內(nèi)河航標(biāo)智能化發(fā)展前景

◎ 毛雄磊 賈圣 長江重慶航道局

1.前言

助航標(biāo)志簡稱航標(biāo)，主要功能包括定位、危險警告、確認和指示功能等。根據(jù)其工作原理，可以將其分為視覺航標(biāo)、音響航標(biāo)和無線電航標(biāo)這三種航標(biāo)。目前，仍以視覺航標(biāo)為主，制約航標(biāo)智能化發(fā)展的影響因素有很多，主要是以下幾點。首先，當(dāng)前內(nèi)河航道中大多使用視覺航標(biāo)，視覺航標(biāo)具有種類多、數(shù)量多、分布不均等特點，航標(biāo)的實時檢測、規(guī)劃布設(shè)及管理維護仍以傳統(tǒng)的經(jīng)驗判斷和人為布置為主的方式進行，存在工作效率低下和科學(xué)性不足等問題；其次，航標(biāo)作為水上建筑物，復(fù)雜的水文條件、變化的氣象條件等都對其有著較大的影響，而這些因素均難以通過傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進行分析，這就導(dǎo)致我們不能隨著水文條件和氣象條件的變化靈活應(yīng)用。因此，內(nèi)河助航系統(tǒng)亟需新方法、新技術(shù)、新裝備來提升航道效能，發(fā)揮航運的最大效益，促進內(nèi)河航運事業(yè)的發(fā)展。

結(jié)合航道規(guī)劃管理向智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展的大趨勢，以及當(dāng)前大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)等前沿科技，進行復(fù)雜外部條件下的航標(biāo)智能化布設(shè)技術(shù)研究，對我國航運產(chǎn)業(yè)的智能化發(fā)展和安全保障有著至關(guān)重要的作用。

2.航標(biāo)智能化研究現(xiàn)狀

早期，為促進內(nèi)河航運事業(yè)的高效發(fā)展，我國最早使用的是ARPA避碰雷達和VTS 系統(tǒng)，存在抗氣候干擾能力弱、分辨精度低等不足，無法滿足現(xiàn)今航運管理的高精度、高分辨、高穩(wěn)定以及智能化的應(yīng)用需求。隨著通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了能夠直接進行目標(biāo)識別、且抗干擾能力強的船舶自動識別系統(tǒng)—AIS 系統(tǒng)。AIS系統(tǒng)最顯著的優(yōu)點是實時性，同時，具有良好的對天氣等外部環(huán)境因素的較強抗干擾能力。

國內(nèi)外學(xué)者結(jié)合A IS系統(tǒng)對智能航標(biāo)管理方面的研究已愈發(fā)深入和全面，并形成了一些較為全面的體系和系統(tǒng)。谷延輝等通過深入研究AIS 數(shù)字航標(biāo)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)的更方面特性，設(shè)計了一款A(yù)IS數(shù)字航標(biāo)收發(fā)信機軟件，該軟件可以通過基站實時、準(zhǔn)確地傳輸航標(biāo)的具體位置、狀態(tài)信息給監(jiān)控中心，并及時接收監(jiān)控中心的遙控遙測命令，做出正確響應(yīng)。郭濤等結(jié)合ZigBee以及AIS等技術(shù)，研制開發(fā)了航標(biāo)遙測遙控終端，并基于長江電子航道圖平臺開發(fā)的航標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了航標(biāo)的遠程監(jiān)管技術(shù)?？偟膩碚f，對于航標(biāo)智能化方面的研究，大多研究形成了航標(biāo)動態(tài)管理系統(tǒng)，不可否認，這些研究在推動智能化航道的發(fā)展上起著重大的作用，但部分研究還比較淺顯，功能相對單一，普適性也較低，具有較大的發(fā)展空間。眾多學(xué)者對國外智能航道的發(fā)展現(xiàn)狀做了深入的研究表明，國外信息服務(wù)的發(fā)展是快于國內(nèi)的，特別是歐洲的內(nèi)河智能信息服務(wù)這方面的建設(shè)，在一定程度上來說，可以稱為是現(xiàn)在世界上最先進的內(nèi)河航運信息服務(wù)的科學(xué)技術(shù)。國外大多逐步投入使用AIS 技術(shù)，北美、歐洲等地區(qū)的一些國家早已經(jīng)建成覆蓋整個國家的AIS網(wǎng)絡(luò)；2005年的時候,歐盟就已經(jīng)有人提出了將內(nèi)河信息服務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)一的構(gòu)想并且成功構(gòu)建了一套完整的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠提供完整的航運綜合信息的服務(wù)，較好的實現(xiàn)個國家之間航道信息的共享與信息協(xié)同的功能。

相比較而言，我國的內(nèi)河航道智能化相較于國外的發(fā)展還有一定的差距，智能航道的發(fā)展是大勢所趨，也是必然的，在未來的內(nèi)河航道發(fā)展過程中，我國將持續(xù)和加大開展內(nèi)河航道智能化研究，實現(xiàn)數(shù)字航道到智慧航道的過度，實現(xiàn)交通強國的偉大目標(biāo)。

3.內(nèi)河智能化航標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建

就內(nèi)河航標(biāo)智能化現(xiàn)狀來看，智能化航標(biāo)系統(tǒng)可大體由兩部分構(gòu)成：（1）智能航標(biāo)遙測遙控終端；（2）智能航標(biāo)管理中心。智能航標(biāo)遙測遙控終端一般安裝在航標(biāo)上，主要功能是實現(xiàn)航標(biāo)信息的監(jiān)控。目前，航標(biāo)基本可實現(xiàn)航標(biāo)運行參數(shù)的獲取，并將這些參數(shù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；智能航標(biāo)管理中心的作用是對航道中所有航標(biāo)工作狀態(tài)的實時監(jiān)控，并通過圖形化人機界面，監(jiān)視、查詢航標(biāo)運行信息，同時，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)。在深入研究相關(guān)文獻后，本文針對目前我國內(nèi)河航道中智能化航標(biāo)的發(fā)展提出了智能化航標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建的建議。

智能航標(biāo)遙測遙控終端實現(xiàn)的功能可歸結(jié)為四點：（1）遙控信號準(zhǔn)確快速接收；（2）航標(biāo)運行參數(shù)實時獲??；（3）航道地形可視化感知；（4）水文數(shù)據(jù)實時獲取。除了實現(xiàn)基本的接收航標(biāo)管理中心的遙控信號，以及航標(biāo)運行參數(shù)的實時獲取外，在未來的研究中，可添加對航標(biāo)附近地形數(shù)據(jù)的實時感知功能，以及對航道水文要素數(shù)據(jù)的實時獲取。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，即使從傳統(tǒng)的視覺航標(biāo)發(fā)展到音響航標(biāo)、AIS航標(biāo)等無線電航標(biāo)，甚至到未來可實現(xiàn)的虛擬航標(biāo)，航標(biāo)都將存在于內(nèi)河航道中，那么，它的功能就不僅限于助航這一功能，其功能可拓展為航道管理部門提供服務(wù)，以發(fā)揮航標(biāo)更大的效能。

智能航標(biāo)管理中心實現(xiàn)的功能可歸結(jié)為五點：（1）實現(xiàn)航標(biāo)信息可視化顯示；（2）實現(xiàn)航標(biāo)信息動態(tài)監(jiān)測；（3）生成航標(biāo)布設(shè)最優(yōu)化方案；（4）實現(xiàn)航標(biāo)運行遠程遙控；（5）實現(xiàn)航標(biāo)信息實時共享。管理中心是核心部分，航標(biāo)遙測終端獲取的數(shù)據(jù)是大量的、復(fù)雜的、未經(jīng)處理的一個個單純的數(shù)據(jù)，若僅僅運用看數(shù)據(jù)是不可能實現(xiàn)實時分析，實時預(yù)警，并迅速做出反饋的，所以就需要形成一個可視化的系統(tǒng)，在獲得航標(biāo)遙測終端的大量數(shù)據(jù)后，立刻完成數(shù)據(jù)的分析、歸類，管理人員可直觀做出研判并做出正確的指令，指導(dǎo)航標(biāo)工作。并且，還能實現(xiàn)航道信息的實時共享，根據(jù)需求展示相關(guān)信息，對航道規(guī)劃、建設(shè)、管理、養(yǎng)護與服務(wù)。

4.結(jié)語

本文分析了內(nèi)河航標(biāo)智能化發(fā)展研究現(xiàn)狀，通過系統(tǒng)研究國內(nèi)外學(xué)者在航標(biāo)智能化方面的成果，并介紹了相關(guān)比較完善的航標(biāo)智能化管理系統(tǒng)的范例的應(yīng)用情況，可為內(nèi)河航道航標(biāo)智能化發(fā)展提供一定借鑒，并且對內(nèi)河智能化航標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)建提供了想法。盡管我國內(nèi)河航道航標(biāo)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，智能航道是繼數(shù)字航道之后長江航道未來發(fā)展的必然趨勢，航標(biāo)作為水上交通中最為重要的航行標(biāo)識，其在未來的研究建設(shè)中，會越來越向智慧化方向快速發(fā)展。