三峽船閘上游錨地監控管理系統設計

鄒金松

(中交第二航務工程勘察設計院有限公司　武漢　430071)

三峽船閘上游錨地監控管理系統設計

鄒金松

(中交第二航務工程勘察設計院有限公司武漢430071)

摘要三峽船閘上游錨地監控管理系統的建設可以幫助提高船舶過閘效率，充分發揮三峽工程的通航效益。對三峽壩區的安全監管現狀進行分析，設計了三峽船閘上游錨地監控管理系統的架構，根據系統主體需求對主要功能模塊進行設計。該系統主要包括監控數據采集、通航環境信息發布、錨地狀態動態監控和錨地業務管理等子系統。該系統可實現對三峽庫區航道、船閘、碼頭和渡口等重點水域的監控。

關鍵詞三峽船閘錨地安全監控管理

內河船舶監控管理系統是實現內河航運信息感知的重要技術手段與方法。近年來，加快長江等內河的水運發展已上升為國家戰略。同時，隨著信息化的發展與大數據時代的到來，內河船舶安全監管系統成為保障內河航行安全的重要手段之一。

在國外的內河航運監控系統中，德國的ARGO(Advanced River Navigation)系統[1]主要為萊茵河中部的狹窄河道航行的船舶提供信息服務，向船舶駕駛員提供實時的航道條件信息和安全水深范圍信息。美國海岸警衛隊建立的IRVMC (inland rivers vessel movement Center)系統[2]整合了GPS系統、AIS系統和電子航道圖系統，基于準確的船舶位置跟蹤保證了船舶的有效監管，通過電子航道圖系統和共享船舶位置信息輔助船舶航行，為船舶調度、船閘運行管理、安全監控、環境保護等提供信息服務支持。

針對內河水域的特點，我國在國外信息服務系統基礎上，已經初步建立了由船舶交通管理系統(vessel traffic services,VTS)、船舶自動識別系統(automatic identification system，AIS)、閉路電視系統(closed circuit tele vision,CCTV)和無線射頻識別系統(radio frequency identification devices,RFID)等船舶航行的立體化監管體系[3]。這些監管系統可實現對內河船舶航行信息的采集與分析，提高內河安全監管的力度與信息化服務能力。

錨地作為船舶安全停泊、避風裝卸貨物等的安全場所，近年來錨地的安全與監管技術得到研究人員的重視。在港口錨地的合理配布和優化、錨地功能改善和規劃、船舶進入錨地后對錨地的安全監管等方面開展了大量的研究[4]。

本文通過分析三峽壩區的船舶安全監管現狀，對三峽船閘上游錨地的監控管理系統進行了架構分析和功能設計。該系統的實現，可以幫助管理人員更好地利用三峽庫區內有限的錨地資源，保障水上交通安全。

1　三峽壩區安全監管現狀

三峽船閘上游錨地是為通過三峽船閘船舶等待過閘和上游待閘船舶提供錨泊的專用基地，是三峽通航保障工作的重要內容之一。近年來，對三峽錨地的研究不斷深入，國內學者對包括三峽危險品船舶待閘錨地的多元化研究、錨地容量分析、待閘錨地結構分析與建設管理[5-6]等開展了大量的研究工作，但是對于三峽錨地的智能化監管手段研究較少，錨地信息化監控管理手段的缺失，給三峽待閘錨地的有效管理帶來諸多困難和問題，迫切需要建設錨地監控管理系統。通過三峽壩區通航管理綜合信息系統工程CCTV監視系統的建設，現階段已初步實現對三峽河段航道、船閘、碼頭和渡口等重點水域的視頻監控。但是，仍存在以下不足之處。

(1) 目前三峽局大部分錨地及錨泊區域未實現視頻監控系統的覆蓋。未覆蓋區域不能實現與待閘船舶及錨泊躉船信息交互及通信、遠程可視監控，難以提高三峽通航的綜合管理與公眾服務水平。

(2) 已建CCTV系統不能滿足三峽局管理集中化的需求。管理集中化的目的是對信息收集、分析與發布流程的全局性掌握，進而對三峽壩區通航管理綜合信息系統工程CCTV監控系統的服務器及平臺軟件對前端信號進行統一管理和控制。

針對以上不足，需要結合長江三峽大壩上游河段實際船舶通航情況，為安全通過三峽船閘、船舶等待過閘和上游待閘，設計錨地監控管理系統并最終實現。

2　系統架構分析

三峽船閘上游錨地監控管理系統需要幫助管理人員實現包括進入報告、錨位指泊、錨位確認與船舶信息統計、錨地水域和錨泊秩序監控、船舶發航調度等方面的工作，為加強、完善錨地管理和服務的重要手段和技術支撐。本系統在充分利用現有信息網絡、各應用系統等建設成果的基礎上，將通信信息網絡延伸覆蓋到錨地外圍站點，開發各功能子系統，實現監控管理系統與現有通航管理業務應用系統的有效銜接，實現與待閘船舶及錨泊躉船信息交互及通信、遠程可視監控、待閘申報自動受理及分類、分區指泊、進出錨地時間自動記錄、數據自動統計分析、在錨船舶及泊位占用情況瀏覽等信技術；各錨泊躉船信息化網絡全覆蓋，各錨地水域可視監控前端采集設備全覆蓋等，以增強錨地管理和服務能力，總體提高船閘通航管理與公眾服務水平。

系統的總體架構設計見圖1。

圖1　系統總體結構

系統通過過閘調度等系統數據接口、通航環境實時監測及數據接口系統、泊位監控雷達系統、CCTV視頻監控系統分別獲取船舶GPS數據、通航環境信息、船舶目標雷達數據和視頻監控數據，利用數據庫進行數據存儲。而系統管理子系統則對數據信息進行分析，并將信息利用不同形式進行發布和使用。

其應用系統關系圖見圖2。

圖2　應用系統關系圖

(1) 錨地動態監控系統主要負責對監控區段的船舶AIS信息進行實時動態監測和數據前端采集和管理，并將采集獲取的信息分別發送至錨地業務管理系統和三峽通航管理局門戶網站，分別供管理員和其他人士進行信息查詢，實時了解錨地船舶的動態信息。為錨地業務管理平臺和三峽通航管理局公眾服務提供數據支撐。

(2) 錨地業務管理系統主要輔助錨地錨泊業務開展，為各類船舶待閘停靠錨地管理提供支撐；管理員通過對錨地業務管理系統的操作，可實時的對監控系統的狀態進行調控，對違規違章船舶進行監督和控制；同時通過三峽通航管理局外網門戶網站進行信息發布。

(3) 三峽通航管理局外網門戶網站主要是管理員信息發布與用戶信息查詢的交互平臺。管理員綜合錨地信息，將信息以圖像等直觀的方式通過網站、移動終端等完成信息發布，為過往船舶、社會公眾提供服務。

(4) 外部軟件接口保證了應用系統良好的擴展性，可通過接口與其他軟件系統相互通訊或獲取信息。

3　系統功能分析

三峽船閘上游錨地監控管理系統需要實現對壩區河段航行船舶、航道、錨地、船閘、碼頭和渡口等重點水域的實時監控管理。

因此本系統需要涵蓋錨地監控重要業務，包括受理船舶錨泊申請、指定泊位的業務管理、錨地動態監控、通航環境信息發布、查詢統計分析、歷史回放、相關系統(過閘調度、錨地數字航標系統等)接口、通信服務、基礎信息維護、信息發布網站、系統及安全管理等軟件功能。系統功能模塊見圖3。

圖3　系統功能圖

本系統主要包括監控數據采集子系統、通航環境信息發布子系統、錨地狀態動態監控子系統、錨地業務管理子系統。

3.1監控數據采集子系統

監控數據的采集主要是指通過攝像機、GPRS系統、雷達、AIS等設備與系統獲取相應的數據。所采集的數據主要有船位、錨泊狀態、錨地泊位狀態等信息。船位信息獲取包括GPS系統、AIS、雷達、人工輸入等方式。監控數據的采集需要與過閘調度等系統、安檢系統、數字航標系統交換信息。系統需要實現與其他系統的互聯互通，向下能與低層的數據采集設備通信，向上能與管理層通信。因此系統應具有良好的開放性，提供外部設備的協議驅動接口。當出現新的監控設備時，通過適當定義的數據接口，使系統能實現與該設備正常通信，提取有效數據并對其進行相關的監測和控制。如能夠接收GPRS系統傳來的船舶位置等數據傳送給監控系統。

3.2通航環境信息發布子系統

通航環境信息發布子系統可用來對外發布錨地的動態信息，以提高錨地服務水平與能力。所發布的錨地動態信息包括航道信息、船閘信息、水文信息、氣象信息，錨地信息等。發布方式包括手機短信、網站、GPS終端等。

3.3錨地狀態動態監控子系統

錨地狀態動態監控子系統主要應實現錨地信息的圖表展示、走錨監控、錨地視頻監控、在錨船舶及泊位占用情況瀏覽等。具體功能包括：錨地船位及錨泊狀態監控、船舶走錨狀態監控、錨地視頻監控、視頻圖像分析等模塊。

錨地狀態動態監控子系統的功能框架見圖4。

圖4　錨地動態監控系統功能框架圖

(1) 錨地船位及錨泊狀態監控。本功能主要實現對錨地基本信息和船位信息以及錨泊狀態的監控，基本信息包括錨地名稱、設計容量、可用容量、錨地性質、泊位占用狀態、地點等；船位信息包括船舶號、占用泊位號等。

(2) 船舶走錨狀態監控。本功能主要實現對船舶走錨狀態的識別及監控。船舶走錨狀態信息包括船舶號、所在錨地名稱、占用泊位、船舶位置、位置變化閾值等；位置變化閾值是判斷船舶是否走錨的標準，若船舶位置變化超過閾值，則判為走錨。可根據船舶位置變化量是否超過閾值來對走錨狀態進行識別。船舶位置獲取：GPS系統、AIS、雷達、人工輸入等。

(3) 錨地視頻監控。本功能主要實現對錨地的動態視頻監控。監控內容包括錨地名稱、監控時間、監控地點、監控對象、監控事件和監控狀態、攝像頭編號、位置、類型等。

(4) 錨地視頻分析。本功能主要通過對視頻圖像的動態分析獲取船位信息、目標跟蹤、走錨狀態識別、船舶交通流統計等。基本信息包括監控的動態對象位置、航速航向、走錨狀態、船舶數量等。同時提取監控視頻中關于船舶圖像分析信息，獲得錨泊的動態狀態，以實現對錨泊狀態的動態監控和輔助管理。

3.4錨地業務管理子系統

錨地業務管理子系統主要實現船舶過閘前錨地停靠待閘中的進入報告、停泊指定、離開錨地等業務管理。具體包括危險品運輸船、普通運輸船、臨時危險品運輸船、臨時普通運輸船的待閘錨泊管理，VHF通信管理等5個功能模塊，主要實現對相應的錨地信息、組織機構代碼、起訖點、航道信息、船舶類型、船位信息等的添加、修改和刪除功能。每個模塊中區分上水和下水2個不同功能。

3.5系統管理

系統管理主要實現基礎信息的配置管理，包括錨地基礎信息維護、用戶管理、日志管理等功能模塊。主要實現對各個模塊數據的添加、修改和刪除功能。

4　結語

本文通過對三峽壩區視頻監控覆蓋情況、以及壩區管理集中化需求的現狀分析，設計并實現了三峽庫區錨地監控管理系統。本系統主要包括監控數據采集子系統、通航環境信息發布子系統、錨地狀態動態監控子系統、錨地業務管理子系統。本系統可滿足目前三峽壩區的監管需求，實現對采集信息的及時處理與發布和錨地業務的監管，實現對三峽庫區航道、船閘、碼頭和渡口等重點水域的監控。從而提升錨地集中指泊、安全監管、信息服務能力，推動三峽通航錨地管理由傳統管理方式向信息化管理方式的轉型。綜合提升了三峽錨地的業務能力與效率，實現了三峽通航管理業務的無縫銜接和流轉，以及閘區信息的共享和交換，提高了通過能力，減少了生產管理成本。全面提升了三峽通航管理與服務水平。

參考文獻

[1]VOGEL J, WIRTH H, ZENTGRAF R. Advanced River Navigation(ARGO) - A challenging component of the RIS-Concept[C].31st PLANC Congress. Estoril:2006.

[2]HINES K. Inside out: A look at the inland river vessel movement center-protecting America from the inside out[J].U.S Coast Guard Revisit,2006,53(3): 18-21.

[3]桑凌志,毛喆,張文娟,等.內河多橋梁水域船舶安全航行預警系統實現[J].中國航海,2014,37(4):34-39.

[4]楊之梁.船舶進入錨地后的安全監督管理[J].世界海運,2001(5):15-16.

[5]劉明俊,劉佳侖,周立.基于排隊論的三峽庫區錨地容量分析[J].武漢理工大學學報：交通科學與工程版,2013,37(1):35-38.

[6]胡標兵.三峽庫區變動段錨地的建設和管理[J].中國水運,2009(8):9-10.

收稿日期：2015-07-10

Monitoring and Management System Design of the
Anchorage at the Upstream of the Three Gorges Dam

ZouJinsong

(CCCC Second Harbor Consultants Co., Ltd., Wuhan 430071, China)

Abstract：The monitoring and management system construction of the anchorage at the upstream of the Three Gorges Dam Lock can raise the efficiencies of shipping lockage capacity and give full play to the benefits of waterway transportation. The current status of the safety supervision in the Three Gorges Reservoir Region is analyzed for the framework designing of the target system. Furthermore, we can design the monitoring and management system framework of the anchorage at the upstream of the Three Gorges Dam Lock and the main function modules according to the analysis of system requirements. This system includes four functional sub-systems, namely, monitoring data collection sub-system, navigational environment information release sub-system, anchorage status dynamic monitoring sub-system, and anchorage business management sub-system. The designed system can assist in supervising the waterways, ship locks, docks and ferries in the Three Gorges Reservoir Region.

Key words:lock of the three gorges dam; anchorage; safety; monitoring; management

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.057