基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的三峽智能監(jiān)管系統(tǒng)架構(gòu)研究

鄧家佩，王國(guó)鋼，司馬俊杰，汪健

（長(zhǎng)江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443000）

三峽河段近9年連續(xù)實(shí)現(xiàn)了“零死亡、零沉船、零污染事故”，但總體安全形勢(shì)穩(wěn)中有險(xiǎn)，穩(wěn)中有憂。為適應(yīng)新形勢(shì)下、新發(fā)展階段的新要求，提高安全風(fēng)險(xiǎn)防控能力，著力防范化解重大風(fēng)險(xiǎn)，站著三峽樞紐河段“大通航”、“大安全”的角度，開展三峽通航智能監(jiān)管需求研究，提出“全面感知、廣泛互聯(lián)、深度融合、智能應(yīng)用、安全可靠、機(jī)制完善”的三峽通航智能監(jiān)管功能框架，實(shí)現(xiàn)三峽通航要素、通航數(shù)據(jù)和通航趨勢(shì)的個(gè)性化展示；水文氣象、船舶動(dòng)態(tài)、船閘運(yùn)行等各類通航安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)警的智能化監(jiān)管；轄區(qū)交通流、船閘、錨地、靠泊設(shè)施等實(shí)時(shí)狀態(tài)的智能船岸互動(dòng)；為下一步三峽通航監(jiān)管智能平臺(tái)的開發(fā)建設(shè)打下基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)有監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)和安全監(jiān)管模式

1.1 現(xiàn)有監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)

CCTV 系統(tǒng): 長(zhǎng)江三峽通航管理局CCTV 系統(tǒng)作為交管系統(tǒng)中一個(gè)極其重要的組成部分，作為雷達(dá)監(jiān)控的有效補(bǔ)充，通過視頻圖像處理等高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)三峽河段航道、錨地、船閘、碼頭和渡口等重點(diǎn)水域的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

VTS 系統(tǒng)：三峽通航VTS1000 系統(tǒng)是船舶交通管理及信息系統(tǒng)中船舶管理和調(diào)度的重要組成部分。它是我國(guó)首套自主研發(fā)的VTS 系統(tǒng)，主要利用雷達(dá)、VHF、AIS 系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)視頻等傳感器全天候監(jiān)控轄區(qū)內(nèi)船只，配合執(zhí)法部門進(jìn)行船舶管理。

AIS 系統(tǒng)：長(zhǎng)江海事局AIS 系統(tǒng)是工作在VHF 頻段的自主連續(xù)廣播系統(tǒng)，主要功能包括船舶動(dòng)態(tài)信息服務(wù)、安全信息服務(wù)、海事管理統(tǒng)計(jì)分析等功能。

北斗系統(tǒng)：交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院研發(fā)的多功能單北斗船載智能終端（MT-15）目前在三峽通航水域廣泛安裝，終端能夠?qū)崿F(xiàn)三峽通航船舶過閘遠(yuǎn)程申報(bào)、船上人員身份信息遠(yuǎn)程采集及在線核查、電子航道圖、指泊離泊、船岸交互、船務(wù)管理等功能 ，能夠?yàn)榇疤峁└颖憬?、高效的通航服?wù)。

1.2 安全監(jiān)管模式

通航指揮中心主要負(fù)責(zé)船舶航行過程中的動(dòng)態(tài)安全監(jiān)視以及應(yīng)急狀態(tài)下的協(xié)同處置，交管中心作為通航指揮中心下設(shè)具體執(zhí)行船舶安全監(jiān)視職責(zé)的部門，負(fù)責(zé)掌握轄區(qū)船舶動(dòng)態(tài)監(jiān)管信息。三峽海事局負(fù)責(zé)三峽水域范圍內(nèi)的船舶通航安全管理、危防管理、船舶安檢、航標(biāo)維護(hù)等，以及轄區(qū)航行通（警）告管理、水上交通安全事故、船舶及相關(guān)水上設(shè)施污染事故的應(yīng)急處置等通航監(jiān)管職責(zé)。錨地主要負(fù)責(zé)在錨船舶的安全監(jiān)管，包括船舶進(jìn)出錨地及靠泊時(shí)的安全動(dòng)態(tài)監(jiān)視。船閘及升船機(jī)管理處主要負(fù)責(zé)閘室及升船機(jī)廂內(nèi)的過壩船舶的動(dòng)態(tài)安全監(jiān)視。

圖1 轄區(qū)安全監(jiān)管流程圖

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的三峽智能監(jiān)管系統(tǒng)總體架構(gòu)

整合集成三峽局現(xiàn)有監(jiān)管系統(tǒng)，包括船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）、三峽局視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、GPS 系統(tǒng)、長(zhǎng)江三峽—葛洲壩航運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)（調(diào)度系統(tǒng)）、航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)（航標(biāo)系統(tǒng)）、水情氣象系統(tǒng)、船舶超吃水檢測(cè)系統(tǒng)、三峽-葛洲壩船舶過閘GPS 遠(yuǎn)程申報(bào)系統(tǒng)、單北斗航標(biāo)系統(tǒng)、船閘運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，創(chuàng)新通航要素、智能預(yù)警、智能監(jiān)管、智能輔助決策分析等功能模塊，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管功能的提升。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)作為信息技術(shù)的深度擴(kuò)展使用，是新一代信息技術(shù)應(yīng)用突破的重點(diǎn)發(fā)展方向，目前已在交通運(yùn)輸領(lǐng)域深入應(yīng)用。歐洲海事安全局使用以色列Orca AI 計(jì)算機(jī)感知系統(tǒng)，通過現(xiàn)有雷達(dá)、GPS 定位、感光相機(jī)等的組合來分析船只周圍的數(shù)據(jù)，然后將其疊加到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)界面上，允許導(dǎo)航員快速閱讀任何特定情況。廣東海事局利用船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）、船舶遠(yuǎn)程識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)（LRIT）、閉路監(jiān)控電視系統(tǒng)（CCTV）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）等構(gòu)建了“廣東智慧海事監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)”。

2.2 三峽智能監(jiān)管系統(tǒng)需求研究

（1）三峽通航智能預(yù)警需求。通過設(shè)置安全預(yù)警規(guī)則，實(shí)現(xiàn)轄區(qū)水文氣象異常、船舶航行動(dòng)態(tài)、待閘錨地錨泊、重點(diǎn)船舶、通航建筑物及配套設(shè)施異常、船舶防污染、助航標(biāo)志異常等各種情況的預(yù)警提示，為監(jiān)管人員提供參考依據(jù)。

（2）三峽通航智能助導(dǎo)航需求。實(shí)現(xiàn)三峽樞紐水域船岸全面互動(dòng)，按調(diào)度計(jì)劃規(guī)劃航路實(shí)現(xiàn)船舶自動(dòng)導(dǎo)航、信號(hào)燈自動(dòng)控制、船舶交通流擁堵提示、區(qū)域氣象水文異常提示、交匯水域提示、應(yīng)急避險(xiǎn)提示、過河水域提示、緊迫局面提示、船閘運(yùn)行狀態(tài)提示、計(jì)劃進(jìn)度提示、靠泊順序及泊位提示、岸電應(yīng)用引導(dǎo)提示等智能互動(dòng)。

（3）三峽通航智能決策應(yīng)用需求。通過VTS、AIS、GPS、智能卡口系統(tǒng)等多種感知手段的綜合分析，計(jì)算得出某航段內(nèi)的通航流量數(shù)據(jù)、船舶航行動(dòng)態(tài)、船舶違章、船舶過壩、應(yīng)急疏散、錨泊分布等特征，可以以數(shù)據(jù)表格、折線圖、GIS 航道熱力圖等多種表現(xiàn)形式，對(duì)航道通航流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和直觀展示，便于不斷地優(yōu)化安全監(jiān)管策略，使管理決策更智能、更準(zhǔn)確。

（4）三峽通航智能應(yīng)急救援需求。通過VTS、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航、CCTV 等系統(tǒng)，向應(yīng)急指揮人員提供最佳的處置信息，提供事故現(xiàn)場(chǎng)畫面的顯示，保證快速反應(yīng)力量與指揮系統(tǒng)保持實(shí)時(shí)聯(lián)系，為應(yīng)急指揮提供輔助決策。

2.3 三峽智能監(jiān)管系統(tǒng)總體架構(gòu)

為滿足以上功能需求,結(jié)合目前較為成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的三峽智能監(jiān)管系統(tǒng)總體框架,包括數(shù)據(jù)支撐、服務(wù)層、應(yīng)用感知終端 、用戶層、安全保障體系五個(gè)部分 。

數(shù)據(jù)支撐層。提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)軟件服務(wù),包括船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）、三峽局視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、GPS 系統(tǒng)、長(zhǎng)江三峽—葛洲壩航運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)（調(diào)度系統(tǒng)）、航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)（航標(biāo)系統(tǒng)）、水情氣象系統(tǒng)、船舶超吃水檢測(cè)系統(tǒng)、三峽-葛洲壩船舶過閘GPS 遠(yuǎn)程申報(bào)系統(tǒng)、單北斗航標(biāo)系統(tǒng)、船閘運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。實(shí)現(xiàn)接收、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)智能感知終端采集的數(shù)據(jù)以及各類應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù),為系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與省、部級(jí)海事主管部門和其它領(lǐng)域相關(guān)部門的數(shù)據(jù)交換與共享 。

服務(wù)層。包括智能預(yù)警功能、智能助導(dǎo)航功能、智能輔助決策功能、應(yīng)急救援功能。

應(yīng)用感知終端。包括攝像頭、手機(jī)終端 、各類傳感設(shè)備等,實(shí)現(xiàn)不同部門監(jiān)管人員在同一平臺(tái)對(duì)三峽河段船舶進(jìn)行監(jiān)管。

用戶層。向三峽船閘管理處、葛洲壩船閘管理處、海事管理部門、通航指揮中心、升船機(jī)管理處錨地管理處等部門提供服務(wù)。

保障體系。包括安全保障、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營(yíng)保障體系。安全保障采用安全技術(shù)產(chǎn)品,依據(jù)安全管理制度和技術(shù)規(guī)范,保障系統(tǒng)物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全 、系統(tǒng)安全和應(yīng)用安全。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)遵守的各種國(guó)家、行業(yè)、地方標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)現(xiàn)資源整合和系統(tǒng)拓展奠定基礎(chǔ)?；A(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營(yíng)保障建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施,配備人員和資金,建立長(zhǎng)效運(yùn)行機(jī)制,保障系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展 。

3 結(jié)論

圖2 三峽智能監(jiān)管系統(tǒng)總體架構(gòu)

在現(xiàn)有監(jiān)管系統(tǒng)以及技術(shù)手段的基礎(chǔ)上，充分利用5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)，進(jìn)一步明確三峽通航智能預(yù)警及監(jiān)管、智能伴航服務(wù)需求，優(yōu)化轄區(qū)智能監(jiān)管策略，研究三峽通航智能安全監(jiān)管需求，構(gòu)建三峽智能監(jiān)管系統(tǒng)總體架構(gòu)，為建設(shè)智能綜合監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)打下基礎(chǔ)，有效提升三峽河段水上交通安全管理水平和水上突發(fā)事件的預(yù)警與處置能力。