內河航道信息化技術的運用和展望

趙博博 馬蘭婕

摘 要：水運作為重要的交通大動脈，為國民經濟發揮重要的作用。隨著現代科技高速發展，有著悠久歷史的水運也將迎來高科技的助力，作為水運的重要承載航道的信息化建設，也將打開智慧模式。本文在調研航道信息化設施的基礎上，結合交通運輸部相關建議和意見，提出了內河航道信息化的實現架構。

關鍵詞：航道信息化;RFID;AIS;VHF;船載智能終端

中圖分類號：U64? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）03-0056-03

水運有著無可比擬的天然優勢，具有“綠色”屬性，能耗小運力大，符合可持續發展的戰略要求。千百年來，水運對國民經濟一直發揮著重大貢獻。但是近年來，隨著現代科技的發展，有著悠久歷史的運河，大部分依然還是處于比較自然的狀態，跟不上經濟發展的需要和現代監管的需要。隨著海河聯運規劃的提出[1]，智慧水運的迫切需求需要能跟上日益增長的水運業務的需要[2-3]。當前構建了多種感知設備的試點建設，囊括了AIS、RFID、GPS、CCTV、激光流量觀測儀等[4-5]，這些設備的使用，對于促進水運發揮了積極作用。對于更高層次的思考，提出航道信息化建設的可行架構，是符合當前的需求。

1 內河航道信息化架構

內河航道信息化的架構共有5層，分別由各類感知設備組成的感知層;接著是將獲取數據進行傳輸的網絡層;然后傳輸到數據層進行數據的加工、交互以及計算存儲;在應用層的不同業務應用領域進行分類應用;最后利用各種現有的公眾平臺，諸如微信公眾號、網站進行信息的展示和數據消息的發布（如圖1）。

2 內河航道信息化的設備

內河船舶船載設備一般包括：AIS船載終端、甚高頻無線電裝置（VHF）、船用雷達、衛星定位設備。浮標一般包含無線收發通信設備。內河航道信息化的設備包括了船載設備、內河中設備以及岸上設備，這些設備大致的頻率分布如圖2所示，各種頻段的設備的使用，既合理利用了相關頻譜資源，又避免了相互間的干擾。

2.1 RFID設備

中華人民共和國交通運輸部發布：《內河船舶射頻識別2.45GHz技術規范》。內河船舶射頻識別系統有兩部分組成，分別是裝在船上的RFID電子船名牌電子標簽;安裝在岸邊的RFID電子船名牌讀卡器。根據規范，電子標簽設備通過2.45GHz射頻信號與讀寫器進行通訊。讀卡器通過2.45GHz射頻信號與電子標簽進行通訊，發送指令和接收信息。

在有船舶通過時，距離300米的范圍內，岸上的RFID讀卡器就可以讀取船舶上的電子船名牌上的信息，信息包括：船舶識別號、船名、船舶類型、總噸等。

2.2 AIS設備

AIS（Automatic Identification System）是工作在VHF頻段的船舶和岸基廣播數據傳輸系統。它是一種可在船與船之間以及船與岸之間交換數字信息的新工具。使用AIS設備的目的是自動船舶識別、避免船舶碰撞、協助目標跟蹤、減少話音報告、簡化信息交換并提供附加信息以幫助了解船舶交通狀況。

AIS已在越來越多的內河船舶配置，用作船舶之間避碰和自動交換信息的重要助航工具。AIS是一個輔助的船舶航行信息源，利用基站AIS收集和交換船舶航行等有關信息的功能，可使港航部門獲取有關船舶的裝載貨物、航行計劃、實際位置等信息。AIS還可在應用在航標和搜尋救助等方面。

2.3 VHF設備

甚高頻無線電設備（VHF）通信距離為20～30海里，工作頻段為156～163MHz，是實現水上近距離無線電通信的主要設備。船舶甚高頻無線電臺是船舶水上航行的主要通信工具，在保障船舶航行安全和遇險救助方面發揮著重要作用。

在岸上安裝了VHF岸臺，就可以通過廣播方式和船載臺進行消息廣播，也可以通過特定頻率對預約頻率的船只進行單向通話。

為保障我國沿海和部分內河水域的水上交通安全，各級海事部門在交通運輸部和部海事局的大力支持下，陸續建設了沿海VHF安全通信系統、內河安全通信系統、沿海數字通信系統等安全監管和通信類工程。

2.4視頻抓拍監控設備

為了對需管控的目標，進行持續不間斷的監管，視頻監控和錄像是首選，可以實現流量管控、調度、安全監督等功能。視頻拍攝和錄像可以對特定區域全天管理，但是僅限于“看”，不能“識”，可以看得全，難于看到細節。這就需要利用視頻拍到的圖像作進一步的處理，從圖像當中提取所需的細節信息，經過處理后進行識別。

基于視頻的圖像識別，一般采用機器學習和深度學習的方法，通過不斷訓練，可以將目標的識別度不斷提升，達到精確識別到個體的功能。

2.5無人平臺設備

隨著經濟社會的發展，新技術、新運用層出不窮。隨著經濟活動的頻繁和廣泛，需要關注和管控的地方越來越多，人手就成為了有限資源。這就迫切需要一些其他手段來輔助參與，隨著無人平臺技術的成熟和發展，無人平臺設備也成為一個信息化運用的方向。

無人機平臺具有部署方式靈活、范圍廣、可長時間持續監控，還可以根據需求掛載不同的設備實現不同的功能。尤其是在一些與岸隔離的地方，可以有效解決航道數字化管理系統中信息孤島的問題。隨著無人機平臺的傾斜攝影技術越來越成熟，無人機平臺還可以進行測繪。在一些緊急事件發生時，通過無人機掛載通信和視頻模塊，可以完成緊急通信中繼、現場實時動態掌控等功能。

3 內河航道信息化的展望

3.1航道信息化平臺

航道信息化可以通過幾個平臺來實現，一個是岸基的平臺，其中涵蓋RFID、AIS、視頻、VHF、激光流量監測等傳感設備，可以對航道中的目標進行多頻段、多手段監控;另外一個是空基的平臺，利用微型無人機進行測繪和實時監控;還有就是水基平臺，通過布置在水面上的航標以及浮標來實現，這個浮標可以通過無線模塊和船舶以及岸基的控制中心進行通信。這三個平臺可以根據使用的場合情景分別工作，也可以將三個平臺配合成系統使用，發揮最大效能。

3.2船載智能終端

隨著科學技術的進步，未來的船舶的自動化程度越來越高，信息化集成水平也會越來越高，勢必促成船舶朝著智能化、無人化趨勢發展，那么船岸之間的協同，信息交互也會密集。如何有效地利用傳感、物聯網新技術定義的船載智能終端是值得研究的。

為了船岸協同、無縫通信，船載智能終端可以定時或者到有岸基信息基礎設施的地方，報告船舶狀態，以及航行的路線，這樣岸基可以將實時掌控的航道情況（擁堵或者通暢路線）向船舶通報，形成信息分享和交互。

4 結論

現代航運，應該是具有高科技信息化水平的特質，具備全息感知功能，可溯源、可跟蹤、全鏈條全程管理。那么在航道信息化建設當中，需要從頂層著手設計，考慮各種因素，兼顧經濟性、前瞻性。實現航道的精準控制以及多源數據的融合，提供更加豐富的應用數據，為智能航運注入高科技信息化基因。

參考文獻：

[1]劉洪義.浙江省海河聯運現狀分析與發展建議[J].中國水運，2017，7（1）：65-66，76.

[2]交通運輸部.關于貫徹《國務院關于加快長江等內河水運發展的意見》的實施意見[EB/OL].（2011-03-01）.

[3]應永良，湯修華，顧國強.大力發展海河聯運完善浙江水運網絡系統[J]水運工程，2009（9）：19-22.

[4]宋成果，郭濤，李學祥.我國內河航道信息化發展現狀[J].水運工程，2014（12）：20-25.

[5]呂永祥，何樂，陳琳等.長江數字航道和智能航道的分析與思考[J]. 交通科技，2013，（2）：161-164.