內河航標智能化發展前景

◎ 毛雄磊 賈圣 長江重慶航道局

1.前言

助航標志簡稱航標，主要功能包括定位、危險警告、確認和指示功能等。根據其工作原理，可以將其分為視覺航標、音響航標和無線電航標這三種航標。目前，仍以視覺航標為主，制約航標智能化發展的影響因素有很多，主要是以下幾點。首先，當前內河航道中大多使用視覺航標，視覺航標具有種類多、數量多、分布不均等特點，航標的實時檢測、規劃布設及管理維護仍以傳統的經驗判斷和人為布置為主的方式進行，存在工作效率低下和科學性不足等問題；其次，航標作為水上建筑物，復雜的水文條件、變化的氣象條件等都對其有著較大的影響，而這些因素均難以通過傳統數學模型進行分析，這就導致我們不能隨著水文條件和氣象條件的變化靈活應用。因此，內河助航系統亟需新方法、新技術、新裝備來提升航道效能，發揮航運的最大效益，促進內河航運事業的發展。

結合航道規劃管理向智能化轉型發展的大趨勢，以及當前大數據技術和人工智能技術等前沿科技，進行復雜外部條件下的航標智能化布設技術研究，對我國航運產業的智能化發展和安全保障有著至關重要的作用。

2.航標智能化研究現狀

早期，為促進內河航運事業的高效發展，我國最早使用的是ARPA避碰雷達和VTS 系統，存在抗氣候干擾能力弱、分辨精度低等不足，無法滿足現今航運管理的高精度、高分辨、高穩定以及智能化的應用需求。隨著通信技術的廣泛應用和計算機技術的高速發展，出現了能夠直接進行目標識別、且抗干擾能力強的船舶自動識別系統—AIS 系統。AIS系統最顯著的優點是實時性，同時，具有良好的對天氣等外部環境因素的較強抗干擾能力。

國內外學者結合A IS系統對智能航標管理方面的研究已愈發深入和全面，并形成了一些較為全面的體系和系統。谷延輝等通過深入研究AIS 數字航標系統的硬件結構的更方面特性，設計了一款AIS數字航標收發信機軟件，該軟件可以通過基站實時、準確地傳輸航標的具體位置、狀態信息給監控中心，并及時接收監控中心的遙控遙測命令，做出正確響應。郭濤等結合ZigBee以及AIS等技術，研制開發了航標遙測遙控終端，并基于長江電子航道圖平臺開發的航標監控系統，實現了航標的遠程監管技術。總的來說，對于航標智能化方面的研究，大多研究形成了航標動態管理系統，不可否認，這些研究在推動智能化航道的發展上起著重大的作用，但部分研究還比較淺顯，功能相對單一，普適性也較低，具有較大的發展空間。眾多學者對國外智能航道的發展現狀做了深入的研究表明，國外信息服務的發展是快于國內的，特別是歐洲的內河智能信息服務這方面的建設，在一定程度上來說，可以稱為是現在世界上最先進的內河航運信息服務的科學技術。國外大多逐步投入使用AIS 技術，北美、歐洲等地區的一些國家早已經建成覆蓋整個國家的AIS網絡；2005年的時候,歐盟就已經有人提出了將內河信息服務系統統一的構想并且成功構建了一套完整的系統，該系統能夠提供完整的航運綜合信息的服務，較好的實現個國家之間航道信息的共享與信息協同的功能。

相比較而言，我國的內河航道智能化相較于國外的發展還有一定的差距，智能航道的發展是大勢所趨，也是必然的，在未來的內河航道發展過程中，我國將持續和加大開展內河航道智能化研究，實現數字航道到智慧航道的過度，實現交通強國的偉大目標。

3.內河智能化航標系統構建

就內河航標智能化現狀來看，智能化航標系統可大體由兩部分構成：（1）智能航標遙測遙控終端；（2）智能航標管理中心。智能航標遙測遙控終端一般安裝在航標上，主要功能是實現航標信息的監控。目前，航標基本可實現航標運行參數的獲取，并將這些參數傳輸到監控中心；智能航標管理中心的作用是對航道中所有航標工作狀態的實時監控，并通過圖形化人機界面，監視、查詢航標運行信息，同時，向各航標采集終端發送遙控指令，以檢查、控制航標的運行狀態。在深入研究相關文獻后，本文針對目前我國內河航道中智能化航標的發展提出了智能化航標系統構建的建議。

智能航標遙測遙控終端實現的功能可歸結為四點：（1）遙控信號準確快速接收；（2）航標運行參數實時獲取；（3）航道地形可視化感知；（4）水文數據實時獲取。除了實現基本的接收航標管理中心的遙控信號，以及航標運行參數的實時獲取外，在未來的研究中，可添加對航標附近地形數據的實時感知功能，以及對航道水文要素數據的實時獲取。隨著科學技術的飛速發展，即使從傳統的視覺航標發展到音響航標、AIS航標等無線電航標，甚至到未來可實現的虛擬航標，航標都將存在于內河航道中，那么，它的功能就不僅限于助航這一功能，其功能可拓展為航道管理部門提供服務，以發揮航標更大的效能。

智能航標管理中心實現的功能可歸結為五點：（1）實現航標信息可視化顯示；（2）實現航標信息動態監測；（3）生成航標布設最優化方案；（4）實現航標運行遠程遙控；（5）實現航標信息實時共享。管理中心是核心部分，航標遙測終端獲取的數據是大量的、復雜的、未經處理的一個個單純的數據，若僅僅運用看數據是不可能實現實時分析，實時預警，并迅速做出反饋的，所以就需要形成一個可視化的系統，在獲得航標遙測終端的大量數據后，立刻完成數據的分析、歸類，管理人員可直觀做出研判并做出正確的指令，指導航標工作。并且，還能實現航道信息的實時共享，根據需求展示相關信息，對航道規劃、建設、管理、養護與服務。

4.結語

本文分析了內河航標智能化發展研究現狀，通過系統研究國內外學者在航標智能化方面的成果，并介紹了相關比較完善的航標智能化管理系統的范例的應用情況，可為內河航道航標智能化發展提供一定借鑒，并且對內河智能化航標系統的構建提供了想法。盡管我國內河航道航標智能化取得一定的技術成果，但是隨著內河智能航運的發展，智能航道是繼數字航道之后長江航道未來發展的必然趨勢，航標作為水上交通中最為重要的航行標識，其在未來的研究建設中，會越來越向智慧化方向快速發展。