合裕線水上交通安全支持保障方案分析

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(1.交通運輸部水運科學研究所，北京 100088；2.安徽省地方海事局，合肥 230011)

合裕線(合肥—裕溪口航線)水上交通安全支持保障系統建設項目包括：全線甚高頻通信系統、全線重點區域視頻監控系統、水上綜合執法與應急救助基地及工作站、巢湖水上搜救中心、全省水上交通地信息系統、省市調度指揮中心等。

合裕航道起點為合肥市當涂路橋，終點為裕溪河入長江河口，由南淝河、巢湖、裕溪河三段組成，全長139.8 km。其中：當涂路橋至南淝河入口24 km(當涂路橋至312國道橋7 km，312國路橋下17 km);巢湖湖區段54 km;巢湖閘至裕溪河入江口61.8 km。合裕航道跨合肥、巢湖兩市，涉及瑤海、包河、居巢三區和肥東、含山、和縣、無為四縣。

合裕線航道通航歷史悠久，早在夏商之際就曾是舟楫相通，秦漢以后，水運已較為發達，三國時期，是魏吳重要的漕運通道，歷史上的巢肥運河，指的就是合裕航道。興于三國，衰于南北朝以后。建國初期合裕航道只常年通航50 t以下木船，季節性通航50～80 t木船，自1954年起水利、交通部門為綜合利用水資源，改善巢湖流域水利和航運落后面貌，對南淝河、巢湖、裕溪河進行了一系列治理，經過近50余年治理，合裕線航道已成為國家干線航道網之一。安徽省骨干航道網“兩干三支”中的一支，省會經濟圈惟一入江航道，合肥港也發展成全國28個內河主要港口之一。

合裕線為《全國內河航道與港口布局規劃(2006～2020年)》國家高等級航道網“兩橫一縱兩網十八線”中長江水系“一橫一網十線”中的一線，規劃等級為三級。

合裕航道升級改造自2008年以后逐步展開。先是在裕溪船閘、巢湖船閘處建復線船閘，接著將對航道進行全面疏浚。復線船閘的標準為設計三級，兼顧二級水深。通過整治，合裕線航道現可常年通行500～1 000 t級船舶，該工程既滿足了合巢蕪區域經濟和社會發展需要，又完善了以合肥為中心的鐵路、公路、航空、水運綜合運輸網絡。同時，對改善巢湖水域的生態環境、增加裕溪河泄洪能力，促進巢湖旅游事業發展都具有重要的意義。

升級后的合裕線航運能力有了更大的提升。與此同時，也帶來了全航線因船只充滿率的加大、船舶噸位的提高和船員操縱能力待提高等方面的影響因素，存在安全性隱患[1]。因此，合裕線水上交通安全支持保障系統建設就顯得意義重大。從各方面優化系統對于安全性、經濟性和管理合理性都有有效的幫助。

1 合裕線水上交通安全支持保障系統

關于合裕航道交通安全動態監控，目前已在24 km的南淝河航段和重要碼頭設置20個全天候攝像頭，由與監測網配套的水上交管中心實施監測。海事人員在水上交管中心可24 h實時監控南淝河的船舶航行、水上施工和各碼頭船舶作業等，一旦發生緊急事故，可立即安排搜救艇前往。

隨著合裕線全線航道升級工程的全面完成，安徽省地方海事局與交通部水運規劃設計研究院研發完成了合裕線全線水上交通安全支持保障系統，可對140 km合裕線航道全程監控。該系統是整個工程的配套管理子系統。

合裕線航道交通安全支持保障系統的研究與建設，主要有下面幾方面的內容。

1)建立合裕線航道交通監控與指揮系統。主要包括省市(合肥市、巢湖市)調度指揮中心、全線視頻監控系統。

2)建立全線的VHF系統、VTS系統以及RFID系統等。這是合裕線水上交通安全支持保障系統的關鍵技術保障。

建立VTS系統是整個系統建設的關鍵和重點，內容包括：提供雷達系統技術方案，配置各雷達站設備；配置指揮中心設備；研發繪制系統和各子系統信號流程圖；對監測數據進行技術處理；研發AIS子系統；研發交通顯示控制及記錄重放子系統；建立系統各類接口、標準、數據格式；完成系統技術指標計算(雷達檢測能力含雷達覆蓋模擬圖，系統分辨力，單雷達站及系統跟蹤處理容量)。

研發VHF系統包括：配置各VHF基站設備；配置VHF中心設備；建立系統各類接口、標準、數據格式；計算VHF基站通信覆蓋能力。

RFID系統是整個系統的技術平臺與核心，研發內容包括：配置RFID系統硬件設備；研發RFID系統管理軟件與數據接口；配備船載RFID設備。

3)地理信息、電子巡航系統。主要包括全省地理信息系統平臺建設、合裕線電子航道圖建設、電子巡航系統建設等。

2 關鍵技術

2.1 VTS系統

船舶交通服務(vessel traffic services,VTS)系統是采用先進的技術，實現對重點水域的雷達覆蓋，對重點船舶實施跟蹤，通過糾正船舶違章來減少險情和事故發生，并為船舶提供信息服務、助航服務和交通組織服務等，支持與其他部門的聯合行動。

合裕全線甚高頻(very high frequency,VHF)系統由一個VTS中心和若干雷達站構成。其中的關鍵是巢湖VTS系統。整個系統要求雷達波涵蓋西北的合肥市和東南的裕溪河入江口。根據設計選型，雷達信號的最大覆蓋半徑為18 km，西北VHF通信基站建在大興集；東南站建在運漕鎮。巢湖VTS系統中，VTS中心建于原中廟港航所內。巢湖VTS系統的管理范圍為：巢湖湖區，所有雷達站通過租用公用網傳輸鏈路的方式將信息傳輸至巢湖VTS中心，在巢湖VTS中心進行綜合處理與顯示，由VTS中心統一負責VTS的值班和運行。

合裕線水上交通安全支持保障系統的重點區域是巢湖水域。而該水域建設保障系統的關鍵是雷達站點的布置。從現實條件出發，湖區雷達站可有不同方案選擇，見圖1。

圖1 雷達站方案

方案一。設大興、中廟(VTS中心)、散兵和運漕4個雷達站。該方案的特點是利用中廟這一巢湖的突出部，建立中廟站，同時作為VTS中心。雷達波幾乎能覆蓋面到整個巢湖水域。但中廟站的海拔相對較低，站點的基礎設施工程量較大。

方案二。將VTS站選點在巢湖南岸的袁家山，該處海拔優勢明顯。

方案三。將VTS站選點在巢湖南岸的青龍咀，該處交通便利、施工方便。另一站置于巢湖市南的龜山上，此處海拔較高，且靠近鐵路線，便于施工建設。

根據合裕線水上甚高頻系統基站總體布局原則，甚高頻雷達站址選擇應保證功能與經濟效益的最大化。具體應考慮如下幾方面因素。

1)滿足功能要求。在可能的條件下應選擇制高點，增大覆蓋范圍，保證信號覆蓋整個湖區。

2)應具有良好的電磁環境。應該是站點最少、路徑最短、傳輸穩定、信號損失最小的環境。

3)利用社會通信運營商的基礎設施進行建設，工程建設與運行維護成本低、效益好。

4)應考慮值守人員交通及生活的方便性。

從地理上看，巢湖地處皖中，東臨長江，北面距105省道僅3 km、距合蕪杭城際鐵路最近處(巢湖龜山)不足1 km；東面的316省道沿湖而行，其中散兵鎮省道穿鎮而過；南面距316和103省道10 km，且環湖人煙稠密，生活便利。

利用最優樹理論[2]，以建站選點高度、信息傳遞路程長度、電磁環境、交通條件、生活條件和初投入成本等為權因子，權值最大者為綜合效果最好，根據表1統計結果，方案一為最終方案。

表1 各方案權因子及權值

方案一中，建有兩個雷達基站，即中廟通信基站和散兵通信基站。VTS中心也建于中廟。 中廟基站雖然相對海拔不高，但其所在的半島位置，信號基本上可以覆蓋大部分湖區。與VTS中心同處一地，與其他方案比較，傳輸路徑最短、傳輸穩定、信號損失最小，見圖2。

圖2 信號傳輸路徑示意

兩個基站均在居民居住區域，交通便利、生活方便。距主要交通線很近，基礎建設與運行維護成本最低、效益最好。

2.2 VHF系統

根據合裕線水上VHF系統基站總體布局原則和VTS系統優化的結果，據此全線擬建設VHF通信基站4座，分別是：大興集甚高頻基站、中廟甚高頻基站、散兵甚高頻基站、運漕甚高頻基站。

大興基站位于合裕線南淝河河東，靠近安徽省會合肥。便于與省航運部門通信及聯系。該基站雷達波可以覆蓋合肥市，也包括了南淝河入巢湖的入湖口即船舶由湖入河的瓶頸之處。同時，基站建在南淝河水流方向自東向西改變為由北向南的拐點處，河道彎曲、船舶容易擁堵。在此建站，有利于管理和控制水上交通。

中廟VHF基站建于巢湖北岸半島形的突出部位，該站發出的雷達波幾乎可以覆蓋整個巢湖水域，對于監控管理十分有利。而且雷達波對周邊居民的輻射影響面相對較小。作為整個監制系統的信息傳輸(VTS)中心，位于全航線的中部，便于收集各個方向的信息進行處理，是整個系統的大腦。

散兵基站建于巢湖西面裕溪河口，是另一處交通瓶頸水域。雷達波覆蓋范圍可彌補中廟覆蓋區的不足，也能覆蓋裕溪河東部近1/3的河段。

運漕基站建在裕溪河西段，雷達波覆蓋區東與散兵基站相銜接，西包括裕溪河進長江的入江口，也是主要的水上交通控制點。

2.3 RFID系統

無線射頻識別(radio frequency identification,RFID)系統主要針對小型船舶，此類船舶大多無供電設備，無法安裝AIS終端；此外，由于RFID船載設備成本較低，也適用于大量布置，從而便于進行統計分析。RFID系統由數據上收部分(船舶電子標簽)、數據接收與傳輸部分(基站)和數據管理中心3大部分組成。

基站將電子標簽上報的數據通過本地的局域網或3G CDMA網絡將數據上傳到數據管理處理中心。執法人員根據電子標簽，對船舶進行身份識別及數據查詢瀏覽，違章船舶、年檢過期、證書過期等問題船舶將無處遁形，是判定是否開出現場處罰的憑證。

數據管理中心主要是負責對上傳的數據進行解析、處理，給出各種顯示報表、日志，實現管理人員對小型旅游船人性化、智能化的管理。

根據合裕線水上交通的基本情況，在南淝河進巢湖的入口處、裕溪河與巢湖的交匯處(巢湖閘)、裕溪口、南淝河大興水上綜合執法與應急救助基地及南淝河施口水上綜合執法與應急救助基地、巢湖中廟水上綜合執法與應急救助基地、巢湖散兵水上綜合執法與應急救助基地、巢湖閘水上綜合執法與應急救助基地、裕溪河雍家鎮水上綜合執法與應急救助基地及裕溪閘水上綜合執法與應急救助基地等10個重點位置建設10座RFID基站。

在巢湖搜救中心建設1套數據管理系統和1套應用軟件。為合裕線重點運行船舶配置400個有源船載終端。

3 結束語

合裕線是安徽省會合肥水路通江的重要交通線，建立安全保障系統勢在必行。優化布局是保證該系統科學、經濟的必要手段。工程優化的方法有很多，本文提出了一種優化思路，并通過應用實例完成了理論上驗證和實際操作中的指導，對于減少工程建設的隨意性、盲目性是一種探討和研究。

[1] 董曙光.安徽省合格線過閘運輸船舶標準船型主尺度研究[J].船海工程，2013，42(3)：188-191.

[2] 迪斯特爾.圖論[M].于青林,譯.北京：高等教育出版社，2013.