內(nèi)河航道管理中數(shù)字航道技術(shù)的應(yīng)用

萬麗姍 朱閔翔 江西省贛中航道事務(wù)中心

科學(xué)技術(shù)的更新發(fā)展為內(nèi)河航道管理工作技術(shù)升級提供了有力支持，促使內(nèi)河航道管理優(yōu)化改革提速。此時，數(shù)字航道技術(shù)的應(yīng)用受到更多關(guān)注，使得對內(nèi)河航道實施動態(tài)管理成為現(xiàn)實。

1.數(shù)字航道技術(shù)的核心內(nèi)容

數(shù)字航道技術(shù)可以理解為智能化、數(shù)值化航道管理技術(shù)，能夠細化為航道信息數(shù)字化、航道管理及服務(wù)體系的數(shù)字化這兩部分核心內(nèi)容。其中，航道信息數(shù)字化即利用現(xiàn)有技術(shù)采集航道信息、歷史形成情況等等；航道管理及服務(wù)體系的數(shù)字化即依托數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計分析等操作的展開，實現(xiàn)內(nèi)河航道管理數(shù)字化、科學(xué)化水平的提升。

2.內(nèi)河航道管理中數(shù)字航道技術(shù)的應(yīng)用流程分析

第一，數(shù)據(jù)采集。匯總視頻監(jiān)控系統(tǒng)、自動檢測系統(tǒng)、數(shù)字化測量系統(tǒng)等系統(tǒng)平臺中所包含著的數(shù)據(jù)信息、圖像信息、遙感遙測信息等等，針對這些數(shù)據(jù)信息進行分類與保存，明確標出所有數(shù)據(jù)的來源，方便后續(xù)查詢與使用工作的展開。第二，數(shù)據(jù)處理。針對完成匯總分類的多來源復(fù)雜數(shù)據(jù)信息，主要使用專業(yè)軟件進行處理，迅速且精準篩查出損壞數(shù)據(jù)以及死數(shù)據(jù)，并將有更高利用價值的數(shù)據(jù)信息傳遞至數(shù)字航道管理中心。第三，數(shù)據(jù)管理。結(jié)合預(yù)設(shè)標準要求，對采集到的數(shù)據(jù)信息進行格式統(tǒng)一處理、分類保存，豐富數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，支持相關(guān)數(shù)據(jù)信息的共享交換。第四，數(shù)據(jù)利用。對于采集數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的標準數(shù)據(jù)，確定內(nèi)河航道管理的工作缺陷，支持數(shù)字化內(nèi)河航道管理工作的升級。

3.內(nèi)河航道管理中數(shù)字航道關(guān)鍵技術(shù)的具體應(yīng)用探究

3.1 電子航道圖系統(tǒng)的應(yīng)用

電子航道圖系統(tǒng)結(jié)合內(nèi)河航道現(xiàn)實數(shù)據(jù)信息完成電子航道圖的自動生成與輸出，促使相關(guān)人員能夠直觀掌握相應(yīng)內(nèi)河航道的電子航道圖，幫助相關(guān)人員全面了解內(nèi)河航道地理信息、基本情況，并對相應(yīng)數(shù)據(jù)實施數(shù)字化管理，為內(nèi)河航道管理工作的優(yōu)化展開提供支持，避免管理數(shù)據(jù)偏差問題的發(fā)生，支持數(shù)字航道技術(shù)使用效率的增高。現(xiàn)階段，電子航道圖系統(tǒng)內(nèi)普遍引入動態(tài)模擬功能，實現(xiàn)對航行功能的虛擬，在模擬船舶駕駛員視角的條件下，對航行線路周邊的所有助航設(shè)施、橋梁及過江線纜等設(shè)施的凈空高度等信息進行動態(tài)顯現(xiàn)。同時，還支持著相關(guān)人員對系統(tǒng)中水位高度的設(shè)置數(shù)據(jù)展開實施調(diào)整，以此保證動態(tài)調(diào)整與水位相關(guān)的航標位置、船舶等數(shù)據(jù)的操作成為現(xiàn)實。

在當(dāng)前的發(fā)展中，實現(xiàn)數(shù)字航道與長江電子航道圖的無縫雙向?qū)邮莾?yōu)化電子航道圖系統(tǒng)應(yīng)用的重要舉措，具體而言，對于數(shù)字航道而言，其主要向電子航道圖系統(tǒng)完成內(nèi)河航道的航標、水位信息和預(yù)處理數(shù)據(jù)的自動化推送；對于電子航道圖系統(tǒng)而言向，其主要向數(shù)字航道落實電子航道圖成果的自動化推送。為實現(xiàn)上述目標，構(gòu)建數(shù)字航道與電子航道圖數(shù)據(jù)交換與服務(wù)系統(tǒng)是必然選擇。

3.2 數(shù)字航道動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

對于數(shù)字航道動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)而言，其在內(nèi)河航道巡查、行船反饋等工作中均能夠發(fā)揮出理想作用，支持對航標失常與否的精準、迅速、遠程判斷。在系統(tǒng)實際的運行過程中，能夠高精度自主定位追蹤、自動報警，并顯示飄移后的航標位置，以及報警類型和原因。同時，數(shù)字航道動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)還可以在每隔兩小時的條件下主動向相關(guān)管理人員報告一次航標運行狀態(tài)。數(shù)字航道動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)含多個子系統(tǒng)，實現(xiàn)對航道的綜合監(jiān)管，各個子系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 數(shù)字航道動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)之間的關(guān)系圖

現(xiàn)階段，基于智能移動終端的數(shù)字航道動態(tài)監(jiān)測平臺建設(shè)與應(yīng)用受到更多關(guān)注，依托相應(yīng)系統(tǒng)平臺的使用，可以實現(xiàn)對內(nèi)河航道中所有航標的24小時監(jiān)測，支持相關(guān)人員實時了解轄區(qū)航標的現(xiàn)實狀態(tài)，完成對失常航標位置的精準確定，促使航標恢復(fù)工作的現(xiàn)實效率呈現(xiàn)出顯著提升的發(fā)展趨勢。

3.3 BIM技術(shù)的應(yīng)用

在基于數(shù)字航道的內(nèi)河航道管理實踐中，BIM技術(shù)受到重點應(yīng)用，特別是在數(shù)字航道水深底圖的測繪方面能夠發(fā)揮出更為明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，支持數(shù)字航道動態(tài)監(jiān)測工作的落實。在此過程中，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以從以下三部分入手進行解讀：

第一，結(jié)合內(nèi)河航道多種資源要素以及BIM技術(shù)，完成內(nèi)河航道可視化三維模型的構(gòu)建。綜合應(yīng)用BIM技術(shù)以及Civil3D等軟件系統(tǒng)，融合內(nèi)河航道水深、地形、航標等多種數(shù)據(jù)資源，完成對相應(yīng)內(nèi)河航道可視化地理三維模型的建設(shè)。相比于傳統(tǒng)CAD制圖方法而言，依托BIM技術(shù)實施內(nèi)河航道可視化三維模型的構(gòu)建與應(yīng)用，能夠在數(shù)字航道動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中直觀顯現(xiàn)出內(nèi)河航道的三維立體信息，確保相關(guān)人員可以切實了解在特定條件下內(nèi)河航道的現(xiàn)實情況。第二，依托BIM技術(shù)完成內(nèi)河航道信息云數(shù)據(jù)共享平臺的建設(shè)。通過對無人測量技術(shù)、計算機技術(shù)等多種先進技術(shù)的綜合應(yīng)用，可以實現(xiàn)對內(nèi)河航道數(shù)據(jù)信息的自動化采集以及智能化融合，同時自動關(guān)聯(lián)相應(yīng)內(nèi)河航道在水文、航標配布、測圖、流量等方面所形成的歷史信息資料以及內(nèi)河航道模型構(gòu)件展開數(shù)據(jù)信息整合分析，支持數(shù)字航道系統(tǒng)以及BIM數(shù)據(jù)云平臺的構(gòu)建。此時，相關(guān)工作人員可以隨時隨地落實對任意時間點條件下內(nèi)河航道模型狀態(tài)的查詢或是自動匯總，以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)任意水位條件下內(nèi)河航道三維模型數(shù)據(jù)云集的組建。第三，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用促使內(nèi)河航道綜合信息三維動態(tài)監(jiān)測工作的展開成為現(xiàn)實。對過往船舶AIS系統(tǒng)以及數(shù)字航道動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實施融合處理，設(shè)定自動水位站所實際輸出的內(nèi)河航道水位數(shù)據(jù)信息為主要依據(jù)，并在內(nèi)河航道信息云數(shù)據(jù)共享平臺實現(xiàn)對輸出水文數(shù)據(jù)的集中性處理，結(jié)合數(shù)字航道動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的人機交互界面的構(gòu)建與使用，實現(xiàn)對當(dāng)前水位條件下內(nèi)河航道模擬情況的顯現(xiàn)，促使對內(nèi)河航道航標、航行船舶、水位的三維動態(tài)監(jiān)測成為現(xiàn)實，提升動態(tài)監(jiān)測目標的可視化程度。

3.4 水位自動測控技術(shù)的應(yīng)用

在內(nèi)河航道管理工作實踐中，需要完成高頻率、大批量的水文數(shù)據(jù)采集工作。隨著數(shù)字航道理念探索的深入，國家對內(nèi)河航道現(xiàn)代化建設(shè)提出了新的要求。在這樣的大背景下，有必要研究出一種高效的水文要素監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)水文數(shù)據(jù)長期在線自動監(jiān)測的功能。在進行水文要素監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，水位自動測控功能的實現(xiàn)極為必要，應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)主要如下：

第一，內(nèi)河水位采集技術(shù)。在內(nèi)河水位觀測點投放合適的水位傳感器，配合水位自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集控制終端的應(yīng)用，完成對相應(yīng)內(nèi)河航道水位數(shù)據(jù)的自動化采集、傳輸與保存，數(shù)據(jù)采集時間間隔可以提前自行設(shè)定。在內(nèi)河航道水位自動測控實踐中，可以投放的水位傳感器類型及其適用范圍如表1所示。

表1 基于內(nèi)河航道水位自動測控的水位傳感器類型及其適用范圍

第二，水位自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集控制終端。該終端能夠自動采集內(nèi)河航道水位數(shù)據(jù)信息，同時也可以實現(xiàn)對相應(yīng)數(shù)據(jù)的保存、傳輸，促使內(nèi)河航道水位數(shù)字信息測量、報送、控制一體化成為現(xiàn)實。水位自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集控制終端的運行流程主要如下（圖2）：在上電復(fù)位后實施初始化處理；讀取狀態(tài)寄存器；判斷事件是否發(fā)生變化，如未發(fā)生變化，則直接跳轉(zhuǎn)至關(guān)機與休眠狀態(tài)；如判斷事件發(fā)生變化，則要進一步設(shè)置事件變化標志；判斷是否需要定時，如需要則轉(zhuǎn)入定時處理模塊，然后再進行后續(xù)操作；如判斷不需要定時，那么直接進行后續(xù)操作，判斷參數(shù)是否發(fā)生變化；如判斷參數(shù)發(fā)生變化，則自動跳轉(zhuǎn)至采集處理存貯模塊，隨后再進行后續(xù)操作；如判斷參數(shù)未發(fā)生變化，那么直接進行后續(xù)操作，判斷是否需要展開數(shù)據(jù)傳輸操作；若是判斷需要進行數(shù)據(jù)傳輸，則自動跳轉(zhuǎn)至通信樹鏈路控制模塊，隨后再進行后續(xù)操作；如判斷不需要進行數(shù)據(jù)傳輸，那么直接進行后續(xù)操作，判斷是否需要展開串行口通信；若是判斷需要展開串行口通信，則自動跳轉(zhuǎn)至指令分析處理模塊，隨后再進行后續(xù)操作；如判斷不需要展開串行口通信，那么直接進行后續(xù)操作，判斷是否需要生成新事件變化處理請求；若是判斷需要生成新事件變化處理請求，則直接返回讀取狀態(tài)寄存器步驟；如判斷不需要生成新事件變化處理請求，那么直接跳轉(zhuǎn)至關(guān)機與休眠狀態(tài)。

圖2 水位自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集控制終端的運行流程圖

水深與行船載重之間存在著較為緊密的關(guān)聯(lián)性，通常而言，在枯水期條件下，內(nèi)河航道的水深每增加0.2米，一艘99.8米×16.2米×5.6米的船舶，就可多裝300多噸貨物。為更加及時、準確掌握內(nèi)河航道水位信息，利用水位自動測控替代人工經(jīng)驗判斷水位是必然舉措。例如，在某內(nèi)河航道管理實踐中，投入了智能水位遙測遙報系統(tǒng)，包括建設(shè)26座自動水位站等。同時，還在相應(yīng)水位站內(nèi)安裝了多個人工智能攝像頭。在這些攝像頭的實際運行過程中，可以實現(xiàn)對水尺上水位線的自動識別，且在夜間環(huán)境下還能自主補光，促使對內(nèi)河航道水位實施24小時不間斷的監(jiān)測水位成為現(xiàn)實。

4.總結(jié)

綜上所述，依托數(shù)字航道技術(shù)在實際內(nèi)河航道管理工作中的應(yīng)用，能夠進一步提升內(nèi)河航道管理的自動化和信息化水平，為數(shù)字航道建設(shè)添磚加瓦，增強數(shù)字航道的服務(wù)功能，促進內(nèi)河航道高質(zhì)量發(fā)展。