長江數字航道和智能航道的分析與思考

呂永祥 何 樂 陳 琳 徐秀梅

（長江航道局 武漢 430010）

1 長江數字航道

1.1 數字航道的內涵

數字航道是數字地球概念在航道領域的具體應用，是對航道管轄區域、管理對象及管理活動的數字化表現，是綜合應用地理信息系統、遙感、遙測、寬帶網絡、通訊、虛擬仿真、多媒體等多種技術對航道業務流程、動態監測管理和輔助決策服務的虛擬化、網絡化、數字化的技術系統。

1.2 數字航道的主要特點

通過對航道要素等航道信息資源的數字化，實現航道要素等航道信息的有效采集和傳輸，達到信息資源傳輸的遠程化、及時化、實時化，進而實現服務的多元化。通過豐富的航道要素信息，為船舶的經濟運行提供方便，為船舶的安全航行提供保障。

1.3 長江數字航道總體框架

長江數字航道的總體框架可以概括為“一主六分七中心、一圖一站三平臺”的7131框架體系，見圖1。

圖1 長江數字航道總體框架圖

一主中心：長江數字航道管理中心。

六分中心：在宜賓、瀘州、重慶、宜昌、武漢、南京6個區域航道局建立數字航道管理分中心。

一圖：統一的長江干線電子航道圖。

一站：長江航道外網門戶網站。

三平臺：航道動態監測平臺、航道維護管理平臺、航道應急指揮平臺。

2 長江智能航道

2.1 智能航道的內涵

“智能航道”（intelligent waterway）是指在數字航道基礎上，利用智能傳感器、物聯網、自動控制、人工智能等技術，自動獲取航道系統要素信息，通過融合處理與深度挖掘，實現航道規劃科學化、建養智能化、管理現代化，為水路運輸高效、安全、節能提供實時、精確、便捷的航道服務。

2.2 智能航道組成［2］

其主要由感知層、傳輸層、支撐平臺層、服務應用層和制度保障層組成。將充分利用航道資源建立全面感知、廣泛互聯、深度融合、智能應用、機制完善的智能航道運行服務體系，實現航道資源的物聯化、航道信息的互聯化和航道管理服務的智能化。長江智能航道架構見圖2。

圖2 長江智能航道架構圖

2.3 智能航道的特點

（1）航道信息感知更為全面、透徹。通過智能傳感器、射頻識別、無線網絡等手段，從空中、水上、水面、水下實現航道要素信息全方位透徹的獲取，對航道航標、水位、河床地形、流速、流態等立體空間航道要素精細感知。

（2）航道信息交互更為暢通、友好。航道要素信息以不同方式嵌入網絡，實現更全面的互聯互通。同時基于多功能電子航道圖系統，利用先進的網絡通訊技術實現航道要素信息與應用終端實時、順暢地友好交互。

（3）航道信息服務更為實時、便捷。基于數據庫系統平臺，結合智能化電子航道圖應用服務系統，對海量數據進行整理分析，實現從數據到信息，從信息到知識，從知識到洞察力的過程，進而實現航道信息定制化服務。同時，通過航道信息服務平臺，實現提供實時、便捷的航道信息服務，從而保障船舶安全航行、提高航運監管效率、提升航運運輸效益。

（4）航道管理與養護更為科學、低碳。基于航道數據庫，利用現代科學技術對航道規劃、養護、管理等過程進行決策分析，實現航道規劃科學化、建養智能化、管理現代化。同時利用遙測遙控與現代傳感技術，對航道工程船舶、航標狀態進行主動監測與智能控制，實現航道養護管理過程的智能化。

3 長江電子航道圖

3.1 長江電子航道圖的概念

長江電子航道圖是指利用測繪、地理信息和網絡等技術，用數字化的形式展現長江航道及兩岸地物要素的綜合性數字地圖產品。

3.2 電子航道圖的建設情況

2009年11月28日長江航道局實現了長江宜賓合江門至太倉瀏河口河段約2 700 km電子航道圖的全線貫通工作，并將此次制作完成的長江電子航道圖統稱為長江電子航道圖（1.0版）。

2012年4月至8月，長江航道局完成了長江干線宜賓合江門至太倉瀏河口河段2 687.8 km電子航道圖制作，實現了長江電子航道圖（2.0版）的全線貫通，并于2012年10月1日起正式對外試運行。

2012年10月，在對船用終端使用情況進行回訪、調研，搜集使用意見和需求的基礎上，長江電子航道圖（3.0版）系統建設工作正式啟動。

3.3 不同版本長江電子航道圖的功能

（1）1.0版電子航道圖實現了航標等航道要素信息的數字化，進而使紙質版的航道圖變成電子版，并且可以對相關的航道要素適時更新，實現了部分河段航標信息的遙測遙報等功能。

（2）2.0版電子航道圖在基礎顯示方面，實現了電子航道圖瀏覽與導航、多源目標信息顯示、空間凈空高度信息動態顯示；在網絡交互方面，實現了電子航道圖的及時更新、航道公共信息服務、其它網站信息瀏覽和基于船舶位置信息服務；在使用功能上，實現了不同水深靈活顯示、偏離航道告警、船舶航行歷史軌跡回放、電子航道圖標注和模擬航行等功能；在高級服務方面，實現了航道可航水深和航寬的動態顯示、0.1 m精度等深線的實時計算與可航范圍的顯示等高級功能。

（3）3.0版電子航道圖將實現航道流速顯示、船舶自動避碰、山區河段可視距離顯示等功能。

（4）4.0版電子航道圖將納入更多智能化的要素，通過開展河床演變機理、船舶耗油影響因素等方面的研究，實現近期航道水深預測、輔助航行計劃制定、經濟航線推薦等功能。

3.4 電子航道圖與數字航道及智能航道的關系

數字航道是智能航道的基礎，數字航道為智能航道提供了基礎設施及系統硬件支持，為智能航道搭建了應用支撐平臺。數字航道是航道要素等航道信息的數字化，為智能航道的數據模型提供了數據基礎和分析元素。智能航道是數字航道的擴展，是航道要素功能化、智能化的體現。

電子航道圖是智能航道、數字航道的載體，也是智能航道、數字航道的核心內容，是實現長江航道信息管理服務的基礎平臺，建設智能航道關鍵在于研發建設多功能電子航道圖。三者是密切聯系相互依存的統一整體。

4 建設長江智能航道的意義

從歷史發展來看，世界上的內河航道發展大體可以劃分為3個發展階段：低等級航道－高等級航道－智能航道。經過幾代長江航道人的艱苦努力，目前長江干線航道經過治理，到2011年已經全部建成為高等級航道，成功實現了從低等級航道向高等級航道階段的跨越。但是，長江航道科技水平落后于基礎設施發展水平，已經成為影響長江航道整體功能發揮和整體效率提高的最重要的制約因素。長江與世界一流的內河——萊茵河、密西西比河相比，在管理與服務的水平上還有明顯差距；為此，長江航道局提出要加快長江航道發展轉型升級，在加快長江航道系統治理的同時，同步開展長江數字航道和智能航道建設，到2015年實現長江航道從傳統航道跨入數字航道、智能航道，把長江航道基本建設成為世界一流的現代化內河航道。這是基于對世界內河航道發展規律和發展階段科學判斷基礎上的科學決策。

從社會服務來看，長期以來，長江航道向社會提供公共服務的手段比較單一，主要是提供航道尺度和少量航道信息服務。隨著時代的發展，特別是現代物流業和行業管理的發展，社會各界對航道的公共服務能力、服務手段都提出了新的需求，沿江地方政府、港航管理部門、航運企業和營運船舶都迫切希望最大限度地利用航道資源，全面及時地了解和感知航道乃至長江水運各要素的狀態，并充分實現信息資源的交流共享。

從內河水運行業來看，在航道、港口、船舶和支持保障系統等內河水運要素中，航道是基礎。在國務院《關于加快長江等內河水運發展的意見》中，明確提出利用10年左右的時間，基本建成“暢通、高效、安全、綠色”的現代化內河水運體系。實現內河水運的現代化首先必須實現航道的現代化。而實現長江干線航道的現代化，最重要的就是要提高長江航道管理和服務的科技水平，建設數字航道、智能航道，最根本性的標志就是智能化。

5 長江智能航道全面建成后的效果預期

建成后的長江智能航道其主要效果為全面感知、廣泛互聯、深度融合、智能應用、機制完善和高效服務。

（1）全面感知。在數字航道基礎上，利用智能傳感器、物聯網、自動控制、人工智能等技術，自動獲取航道系統要素信息，借助高空、水面、水下傳感設備，實現水位、氣象、助航設施、橋梁凈空等信息的動態采集，實時地為航道維護管理、船舶航行提供可靠的航道信息。見圖3。

圖3 長江智能航道全面感知示意圖

（2）深度融合。在全面感知的基礎上，通過廣泛互聯、使得各種航道信息交互作用并充分挖掘、深度融合，在充分挖掘、深度融合的基礎上智能應用，主要表現是航道信息感知更為全面、透徹，航道信息交互更為通暢、友好、充分。

（3）智能管理。通過長江智能航道綜合服務平臺，為規劃與建設、管理養護、智能機務、安全管理等應用的開展提供智能管理平臺，提升智能化管理水平，使航道管理與養護更為科學、低碳。

（4）高效服務。以多功能電子航道圖為載體，借助長江智能航道綜合服務平臺提供信息服務、智能助航、應急服務等，使航道服務更為實時、便捷。

6 結語

目前，長江數字航道的建設已經在長江干線分段實施，智能航道的載體電子航道圖2.0版正在試運行，電子航道圖3.0版的關鍵技術正在研發，長江數字航道、智能航道的建設，必將深化長江高等級航道建設和發展的內涵，有力地推動我國內河水運的轉型升級和現代化，為建成世界一流的現代化內河航道提供有力的支撐。

［1］ 國務院.關于加快長江等內河水運發展的意見［Z］.國發〔2011〕2號，2011－01

［2］ 長江航道局.長江智能航道專題研究［R］.武漢：長江航道局，2012.