員的工作行為，無法在出現(xiàn)交通事故后利用歷史記錄來作為確定肇事船舶的有力證據(jù)。因此有必要開發(fā)控制河段船舶指揮系統(tǒng)，提高控制河段信號揭示的自動化、智能化和信息化水平，提高航道運行效率，同時減輕指揮人員的負(fù)擔(dān)，保障航道運輸?shù)陌踩c暢通［6－7］。

2.3.2 控制河段船舶交通指揮智能化系統(tǒng)應(yīng)用 長江重慶航道蓮花背信號臺是控制河段智能助航系統(tǒng)試點工程，實現(xiàn)對雷達(dá)、AIS、CCTV等系統(tǒng)整合，在統(tǒng)一電子航道圖界面上同時顯示各控制航道水域的助航信息，如雷達(dá)、AIS、CCTV通行指揮等的數(shù)字信息?？刂坪佣谓煌ㄖ笓]用戶端系統(tǒng)，可以接受控制臺發(fā)送的實時信號，并控制揭示裝置的運行。

3 結(jié)語

本文分析了內(nèi)河航標(biāo)以及通航環(huán)境助航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，介紹了AIS航標(biāo)、虛擬航標(biāo)、水位預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)、能見度監(jiān)測與服務(wù)系統(tǒng)以及控制河段交通智能系統(tǒng)在長江航道助航服務(wù)中應(yīng)用范例，可為內(nèi)河航道助航服務(wù)智能化提供一定技術(shù)支持。

盡管內(nèi)河航道助航智能化取得一定的技術(shù)成果，但是隨著內(nèi)河智能航運的發(fā)展，內(nèi)河航道智能化尚需廣泛深入地研究，建議從以下幾方面著手:

(1)內(nèi)河航道地形要素快速感知技術(shù)。航道地形感知是預(yù)測航道尺度的基礎(chǔ)。針對內(nèi)河航道地形要素信息無高效檢測裝備，研制航道地形要素信息定點原型在線觀測平臺、基于小型USV(unmanned surface vessel，無人水面艇)的航道地形綜合自動采集系統(tǒng)、基于在航船舶采集信息的航道地形數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，解決航道地形感知傳感器信息處理、數(shù)據(jù)傳輸以及融合分析等關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)系列化內(nèi)河航道地形要素快速感知裝備。同時運用數(shù)學(xué)建模與預(yù)測方法實現(xiàn)典型河道地形變化短期預(yù)測［8－9］。

(2)內(nèi)河三維電子航道圖開發(fā)。內(nèi)河電子航道圖是實現(xiàn)內(nèi)河航道助航智能化的基礎(chǔ)平臺，三維電子航道圖技術(shù)是發(fā)展趨勢。需要解決航道要素三維建模、航道場景快速渲染、三維電子航道圖更新、基于互聯(lián)網(wǎng)的三維電子航道圖應(yīng)用、三維電子航道圖技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等關(guān)鍵技術(shù)［10］。

(3)內(nèi)河航道助航綜合集成服務(wù)。內(nèi)河航道助航綜合服務(wù)系統(tǒng)是助航智能化技術(shù)集中體現(xiàn)，也是內(nèi)河智能航道建設(shè)的重要內(nèi)容。需要開發(fā)電子航道圖應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)軟件工具庫，解決基于電子航道圖的船舶安全助航、航行規(guī)劃、輔助疏浚等智能化應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)基于電子航道圖的船舶安全助航智能化系統(tǒng)、船舶航行規(guī)劃系統(tǒng)、輔助疏浚作業(yè)系統(tǒng)，建立基于電子航道圖的航道服務(wù)綜合應(yīng)用與示范平臺［11］。

(4)內(nèi)河航道助航設(shè)施資產(chǎn)管理智能化技術(shù)。內(nèi)河航道助航設(shè)施的科學(xué)管理與維護(hù)是實現(xiàn)航道助航智能化的重要保證。需要構(gòu)建內(nèi)河航道助航設(shè)施管理信息平臺，研究助航設(shè)施資產(chǎn)管理與維護(hù)決策支持方法，探索虛擬仿真技術(shù)在助航設(shè)施管理中的應(yīng)用［12］。

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