航道維護管理中航標遙測遙控系統應用

胡建文

（江西省贛東航道事務中心，江西景德鎮 333032）

0 引言

在航道維護管理工作開展階段中，航標技術狀態將直接影響船舶行駛的安全性。長江上下游的地勢起伏變化是比較大的，一般來說，航道的彎、窄、淺、險，導致航行困難，又因較多礁石分布在其中，所以安全航行就對航標有著較高的依賴性。對于天然的航道狀態來說，一般水流速度比較大，不良流態比較集中，加上汛期時航道內存在較多的漂浮物，極易出現標志流失、傾覆等情況，航標失常的問題頻發，如果不能及時的恢復處理，容易引發安全隱患和突發問題。因此，需要隨時監測和跟蹤航標的狀態，做好航標的監測、有效的維護和航道的管理。傳統航道維護管理環節，航道管理部門主要是通過日查航、甚高頻電話詢問、監聽的方式，了解航標目前的情況，但是監測水平較低、手段也比較有限，無法確保航標的穩定運行。航標遙測系統是長江數字化航道建設的重要組成部分，可以隨時監控、了解航標的運行狀態，只要是監測到異常情況，將及時發布警報，為航道部門恢復正常航標運行提供可靠的信息，確保航行的安全性，保證航道通行不受影響。

1 航標巡檢維護相關規定

為了保證海區航標作業可以順利的進行，我國的交通管理部門發布了一系列的管理制度和措施，作為我國的各個海區航標作業的指導、規范性的文件。具體有如下的要求：第一，管理要求。一是視覺航標必須達到準確、清晰、鮮明、結構性能良好的要求。二是音響航標必須有準確的信號發送，并且能夠及時發出信號，為預警和管理起到積極的作用。三是航標正常率在99.6%以上。四是航標維護正常率超過99.8%，南海海區超過99%。第二，燈柱、導標、立標、浮標等需要符合管理維護的要求。一是每月進行一次巡查和檢測，港內標志增加夜間巡視一次。二是如果有超過十級的大風過境或者有較多的自然災害，對于轄區內的全部燈標、浮標、導標等全面巡查檢測，保證沒有發生損壞或者運行失常的情況。

2 某航運段數字航道

對于該段的航道來說，需要建設數字化航道系統滿足運行需求。隨著資金、技術的不斷投入，為配合航道服務管理的現代化建設，對于整個航道范圍可以實現全面的監測和管理，航道信息采集的能力得到全面提升，航道維護管理水平提升，信息化建設水平日益提升，大幅提升航道服務管理的信息化水平。

3 某航運段傳統航標監測及維護

該航道段由庫區航道、回水變動區航道、天然航道部分組成，航道特點比較明顯。當前設置的各種航標有1600 余座，其中浮標有1200 余座。管理區域范圍內采取的管理原則為一類航標配布，一類航道維護，天然河道段內航標設置密度為5.8 座/km，所以維護管理的工作量較大[1]。數字航道建設運行前，該河道段一直采用的是傳統航道維護手段，航道維護作業班組進行日檢查管理，航道與燈標采用每日巡查的管理方式，同時還要聯合甚高頻電話詢問過往船只的方式展開維護管理。每年汛期需要檢查失常航標，如果發現失常的問題后，很多情況下都不能確定具體位置，還要派遣人員沿途進行檢查，尋找到失常的浮標。這種方式雖然效果較好，但是工作量巨大，且操作煩瑣，維護工作效率較低，維護成本較高，所以必須要做出改變和調整。

4 數字航道航標遙測遙控系統

航標遙測遙控系統的作用就是進行航標基礎位置信息、航標動態信息以及歷史數據查詢與利用，如果發生航標異常的情況，系統會快速發布信息，實現遠程遙測和控制，其目的就是建設航標遙測遙控終端系統。

4.1 航標遙測遙控終端組成及結構

航標遙測遙控終端系統內的航標信息采集與控制作用，屬于系統的前端系統，在該系統內主要包含GPS、數據采集、數據存儲和GPRS/GSM 等模塊，可以隨時監控航標位移、航標燈狀態等參數，就有遠程控制的能力，同時能夠將數據傳輸到航道動態監測平臺，進行遠程數據交互使用。航標遙測遙控系統功能完善，其包含遠程終端單元（英文名稱Remote Terminal Unit，簡稱RTU）、供電系統等，功能如下所示。

4.1.1 RTU

該航道內根據設計方案的要求選用的是分體式航標遙測遙控終端RTU，系統功能非常的完善，檢測、通信功能完整，且能耗較低，完全滿足長期的運行需要。經分析發現，這一系統內主要組成部分是中央控制單元、檢測單元、控制單元、通訊單元以及其他附屬結構部分。在天然航道與橋區航道中，因為維護管理的要求比較高，所以還需要安裝GPS 差分模塊，相關單元功能，如表1所示。

表1 相關單元功能

4.1.2 供電系統

供電系統主要的作用是給RTU 系統供電，是保證系統各項功能可以正常運行的能量基礎。分體式航標航測系統的終端RTU 系統安裝到一體化航標燈的外部，不會占用航標燈的能源，其能源主要來自電力系統供應和太陽能系統的供應，所以內部主要組成部分是太陽能電池、蓄電池等。

4.2 航標遙測遙控終端功能

4.2.1 位置信息采集

GPS 模塊的作用是采集位置信息，讓工作人員可以精確的掌握航標所在的經度、緯度、參考點偏移位置等信息，能夠快速的確定速度與時鐘信息，同時能傳輸到控制系統。

4.2.2 航標燈及終端運行參數采集

該工作主要是通過傳感器系統獲取的，通過航標上傳感器能夠及時將航標燈和終端電壓、電流數據傳輸到控制單元，可以及時發現存在的任何故障問題。

4.2.3 數據交換

通過GPRS/GSM 進行系統的通信功能，完成數據交換使用，根據預先設定的模式，系統可以達到自動化傳輸數據的作用，直接上報數據信息，達到遠程控制的效果。綜合分析費用方面的因素，優先選擇使用成本相對較低的GPRS 通信模式，如果該模式無法達到通信的要求，可以自動轉化為GSM 模塊通信，實現傳輸的穩定和效果提升[2]。

4.2.4 遠程控制

航道動態監測平臺以工作實際需要為出發點，給系統終端直接發送控制、設置以及查詢的相關信息，具體功能就是改變RTU 模式、設置工作參數、設置航標運行參數，對于系統的運行和控制起到關鍵性作用。

5 數字航道在航標監測與維護中的應用效果

5.1 實現航標監測與維護效率的提高

其一，通過使用航道信息化系統建設，可以快速完善航標遙測遙控功能，對于該航道內的1600 余座航標實施全面的遠程監測與控制，然后建立完善的數據庫系統，從而可以對整個區域內的航標基礎信息準確定位和使用，為航標管理信息化水平提升奠定基礎。其二，航標信息化建設，提高維護管理信息化水平，可以全面監測工作人員的日常工作情況，發揮出平臺監測的作用，了解航標運行的狀態。在航道監測管理中，通過對前期試點工作的總結分析，在系統建設前期，每日巡查一次，系統運行后，每周巡查一次，人力資源節約比較明顯，工作強度下降，還能夠減輕維護管理的成本[3]。此外，航道管理單位通過遠程監控使管理更加方便，操作也會更加有效，從而提高了監控效果。其三，全面提升航標維護管理水平。利用航標信息化管理系統，可以快速的獲取報警信息，精準確定失常航標的位置，給失常航標的恢復提供基礎，尤其是在洪水期內，以往發生標志移動的情況，航道維護管理單位并不能獲取足夠的信息，給航道安全產生不利的影響，且標志船水流作用下會移動較遠的距離，長度可達幾十里，無法及時恢復航標而影響航道安全，尋找過程也會消耗較多的人力、物力。因此，在航標管理信息化系統建設后，能夠縮短航標恢復時間，給航道運行安全性水平提升提供了有力支撐[4]。

5.2 外部公共服務能力得到提升

5.2.1 提高了船舶安全航行的保障率

利用系統的運行，隨時監控航標運行的狀態，達到動態化信息的掌握，及時了解航標工作情況，縮短航標失常的恢復時間間隔。通過數據統計分析，在設備安裝工作結束后，失常標志重新恢復時間從原先的30min 縮短為1min，航標失常時間從原先的2h 縮短為30min，從而保證船舶通行達到安全性的要求，對于保證航道運行質量有著重要的意義。

5.2.2 航道公共服務能力得到保障

系統全面掌握運行數據信息、統計歷史數據，能夠對失常時間、失常情況有充分的了解，快速準確地發現航標運行的規律，從而能夠在最短時間內獲取航標失常的信息，對重點時段進行監控，使管理和維護效果更加出色，對于提升后續的服務功能水平起到積極的作用，也會更好地促進我國航道事業的發展，進而推動經濟發展。

6 存在的問題及原因分析

6.1 航標終端（RTU）功能存在不足和短板

由于終端（RTU）直接安裝到航標上，尤其是一些長期處于水面運行的航標，這些航標所處地域環境比較惡劣，長期受到不良天氣的干擾和影響，由于濕度大、溫度高，且要面臨著晝夜溫差的變化，極易干擾其功能的正常運行，給航道運行安全性帶來負面影響。因為終端系統設計本身就存在著一定的短板，比如超時報警、航標偏移等，給正常運行管理帶來不便。

6.2 通信網絡不暢通制約功能的發揮

通信網絡系統是進行航標遙控遙測的核心組成部分，就目前的運行實際情況分析，不管是聯通，還是移動的GPRS／GSM 移動信號，因為系統運行的原因，都容易出現信號傳輸中斷或者不穩定的情況。因為通信網絡往往是不通暢的，遙測數據不能及時傳輸該服務器，也會導致指令機堵塞而發生死機的情況，功能無法發揮出來使系統運行效果變差。

6.3 系統平臺穩定性有待提高

在日常的工作中，系統設計以及應用方面都存在一定的缺陷，比如服務器死機、指令數據不準確、監控平臺無法及時刷新數據等。

7 完善航標遠程遙控遙測系統的設想

7.1 建立多功能航標智能系統

通過系統合理設置，進行感知范圍的擴大，從而提高感知數據精度?；诖?，在航標終端設置中安裝相應的傳感器系統，比如航標檢測系統、碰撞系統、水深探測系統、風速檢測系統、通信系統等，用以保證系統運行功能性。

7.2 構建強有力的無線傳輸網絡（詳見圖1擬構建的無線傳輸網絡示意圖）

圖1 擬構建的無線傳輸網絡示意圖

7.3 重建主機系統

為了能夠合理地應用計算資源，信息監控中心需安裝模擬系統。計算虛擬化的設置就是在虛擬系統與底層硬件之間抽象出CPU 和內存，讓虛擬機的功能得以實現。該技術是通過計算機創設出一個操作系統，實現運行環境的改進與完善的作用，但是其是獨立運行的，不會給其他系統的運行帶來任何的影響。計算虛擬化把主機內單個物理核虛擬出多個VRCPU（虛擬處理器），這些VRCPU 就是對功能性的完善，使運行效果得到提升。在底層虛擬化技術從底層計算資源抽象使用，數據中心會形成功能性合格的計算資源池，實現云計算系統的建設。在池化結束后，用戶在計算池內獲取相應的數據，如果用戶退訂資源，會回歸到池中，其他用戶可以正常使用[5]。

7.4 重建存儲系統

服務器內雖然有硬盤，但是存儲空間比較少，信息監控系統的存儲還需要通過網絡存儲手段才能保證功能得以實現。綜合分析航道內的數據系統，建設完成數據庫系統，達到結構化數據和圖像數據文件等非結構化數據，直接將數據存儲到系統內。結構化系統的作用是存儲結構化數據信息，其功能要求比較高，需要使用性能較高的FC 存儲系統。圖片、影像、文本等格式都屬于非結構化數據信息，與結構數據信息有著明顯的差異，在存儲系統設置方面也有很大的不同，目前主要是采用IP 存儲形式。要想保證自動化系統的運行功能滿足要求，需要根據系統運行的要求進行存儲系統重建，保證存儲效果和性能合格，從而達到自動化系統運行效果，提高運行質量水平。

7.5 重建安全系統

按照我國發布的《網絡安全法》以及國家相關的保護標準的要求，在業務系統建設中，必須要同時建設安全系統，確保系統運行安全性、穩定性符合要求，不會給系統運行產生任何負面的影響。考慮到系統運行的情況，建設智慧化航道系統，其安全性建設要根據二級標準進行，達到運行的質量要求。從技術角度進行分析，安全系統的建設必須從物理安全、網絡安全、主機安全、數據安全等方面著手；從管理層方面分析，建設完善的安全組織架構體系，建設安全性系統，提高系統管理安全性水平。

8 結語

航標遠程遙控遙測系統的建立，以先進的計算機、網絡系統為基礎建設形成的，應用到航道航標維護管理實踐中，達到信息化建設的要求，促進航標管理水平的提升，為航道安全運行提供有效支撐。未來還要進一步推廣應用，促進我國水路交通現代化建設，達到智能化、標準化的要求，為我國現代水路運輸事業全面發展推波助瀾。