我國航道感知綜合應(yīng)用系統(tǒng)的功能研究

蔣金偉

1 引言

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展，船舶航運量也在急劇增長，水上交通量日益加大，航運擁擠堵塞現(xiàn)象日趨嚴重，航運事故也時有發(fā)生。航運問題已經(jīng)成為航道管理工作中的重大社會問題，阻礙和制約著社會經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展。因此，深入研究航道感知綜合應(yīng)用系統(tǒng)，對于解決航道擁堵問題的解決方法有著極為重要的現(xiàn)實意義。

航道感知綜合應(yīng)用系統(tǒng)是我國自行研發(fā)的一種航道信息化系統(tǒng)，其主要應(yīng)用在以下三個方面：航道要素管理、船舶智能感知、通航環(huán)境監(jiān)測。其功能集成了船舶自動識別系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、自動激光掃描系統(tǒng)、水文氣象監(jiān)測等系統(tǒng)，并能夠及時地反映在電子航道圖上，為航道的安全、高效通行提供支持。

2 通航要素管理

航道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集是根據(jù)實際需求，利用數(shù)字視頻、聲吶測深、水位傳感器、定位值守傳感器、激光傳感器等各種傳感器，對航線范圍內(nèi)的水下、水文、船舶、設(shè)施等進行數(shù)據(jù)采集，獲取各種信息，服務(wù)于我們的航道管理。其數(shù)據(jù)包括：航道的設(shè)施狀態(tài)數(shù)據(jù)、水位實時數(shù)據(jù)、航道河床斷面數(shù)據(jù)、船舶交通量的實時數(shù)據(jù)等。

“電子航道圖子系統(tǒng)”是“感知航道”的面容，是展示“感知航道”成果的最終載體。基于1:2000高精度GIS電子航道圖不僅能夠形象地展示航道范圍內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施、港口、碼頭、錨地以及兩側(cè)的地標性建筑、綠化帶等信息，還能夠展示各個“感知”子系統(tǒng)的實時信息，是航道指揮調(diào)度必不可少的綜合展示系統(tǒng)。

根據(jù)S-57國際標準的規(guī)定，將通航要素劃分為190多種，在實際監(jiān)管、應(yīng)急指揮以及日常業(yè)務(wù)中，根據(jù)需要大致可將這些通航要素分成四類：工程設(shè)施類、監(jiān)管設(shè)施類、通航環(huán)境類、各種功能水域類等。

電子巡查可以實現(xiàn)按通航要素的分類、功能、區(qū)域或位置等的分類巡查。主要用于掌握轄區(qū)水域通航環(huán)境、船舶航行、停泊秩序，收集水文、氣象信息，對轄區(qū)整體安全狀況做出初步研判，為后續(xù)執(zhí)法活動或安全服務(wù)提供依據(jù)或參考。

2.1 巡查的分類

按巡航手段分類：

（1）CCTV電子巡航

以不同CCTV窗口進行依次、連續(xù)的觀測為主，AIS圖像檢查為輔助的巡航方式。

（2）AIS電子巡航

以不同AIS窗口進行依次、連續(xù)的觀測為主，CCTV視頻檢查為輔助的巡航方式。

按監(jiān)管對象分類：

（1）全面巡航

按照轄區(qū)水道分組，模擬傳統(tǒng)海巡船巡航的方式，將同一水道的CCTV視頻前端或AIS圖像按照上下游順序編成巡航方案，組織全轄區(qū)水域巡航。

（2）重點巡航

按照監(jiān)管類別分組，將重點監(jiān)管對象分為渡口水域、橋區(qū)水域、水工水域、重點航段、漁船習(xí)慣捕撈區(qū)、重要碼頭等巡航組，各組分別運用CCTV或AIS等系統(tǒng)組織巡航。

2.2 通航要素狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警

利用安裝好的傳感器，可以實現(xiàn)同行要素狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)警。當通航要素異常時，異常通航要素會在電子航道圖中進行特殊標記，引起人員注意。通過將船舶的AIS數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)規(guī)則進行比對，實現(xiàn)對違反規(guī)則的行為自動識別和預(yù)警的監(jiān)管方式。

預(yù)警通?？梢苑譃椋撼Ｒ?guī)型預(yù)警和應(yīng)激型預(yù)警。

常規(guī)型預(yù)警是按照通航安全管理規(guī)定和轄區(qū)水道特點，設(shè)置長期性預(yù)警規(guī)則，實現(xiàn)對目標監(jiān)管對象的日常預(yù)警和監(jiān)管。其主要包含：

（1）區(qū)域預(yù)警

區(qū)域預(yù)警是指設(shè)定的預(yù)警規(guī)則適用于該區(qū)域內(nèi)所有船舶的預(yù)警。

（2）單目標預(yù)警

單目標預(yù)警是指設(shè)定的預(yù)警規(guī)則只針對某一艘特定船舶的預(yù)警。

應(yīng)激型預(yù)警是根據(jù)異常水文氣象、突發(fā)性事件或上級臨時指令，設(shè)定短期性預(yù)警規(guī)則，實現(xiàn)對目標監(jiān)管對象的臨時性預(yù)警和監(jiān)管。應(yīng)激型預(yù)警指對如濃霧、雷雨大風(fēng)、汛期、上級指令以及事故險情等應(yīng)激事件下的預(yù)警。其主要包含：

（1）異常水文氣候預(yù)警

當轄區(qū)出現(xiàn)濃霧、雷雨大風(fēng)、汛期、枯水期等異常水文氣候時，可結(jié)合轄區(qū)特點，制定并實施臨時性電子預(yù)警方案，保障轄區(qū)異常水文氣候時的水上交通安全。

（2）事故險情預(yù)警

對險情發(fā)生水域劃定警戒區(qū)，結(jié)合實際需要，設(shè)定相應(yīng)的預(yù)警規(guī)則，實現(xiàn)對進入險情水域的船舶自動預(yù)警和預(yù)警處置。

（3）交通管制及上級指令預(yù)警

對水域?qū)嵤┙煌ü苤茣r，可對管制水域設(shè)定警戒區(qū)及規(guī)則，實現(xiàn)對進入警戒區(qū)水域的船舶自動預(yù)警和預(yù)警處置。

另外，針對航道中的各類情況，我們需要設(shè)定預(yù)警原則，主要包括：

（1）根據(jù)相關(guān)通航安全管理規(guī)定及現(xiàn)場管理需要，對相應(yīng)河段設(shè)置預(yù)警時段、速度范圍和持續(xù)時間等規(guī)則，實現(xiàn)禁止超速、禁止停泊等預(yù)警。

（2）結(jié)合轄區(qū)水域特點，對狹窄彎曲河段、叉河口、施工水域等水域，按照通航安全管理規(guī)定，設(shè)置相應(yīng)的規(guī)則參數(shù)，實現(xiàn)禁止追越、禁止掉頭等預(yù)警。

（3）結(jié)合轄區(qū)水域特點，根據(jù)各海事處渡口管理需要，對渡口水域劃定渡口斑馬線區(qū)域，設(shè)定相關(guān)的規(guī)則，實現(xiàn)渡口斑馬線預(yù)警。

（4）結(jié)合轄區(qū)水域特點，根據(jù)各海事處的橋區(qū)水域管理需要，對橋區(qū)水域設(shè)定相關(guān)的規(guī)則，實現(xiàn)橋區(qū)水域預(yù)警。

（5）根據(jù)航段航行實際情況，以“禁止進入”規(guī)則劃定上下行航段分隔線，實現(xiàn)船舶偏離航道預(yù)警。

（6）根據(jù)轄區(qū)現(xiàn)場監(jiān)管需要，對監(jiān)管對象設(shè)定CPA、走錨等參數(shù)，實現(xiàn)對個體目標的預(yù)警。

當發(fā)生預(yù)警時，值班人員應(yīng)立即對預(yù)警類型進行分析，對船舶AIS數(shù)據(jù)進行初步評估，條件允許下可結(jié)合CCTV視頻系統(tǒng)對預(yù)警情況進行核查，視情處置。主要包括：

（1）違章類型預(yù)警：對違章類型預(yù)警，情節(jié)較輕的，可通過VHF、電話等方式進行遠程糾正；情節(jié)較重者或經(jīng)VHF、電話等方式呼叫后未能自覺糾正違章行為的，可通過執(zhí)法力量現(xiàn)場聯(lián)動進行處置。

（2）安全監(jiān)管類預(yù)警：指各海事處根據(jù)轄區(qū)海事管理要求設(shè)置的安全提醒類預(yù)警，對此類型的預(yù)警，各海事處可根據(jù)預(yù)警設(shè)置目的及相應(yīng)的處置手段進行處置。

3 船舶智能感知

3.1 船舶追蹤

船舶追蹤系統(tǒng)是運用數(shù)字圖像分析技術(shù)，對航道交通狀況的監(jiān)控視頻畫面進行實時分析，獲取相應(yīng)航段的船舶密度、航向、平均航速等通航狀況信息，形成實時的航道流量密度圖，為航道指揮調(diào)度和船舶疏導(dǎo)提供依據(jù)。軟件主要功能有：通航密度圖、通航狀況分析、通航走勢分析、異常狀況預(yù)警及分布等。

通過船舶航行的GPS定位數(shù)據(jù)，結(jié)合遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，調(diào)整高清攝像頭的角度、鏡頭焦距等，能夠清晰獲取該船舶的視頻信息，為控制中心管理提供方便。其中，追蹤可以分成以下三類：

（1）CCTV電子跟蹤：是利用CCTV視頻系統(tǒng)對目標船舶進行攝像追蹤，對違法行為錄像、拍照固化證據(jù)。

（2）AIS電子跟蹤：是利用AIS在海圖上進行追蹤、識別，必要時保存航行軌跡。

（3）CCTV、AIS聯(lián)動跟蹤：是將船舶AIS信息中的GPS位置傳遞至具有自動反饋功能的CCTV視頻前端，使視頻前端自動跟隨指定船舶的移動而轉(zhuǎn)動，始終將其在視頻前端的畫面中顯示，并能在超出該視頻前端覆蓋范圍后，由下一個視頻前端自動接力跟蹤。

圖1 船舶航行的跟蹤流程圖

3.2 船舶航行記錄查詢

航道感知綜合系統(tǒng)可提供兩種方式的船舶航行記錄查詢：

（1）AIS查詢：是以系統(tǒng)AIS信息為數(shù)據(jù)源，可查詢一定時間段內(nèi)目標區(qū)域或目標船舶的航跡，以掌握某區(qū)域或某船舶的航行情況，主要應(yīng)用于水上交通事故調(diào)查，也可作為違法行為證據(jù)。

（2）視頻查詢：是指用戶可以搜索時間、位置信息等關(guān)鍵字段，來調(diào)閱相應(yīng)的視頻監(jiān)控錄像，通過人工來查看船舶航行記錄，搜集有用的信息。

4 通航環(huán)境監(jiān)測

航道管理指揮中心可以通過對前端傳感設(shè)備采集的各種信息，經(jīng)過分析處理，提煉出關(guān)鍵信息，經(jīng)系統(tǒng)發(fā)布到用戶手機、互聯(lián)網(wǎng)等終端上，實現(xiàn)快捷播報、服務(wù)社會生產(chǎn)、生活。

各市航道管理部門可以根據(jù)需求與水利氣象部門建立長期數(shù)據(jù)交換機制，通過傳感器可以實現(xiàn)對航道設(shè)施及船舶實現(xiàn)全天候、全區(qū)域的監(jiān)測，從而定時獲取并更新航道能見度監(jiān)測、水文監(jiān)測、氣象監(jiān)測等數(shù)據(jù)；并將感知到的航道數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)和有線光纖構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，匯聚至指揮調(diào)度中心的系統(tǒng)平臺，再進行定向發(fā)布。各船舶和航道用戶就可以及時掌握各種氣象、水文、交通實況數(shù)據(jù)，提前做出相應(yīng)處置行動，從而最大限度地規(guī)避風(fēng)險。

隨著技術(shù)的不斷進步，在水路航運事業(yè)日益發(fā)展的今天，我國航道感知綜合應(yīng)用系統(tǒng)將會為航運的安全、暢通保駕護航?！案兄降馈卑l(fā)展完善以后，還能進一步聯(lián)合港口、海事、公共交通等系統(tǒng)，最終實現(xiàn)更廣范圍內(nèi)應(yīng)用的“感知交通”平臺；大數(shù)據(jù)時代的功能應(yīng)用值得我們?nèi)テ诖?/p>