我國航道感知綜合應用系統的功能研究

蔣金偉

1 引言

隨著我國經濟建設的蓬勃發展，船舶航運量也在急劇增長，水上交通量日益加大，航運擁擠堵塞現象日趨嚴重，航運事故也時有發生。航運問題已經成為航道管理工作中的重大社會問題，阻礙和制約著社會經濟建設的發展。因此，深入研究航道感知綜合應用系統，對于解決航道擁堵問題的解決方法有著極為重要的現實意義。

航道感知綜合應用系統是我國自行研發的一種航道信息化系統，其主要應用在以下三個方面：航道要素管理、船舶智能感知、通航環境監測。其功能集成了船舶自動識別系統、視頻監控系統、自動激光掃描系統、水文氣象監測等系統，并能夠及時地反映在電子航道圖上，為航道的安全、高效通行提供支持。

2 通航要素管理

航道基礎數據的采集是根據實際需求，利用數字視頻、聲吶測深、水位傳感器、定位值守傳感器、激光傳感器等各種傳感器，對航線范圍內的水下、水文、船舶、設施等進行數據采集，獲取各種信息，服務于我們的航道管理。其數據包括：航道的設施狀態數據、水位實時數據、航道河床斷面數據、船舶交通量的實時數據等。

“電子航道圖子系統”是“感知航道”的面容，是展示“感知航道”成果的最終載體?；?:2000高精度GIS電子航道圖不僅能夠形象地展示航道范圍內的基礎設施、港口、碼頭、錨地以及兩側的地標性建筑、綠化帶等信息，還能夠展示各個“感知”子系統的實時信息，是航道指揮調度必不可少的綜合展示系統。

根據S-57國際標準的規定，將通航要素劃分為190多種，在實際監管、應急指揮以及日常業務中，根據需要大致可將這些通航要素分成四類：工程設施類、監管設施類、通航環境類、各種功能水域類等。

電子巡查可以實現按通航要素的分類、功能、區域或位置等的分類巡查。主要用于掌握轄區水域通航環境、船舶航行、停泊秩序，收集水文、氣象信息，對轄區整體安全狀況做出初步研判，為后續執法活動或安全服務提供依據或參考。

2.1 巡查的分類

按巡航手段分類：

（1）CCTV電子巡航

以不同CCTV窗口進行依次、連續的觀測為主，AIS圖像檢查為輔助的巡航方式。

（2）AIS電子巡航

以不同AIS窗口進行依次、連續的觀測為主，CCTV視頻檢查為輔助的巡航方式。

按監管對象分類：

（1）全面巡航

按照轄區水道分組，模擬傳統海巡船巡航的方式，將同一水道的CCTV視頻前端或AIS圖像按照上下游順序編成巡航方案，組織全轄區水域巡航。

（2）重點巡航

按照監管類別分組，將重點監管對象分為渡口水域、橋區水域、水工水域、重點航段、漁船習慣捕撈區、重要碼頭等巡航組，各組分別運用CCTV或AIS等系統組織巡航。

2.2 通航要素狀態監測與預警

利用安裝好的傳感器，可以實現同行要素狀態監測和預警。當通航要素異常時，異常通航要素會在電子航道圖中進行特殊標記，引起人員注意。通過將船舶的AIS數據與預設規則進行比對，實現對違反規則的行為自動識別和預警的監管方式。

預警通?？梢苑譃椋撼Ｒ幮皖A警和應激型預警。

常規型預警是按照通航安全管理規定和轄區水道特點，設置長期性預警規則，實現對目標監管對象的日常預警和監管。其主要包含：

（1）區域預警

區域預警是指設定的預警規則適用于該區域內所有船舶的預警。

（2）單目標預警

單目標預警是指設定的預警規則只針對某一艘特定船舶的預警。

應激型預警是根據異常水文氣象、突發性事件或上級臨時指令，設定短期性預警規則，實現對目標監管對象的臨時性預警和監管。應激型預警指對如濃霧、雷雨大風、汛期、上級指令以及事故險情等應激事件下的預警。其主要包含：

（1）異常水文氣候預警

當轄區出現濃霧、雷雨大風、汛期、枯水期等異常水文氣候時，可結合轄區特點，制定并實施臨時性電子預警方案，保障轄區異常水文氣候時的水上交通安全。

（2）事故險情預警

對險情發生水域劃定警戒區，結合實際需要，設定相應的預警規則，實現對進入險情水域的船舶自動預警和預警處置。

（3）交通管制及上級指令預警

對水域實施交通管制時，可對管制水域設定警戒區及規則，實現對進入警戒區水域的船舶自動預警和預警處置。

另外，針對航道中的各類情況，我們需要設定預警原則，主要包括：

（1）根據相關通航安全管理規定及現場管理需要，對相應河段設置預警時段、速度范圍和持續時間等規則，實現禁止超速、禁止停泊等預警。

（2）結合轄區水域特點，對狹窄彎曲河段、叉河口、施工水域等水域，按照通航安全管理規定，設置相應的規則參數，實現禁止追越、禁止掉頭等預警。

（3）結合轄區水域特點，根據各海事處渡口管理需要，對渡口水域劃定渡口斑馬線區域，設定相關的規則，實現渡口斑馬線預警。

（4）結合轄區水域特點，根據各海事處的橋區水域管理需要，對橋區水域設定相關的規則，實現橋區水域預警。

（5）根據航段航行實際情況，以“禁止進入”規則劃定上下行航段分隔線，實現船舶偏離航道預警。

（6）根據轄區現場監管需要，對監管對象設定CPA、走錨等參數，實現對個體目標的預警。

當發生預警時，值班人員應立即對預警類型進行分析，對船舶AIS數據進行初步評估，條件允許下可結合CCTV視頻系統對預警情況進行核查，視情處置。主要包括：

（1）違章類型預警：對違章類型預警，情節較輕的，可通過VHF、電話等方式進行遠程糾正；情節較重者或經VHF、電話等方式呼叫后未能自覺糾正違章行為的，可通過執法力量現場聯動進行處置。

（2）安全監管類預警：指各海事處根據轄區海事管理要求設置的安全提醒類預警，對此類型的預警，各海事處可根據預警設置目的及相應的處置手段進行處置。

3 船舶智能感知

3.1 船舶追蹤

船舶追蹤系統是運用數字圖像分析技術，對航道交通狀況的監控視頻畫面進行實時分析，獲取相應航段的船舶密度、航向、平均航速等通航狀況信息，形成實時的航道流量密度圖，為航道指揮調度和船舶疏導提供依據。軟件主要功能有：通航密度圖、通航狀況分析、通航走勢分析、異常狀況預警及分布等。

通過船舶航行的GPS定位數據，結合遠程視頻監控系統，調整高清攝像頭的角度、鏡頭焦距等，能夠清晰獲取該船舶的視頻信息，為控制中心管理提供方便。其中，追蹤可以分成以下三類：

（1）CCTV電子跟蹤：是利用CCTV視頻系統對目標船舶進行攝像追蹤，對違法行為錄像、拍照固化證據。

（2）AIS電子跟蹤：是利用AIS在海圖上進行追蹤、識別，必要時保存航行軌跡。

（3）CCTV、AIS聯動跟蹤：是將船舶AIS信息中的GPS位置傳遞至具有自動反饋功能的CCTV視頻前端，使視頻前端自動跟隨指定船舶的移動而轉動，始終將其在視頻前端的畫面中顯示，并能在超出該視頻前端覆蓋范圍后，由下一個視頻前端自動接力跟蹤。

圖1 船舶航行的跟蹤流程圖

3.2 船舶航行記錄查詢

航道感知綜合系統可提供兩種方式的船舶航行記錄查詢：

（1）AIS查詢：是以系統AIS信息為數據源，可查詢一定時間段內目標區域或目標船舶的航跡，以掌握某區域或某船舶的航行情況，主要應用于水上交通事故調查，也可作為違法行為證據。

（2）視頻查詢：是指用戶可以搜索時間、位置信息等關鍵字段，來調閱相應的視頻監控錄像，通過人工來查看船舶航行記錄，搜集有用的信息。

4 通航環境監測

航道管理指揮中心可以通過對前端傳感設備采集的各種信息，經過分析處理，提煉出關鍵信息，經系統發布到用戶手機、互聯網等終端上，實現快捷播報、服務社會生產、生活。

各市航道管理部門可以根據需求與水利氣象部門建立長期數據交換機制，通過傳感器可以實現對航道設施及船舶實現全天候、全區域的監測，從而定時獲取并更新航道能見度監測、水文監測、氣象監測等數據；并將感知到的航道數據，通過無線網絡和有線光纖構成的網絡，匯聚至指揮調度中心的系統平臺，再進行定向發布。各船舶和航道用戶就可以及時掌握各種氣象、水文、交通實況數據，提前做出相應處置行動，從而最大限度地規避風險。

隨著技術的不斷進步，在水路航運事業日益發展的今天，我國航道感知綜合應用系統將會為航運的安全、暢通保駕護航?！案兄降馈卑l展完善以后，還能進一步聯合港口、海事、公共交通等系統，最終實現更廣范圍內應用的“感知交通”平臺；大數據時代的功能應用值得我們去期待。