航標位置準確性智能校核技術應用研究

邱云

摘 要：航標遙測遙控技術是一種伴隨現(xiàn)代電子技術和通訊技術發(fā)展起來的新興應用技術，是長江“數(shù)字航道”建設中的一個重要內(nèi)容。本文以長江數(shù)字航道建設成果為依托，結合國內(nèi)外航標遙測遙控技術發(fā)展情況，開展航標位置準確性智能校核技術應用研究，為航道養(yǎng)護管理工作提供技術支撐和參考。

關鍵詞：航標遙測遙控技術；長江上游

中圖分類號：U611 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）03-0025-02

航標是保障船舶航行安全的重要基礎航道設施，特別是在航道條件比較復雜的山區(qū)河流航行區(qū)域，由于河床形態(tài)復雜，河道變遷頻繁，航道養(yǎng)護管理工作除了進行必要的航道建設和整治之外，正確布置和配備航標也是不可缺少的重要手段，內(nèi)河船舶安全航行更是嚴重依賴于航標的正確設置與正常工作。

21世紀是信息技術飛速發(fā)展和廣泛應用的世紀，通過采用現(xiàn)代信息技術來改造傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程和管理過程，可以極大的提高勞動生產(chǎn)效率和管理水平，是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉型升級的必由之路。在此背景下，利用現(xiàn)代信息技術來提高和改造航道養(yǎng)護管理也是一種必然趨勢，在國內(nèi)外得到了廣泛的應用，其中航標遙測遙控技術是最重要的應用之一。該技術通過對傳統(tǒng)航標進行現(xiàn)代化改造，在燈器內(nèi)部增加必要的定位、通信、監(jiān)測等模塊，利用航標遙測遙控管理軟件對航標進行遙測遙控，從而極大地減少傳統(tǒng)巡航次數(shù)，有效降低人工成本和經(jīng)濟成本，提高了航道養(yǎng)護管理工作效率和水平。

航標遙測遙控技術的應用能夠及時監(jiān)控航標的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)航標是否處于異常工作狀態(tài)并提供相應的報警，但軟件由于技術原因并不能對航標位置準確性進行智能校核判定。因此，本文針對長江上游山區(qū)航道特點，探討基于長江數(shù)字航道條件下的航標位置準確性智能校核技術應用的可行性，為航道養(yǎng)護管理工作提供參考。

1 研究河段概況

研究河段為長江重慶航道局轄區(qū)河段，系典型的山區(qū)航道，兩岸山巒疊嶂，河道彎、窄、淺、險，且礁石密布，汛期水位漲落幅度大、流速變化大、流態(tài)十分紊亂，航道條件極其惡劣。三峽水利樞紐成庫后，長江上游紅花磧（上游航道里程720km）以下航道情況發(fā)生了顯著變化，形成天然航道、變動回水區(qū)航道及常年庫區(qū)航道相互并存、相互轉化的三段式全新特征，其中常年庫區(qū)（大壩至豐都段）航道條件明顯改善，航道拓寬、流速減緩、水深增加；變動回水區(qū)（豐都至紅花磧段）在175米蓄水穩(wěn)定期（非汛期）航道條件有所改善，呈現(xiàn)為庫區(qū)航道特征；而在三峽水庫消落期和汛期，該河段又自上而下逐步恢復到蓄水前的天然航道狀態(tài)，另外該河段受三峽水庫調(diào)度的影響，成為季節(jié)性庫區(qū)，改變了原有“洪淤枯沖”的自然河演規(guī)律，河床穩(wěn)定性變差，出現(xiàn)深弘線擺動明顯、泥沙累積性淤積現(xiàn)象加劇等不良現(xiàn)象，嚴重影響了船舶的通航安全；天然航道段（紅花磧以上）受蓄水影響較小，依然保持天然狀態(tài)，航道呈現(xiàn)彎曲、狹窄、礁石密布、淺區(qū)縱橫等特征。

2 長江數(shù)字航道建設概況

根據(jù)國發(fā)〔2014〕39號文的相關要求，“十二五”期間，交通運輸部投入2.5億元進一步加大長江信息化建設力度，確立了一批長江干線數(shù)字航道建設項目，形成“一主六分七中心、一圖一站三平臺”的長江數(shù)字航道總體框架。

按照“統(tǒng)一架構、分類實施，合理整合、明晰邊界，先基礎，后綜合”的建設思路，長江航道局在總體框架的指導下，將建設內(nèi)容劃分成長江干線數(shù)字航道合江門至蘭家沱段、蘭家沱至鳊魚溪段、鳊魚溪至大埠街段、大埠街至上巢湖段、上巢湖至瀏河口段，以及綜合信息服務平臺、應急指揮平臺、長江航道局信息系統(tǒng)安全等級保護8項建設工程。

研究河段（蘭家沱至鳊魚溪段）的數(shù)字航道建設早在2013率先開展，并作為智能航道建設的示范工程，列入交通運輸部“十二五”水運信息化示范項目。經(jīng)過兩年的建設周期，蘭鳊斷數(shù)字航道建設已正式完工并投入生產(chǎn)實踐，為航道養(yǎng)護管理工作服務。

3 國內(nèi)外發(fā)展概況

將信息技術用于航標管理不是一個新的話題， 早在90年代初英、法、美、日等航運大國就利用現(xiàn)代電子技術和通訊技術建立起了航標遙測遙控系統(tǒng)，為海運事業(yè)提供了高效服務，目前國外科學技術發(fā)達的國家已經(jīng)實現(xiàn)了對航標的遙測遙控，其主要應用于航標燈器的監(jiān)控、供電設備的自動控制，航標工作狀態(tài)報警等方面。

在本世紀初，國內(nèi)也廣泛開展了航標遙測遙控技術相關研究和進行了大量的工程應用并取得了較好的效果。

航標遙測遙控系統(tǒng)主要用于監(jiān)控航標是否處于正常工作狀態(tài)，是否發(fā)生意外的位置飄移，但針對航標位置合法移動是否符合航標設置規(guī)定及航標設置是否合理方面的信息化研究目前還處于空白狀態(tài)。

4 研究內(nèi)容

4.1電子江圖復核業(yè)務需求研究。為了保證本項研究工作具有針對性，最終形成的成果滿足用戶的需求，有必要對業(yè)務需求進行詳細梳理，通過現(xiàn)場分析現(xiàn)有的人工航標復核操作流程和規(guī)則，形成業(yè)務需求分析報告。

4.2電子江圖復核規(guī)則研究。本項研究主要是根據(jù)航標管理人員日常航標復核的流程，形成航標自動復核規(guī)則。這一過程必須盡可能考慮到航標復核中各種規(guī)則的完備性，不能出現(xiàn)遺漏現(xiàn)象導致降低復核結果可靠性。

4.3電子江圖水深點水位計算方法研究。由于現(xiàn)有的電子江圖的水深點是以高程的方式標注的，因此在具體應用中還必須將水深點的高程信息根據(jù)船舶日常引用習慣將水位信息轉換為水深信息，其中主要用到了線性插值技術，且計算量較大。因此如何快速準確地計算電子江圖水深信息是本研究的一個重要內(nèi)容。

4.4電子江圖復核軟件架構技術研究。一個好的軟件架構可以提高軟件執(zhí)行效率，可實現(xiàn)性強，易于修改維護，人機友好。因此必須把軟件架構作為一個重要方面加以研究，做好軟件功能模塊劃分，優(yōu)化模塊間的通信接口，以便于提高系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性、可維護性和可重用性。

4.5航標復核算法研究。本項研究的核心工作就是進行航標位置復核，因此，如何進行航標復核以保證航標復核結果快速和可靠是本項研究的重點研究內(nèi)容。

4.6通信技術研究。由于本軟件系統(tǒng)需要和長江重慶航道局現(xiàn)有的其他系統(tǒng)進行接口通信，因此，高效的通信手段和通信機制以及通信協(xié)議都是本項研究的重要研究內(nèi)容。

4.7航標復核結果報警方法和機制研究。作為航標復核的結果就是要針對出現(xiàn)異常情況的航標提供及時有效的報警，以供航標管理人員采取及時的措施進行補救，最終達到提高航標設置精度、保障船舶安全航行的目的。

5 研究開發(fā)軟件的功能

研究開發(fā)的軟件提供人工精確定位檢索校核和自動校核兩種工作模式，其中人工精確定位檢索校核方式主要用于對某一特定的航標位置進行復核，比如獨淺標位、礁石標位、淺區(qū)標位等；自動校核方式則用于系統(tǒng)自動的對全部航標進行日常的在線循環(huán)的位置復核。

5.1 自動校核方式

復核系統(tǒng)自動根據(jù)航標索引表提供的對應關系逐個從數(shù)字航道平臺中提取航標實時位置，將其納入電子江圖數(shù)據(jù)庫。同時根據(jù)自動水尺上報的水位信息，自動將電子江圖中的高程數(shù)據(jù)轉換為水深數(shù)據(jù)，并根據(jù)航標連線內(nèi)的水深情況，按照復核規(guī)則逐條進行復核，檢測出連線內(nèi)可能出現(xiàn)的水深不足、尺度不夠等問題。軟件通過實時在線告警模塊觸發(fā)報警提示，并給出合理性的建議。

5.2 人工精確定位檢索校核方式

復核系統(tǒng)根據(jù)人工輸入的航標坐標形式自動選擇所需要的自動水尺數(shù)據(jù)和電子江圖數(shù)據(jù)，通過水位數(shù)據(jù)的轉換，監(jiān)測航標連線內(nèi)是否具有不符合符合規(guī)則的情況，發(fā)現(xiàn)異常及時提供報警。

6 展望

目前，長江數(shù)字航道建設仍在有條不紊的進行中，航標位置準確性智能校核技術應用研究仍處于起步階段，系統(tǒng)在后續(xù)研發(fā)中將結合長江數(shù)字航道建設深入開展航標精準性設置技術研究，從而為航標養(yǎng)護工作提供參照。

參考文獻：

[1] 張燕. 航標遙測遙控系統(tǒng)的功能、組成及技術實現(xiàn)的研究. 大連海事大學碩士研究生學位論文，2003.3.

[2] 王如政. 航標遙測遙控系統(tǒng)關鍵技術研究. 大連海事大學碩士研究生學位論文，2007.3.

[3] 劉均輝. 航標遙測遙控無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究. 大連海事大學碩士研究生學位論文，2013.3.

[4] 李子富.彭國均.黃鵬飛. 淺航標遙測遙控系統(tǒng)的優(yōu)化. 集美大學學報.自然科學版，2010（5）.