大數(shù)據(jù)在航道維護(hù)和水運(yùn)交通發(fā)展應(yīng)用展望

楊朝，楊凱

（長江南京航道工程局，江蘇 南京 210098）

1 前言

長江是我國的黃金航道，也是我國運(yùn)輸量最大的河流。近年，長江航道信息智能水平不斷提高。創(chuàng)建智能頻道后，頻道管理員可以使用人工智能技術(shù)來利用電視和遠(yuǎn)程控制技術(shù)以及智能控制技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)有效的維護(hù)和管理，對船舶和導(dǎo)航設(shè)備的狀況進(jìn)行了積極的監(jiān)測和控制，提高了長江的科學(xué)管理水平。隨著航道智能系統(tǒng)的建立和完善，關(guān)于航道的水位信息、航標(biāo)位置、河床地形等大數(shù)據(jù)會(huì)日益完善，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，能夠在最短的時(shí)間內(nèi)判斷出河床變化、預(yù)測水位，還可以開展其他具有復(fù)雜性的管理工作，幫助智慧水道得到更好發(fā)展。

2 大數(shù)據(jù)概述

2.1 大數(shù)據(jù)基本概念

大數(shù)據(jù)是無法在適當(dāng)情況下使用傳統(tǒng)軟件工具捕獲，操縱和處理的數(shù)據(jù)的集合。大量的、高增長和多樣化的信息資產(chǎn)需要一種創(chuàng)新的處理模型，該模型能夠有效地進(jìn)行決策，洞察力以及發(fā)現(xiàn)和性能優(yōu)化。

2.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

美國的大數(shù)據(jù)已經(jīng)覆蓋了醫(yī)藥、教育、交通等領(lǐng)域，也創(chuàng)造了很多經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在交通行業(yè)，大數(shù)據(jù)正在改變?nèi)藗兊娜粘３鲂辛?xí)慣?？梢酝ㄟ^移動(dòng)設(shè)備、車輛和傳感器系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)交通信息，幫助人們做出決策。在巴西，政府已開始利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建設(shè)海洋部門的整體資產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施，從而降低成本并滿足快速響應(yīng)的要求。與國外相比，大數(shù)據(jù)在中國起步較晚。在我國，2013年“中國智能交通與大數(shù)據(jù)技術(shù)峰會(huì)”在北京舉辦至2013年，強(qiáng)調(diào)交通運(yùn)輸業(yè)也將進(jìn)入新一代高速發(fā)展體制，即大數(shù)據(jù)技術(shù)。

智能水路建設(shè)是智能交通的重要組成部分，有四個(gè)主要路堤。水文信息服務(wù)，航路信息服務(wù)，決策服務(wù)和管理監(jiān)控服務(wù)將被替代。最高級別的陸路運(yùn)輸管理是美國的密西西比河以及歐洲的萊茵河-多瑙河。由于美國政府的極大興趣，密西西比州體系已有百余年的歷史。尤其是在過去的五十年時(shí)間里，它已成為世界上最發(fā)達(dá)，最復(fù)雜的內(nèi)需網(wǎng)絡(luò)之一，并受到嚴(yán)格管制。當(dāng)前，湄公河交通狀況良好，短途導(dǎo)航設(shè)備，無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，通信系統(tǒng)和海上交通信息系統(tǒng)的建設(shè)和分配已基本完成。此外，歐洲正在逐步改善內(nèi)陸水道管理，并且是第一個(gè)引入內(nèi)陸水信息服務(wù)（RIS）概念以改善交通狀況的國家。借助RIS 提供的常規(guī)信息服務(wù)，可以簡化內(nèi)部流量管理并降低安全性和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。它在運(yùn)輸方面也是現(xiàn)代的，在陸路運(yùn)輸和其他運(yùn)輸方式之間提供了接口。該信息系統(tǒng)預(yù)計(jì)將在未來幾年內(nèi)實(shí)施。鑒于以上兩個(gè)講座的規(guī)劃和發(fā)展，沒有人介紹數(shù)字水路的總體概念。如果沒有為數(shù)字通道建立完整的維護(hù)，管理和服務(wù)系統(tǒng)，則只能實(shí)現(xiàn)不同專用系統(tǒng)之間的簡單協(xié)作。

3 大數(shù)據(jù)在航道維護(hù)和水運(yùn)交通發(fā)展應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與啟示

3.1 輔助航道養(yǎng)護(hù)

通常，關(guān)于航道的保養(yǎng)以及維護(hù)工作必須充分的考慮到水平線以及水的深度，才可以設(shè)置正確的航標(biāo)。航標(biāo)異常后，也就不能做到第一時(shí)間知道，航標(biāo)的恢復(fù)有一定的延遲。在智能航道中，通過信標(biāo)傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測明亮數(shù)據(jù)及周邊環(huán)境，然后對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動(dòng)分析該位置當(dāng)前外部環(huán)境中信標(biāo)故障的風(fēng)險(xiǎn)等級，保存領(lǐng)先水道管理部門的閃閃發(fā)光的維護(hù)。當(dāng)水位頻繁變化時(shí)，部分航道會(huì)自動(dòng)安裝虛擬導(dǎo)航標(biāo)志，虛擬導(dǎo)航標(biāo)志會(huì)根據(jù)水位和河床地形的變化進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，這就充分地保障整個(gè)航道是可以正常、安全通過的。

3.2 輔助航道河床演變分析

以往分析河床演化，通常以渠道要素基礎(chǔ)資料為基礎(chǔ)，結(jié)合歷史資料，根據(jù)河流沉積物工程等理論進(jìn)行分析推導(dǎo)。由于數(shù)據(jù)量小，這種分析方法無法定量地推斷出通道點(diǎn)變化。在智能航道中，建立航道檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)獲取整個(gè)航道的岸邊數(shù)據(jù)的功能。通過大數(shù)據(jù)的分析，可及時(shí)預(yù)測航道的發(fā)展趨勢，改善以往需要測量航道，才能預(yù)測航道演變的方法。航道管理部門可根據(jù)大數(shù)據(jù)對航道發(fā)展趨勢的分析和預(yù)測，制定相應(yīng)的航道維護(hù)措施。

3.3 深化數(shù)據(jù)應(yīng)用

航道數(shù)據(jù)是航道維護(hù)中重要的資源，是航道維護(hù)單位的綜合實(shí)力的體現(xiàn)。根據(jù)中國信息通信研究院發(fā)布的《大數(shù)據(jù)白皮書（2018）》，一些應(yīng)用大數(shù)據(jù)的行業(yè)通常只使用以下四種需求。第一，搭建綜合化的大數(shù)據(jù)平臺；第二，建立科學(xué)的數(shù)據(jù)管理體系；第三，創(chuàng)建更多民用數(shù)據(jù)應(yīng)用；第四，設(shè)置強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理維護(hù)部門。近幾年，長江數(shù)字航道建設(shè)和長江航道電子地圖的開發(fā)的大范圍運(yùn)用，也踐行了這些理念。

在技術(shù)飛速發(fā)展、思維不斷創(chuàng)新的當(dāng)今，我們需要依靠已有的基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，探索出實(shí)用的辦法，利用新興的科學(xué)技術(shù)，增強(qiáng)航道信息管理服務(wù)能力，繼續(xù)優(yōu)化完善航道大數(shù)據(jù)的應(yīng)用。開創(chuàng)航道網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式，所以，就必須充分地結(jié)合資源與需求，根據(jù)需求來積極向用戶們提供智能航道信息服務(wù)。

（1）探索數(shù)據(jù)資源并組合資源以了解通道數(shù)據(jù)資產(chǎn)的當(dāng)前狀態(tài)。實(shí)施科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)驗(yàn)證，收集數(shù)據(jù)用于數(shù)據(jù)挖掘、分析、開發(fā)和應(yīng)用。根據(jù)航道管理維護(hù)部門、港口企業(yè)、航運(yùn)企業(yè)及各類船舶等不同服務(wù)主體的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鱾€(gè)領(lǐng)域的技術(shù)。共享和開放數(shù)據(jù)的發(fā)展可以得到有效推動(dòng)。深入了解內(nèi)河航道信息服務(wù)大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用方法，提出打造航道數(shù)據(jù)服務(wù)大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用場景，確定內(nèi)河航道綜合服務(wù)體系關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，創(chuàng)建內(nèi)外部數(shù)據(jù)源并將其整合到內(nèi)河航道中，以智能終端為載體，共享數(shù)據(jù)價(jià)值。

（2）深入分析需求，因?yàn)橛脩纛愋筒煌?，比如，航運(yùn)企業(yè)、港口、海事管理單位，需根據(jù)不同分類，選擇相應(yīng)的航道信息服務(wù)框架，分析不同類用戶的需求，達(dá)到航道管理面對不同類型客戶綜合服務(wù)的目的。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，分析提取各類學(xué)科、不同渠道的數(shù)據(jù)，了解航運(yùn)、港口企業(yè)、海事等用戶的需求，針對不同客戶需求進(jìn)行優(yōu)化，配置服務(wù)資源，完善服務(wù)體系，提供更有針對性、更智能的信息資源服務(wù)。

4 大數(shù)據(jù)時(shí)代的智能航道系統(tǒng)發(fā)展趨勢

在信息時(shí)代，需要使用基于云和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大數(shù)據(jù)技術(shù)。有效促進(jìn)信息技術(shù)的全面發(fā)展和航道生產(chǎn)與服務(wù)管理，認(rèn)識到優(yōu)質(zhì)內(nèi)部管理和外部服務(wù)的升級。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，我們正在長江上推廣和銷售移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。我們使用傳統(tǒng)的低成本設(shè)備來代替昂貴的設(shè)備（例如，移動(dòng)應(yīng)用程序開發(fā)），并且始終使用高速訪問來替代以前的專用訪問方法。這將鼓勵(lì)推廣和使用水文、氣象和電子系統(tǒng)。同時(shí)，從大數(shù)據(jù)和大運(yùn)輸?shù)慕嵌瓤?，它可以通過信息交換和資源共享使用而被整合到各種運(yùn)輸要素中，例如運(yùn)輸流程，貨運(yùn)流程，三峽船閘信息和港口狀況。通過更加高效，便捷的渠道信息服務(wù)，將建立一個(gè)完整的服務(wù)平臺，并向社會(huì)用戶開放。

5 結(jié)語

長江電子地圖和數(shù)字航道建設(shè)的應(yīng)用，奠定了大數(shù)據(jù)在智慧長江的發(fā)展應(yīng)用基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，地理空間基礎(chǔ)設(shè)施和信息技術(shù)、社交網(wǎng)絡(luò)和 Web應(yīng)用程序作為工具和方法集成了集成的全媒體通信和智能導(dǎo)航。提供基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和技術(shù)補(bǔ)充，也就表明在未來，航道信息化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)會(huì)遇到更多的困難與問題。包括在制定下相關(guān)制度、標(biāo)準(zhǔn)以及創(chuàng)新技術(shù)，管理、應(yīng)用和保護(hù)數(shù)據(jù)方面還有很多的工作要做。注意到國家的智能交通已經(jīng)得到了發(fā)展，長江智能航道也同樣如此，加上分布式計(jì)算等技術(shù)持續(xù)發(fā)展變得完善之后，和大數(shù)據(jù)發(fā)展一樣，很多領(lǐng)域都出現(xiàn)了迅猛發(fā)展的趨勢。智慧長江航道建設(shè)將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，如果依舊要使用傳統(tǒng)的處理與分析方法顯然不能充分地滿足未來需求。本文介紹了大數(shù)據(jù)理念，分析了大數(shù)據(jù)的性質(zhì)，并為航道智能化建設(shè)提供了解決方案和參考方法。