內河十字交叉水域管理的 科技賦能與管理創新

摘? 要：文中以杭州航區武林頭“十”字形交叉口水域為例，根據航道實際情況，按照《中華人民共和國內河避碰規則》原則制定避讓細則，消除了該水域船舶避讓關系中的模糊點，形成適用的避碰規則。通過安裝小型相控陣雷達，利用多信號源融合處理技術將雷達與AIS、卡口激光掃測的數據進行匹配，獲得船舶的實時流量、流向數據。選擇成熟可靠的技術，整合多平臺數據，設計了一套完備而實用的交通引導和預警系統建設方案，利用數字化、信息化、智能化手段，充分發揮“預警+引導+遠程管控”綜合手段的融合治理優勢，提升水上事故多發段武林頭岔口水域的通航秩序，降低事故率。

關鍵詞：“十”字形交叉;武林頭;避碰規則;智能引導

0 引 言

航道交叉主要有“T”字形交叉，“Y”字形交叉，“十”字形交叉幾種，其中以“十”字形交叉最為復雜。在長三角高等級內河航道網中，航道交叉大量存在，這些交叉點往往交通繁忙，船舶流量較大，易于發生事故，影響航道暢通，從而影響整個航道網絡運行。

以筆者所在的杭州航區為例，航道里程達到2 006 km，主要有京杭運河、杭甬運河、杭湖錫線、杭申線、錢塘江等骨干航道通航，不可避免的會形成大量交叉口。其骨干航道形成的交叉口因為船舶流量大，船舶尺度大，操縱性相對較差，在通視性較差的情況下，更容易形成碰撞事故。杭州航區武林頭水域就是其中典型的“十”字形交叉口，交叉口多種不利因素的疊加，使得該水域年均發生船舶碰撞等事故20余次，是杭州航區水上交通事故發生最多的岔口之一。

多年來，杭州港航部門極為重視此類水域的安全通航，在管理模式創新和技術手段運用上不斷摸索，力求提高通航安全性，提升通航秩序。經過多年努力和經驗積累，逐漸形成了一整套技術方案，并經過詳細論證，成為2021年度浙江省40個交通數字化改革基層應用場景之一。

1 現 狀

1.1 武林頭岔口情況

武林頭岔口水域位于杭州市余杭區、臨平區及湖州德清的交界點，是杭州水上交通要道的北大門，水上交通的重要樞紐，處于杭湖錫線（現狀Ⅳ級，規劃Ⅲ級）、京杭運河（現狀Ⅲ級）、武獐線（現狀Ⅵ級，規劃Ⅳ級）三條航道的交叉口。此處京杭運河自南側轉向東北，形成右拐，北側為杭湖錫線，西側為武獐線，呈不規則的“十”字交叉，航道寬度僅超100 m，日均常態流量1 500艘次以上，是杭州航區最為繁忙的水上交通岔口。

1.2 現有基礎設施

杭州市港航行政執法隊目前主要依托截面管理系統（水上智能卡口），采用激光掃描+AIS匹配的方式對過往船舶進行身份識別。根據該系統獲得的船舶流量數據進行預警和引導。同時依靠攝像頭監控作為輔助手段。

杭州市港航行政執法隊在武林頭四岔口水域四個方向均設置了管理截面，北側2.7 km建有十字港截面、東側3.3 km建有大同橋截面、南側4.5 km建有鴉雀漾北截面、西側2.2 km建有觀音橋截面。武林頭水域附近建有AIS基站。

1.3 現有管理規定

杭州市交通運輸局航行通告（杭港航通[2021]26號文），針對武林頭區域的安全管理規定主要有：

（1）明確了京杭運河杭州段接近三堡船閘方向為上行，遠離三堡船閘方向為下行。

（2）將京杭運河武林頭四岔口（以交匯點為中心，干支線航道各300 m范圍）設為交通管制區。

（3）管制區內禁止同類船舶追越，上行船舶主動并有效避讓下行船舶。

（4）接近交匯點時，船舶應加強了望，謹慎駕駛，減速慢行。

（5）航速不得超過15 km/h。

1.4 主要問題

（1）船舶AIS終端的安裝率和開機率無法達到100%，意味著無法通過AIS對水域船舶進行100%的跟蹤。

（2）船舶的AIS信號存在滯后性，根據AIS規范，內河船舶的AIS報告頻率在12 s～3 min之間，因此無法通過AIS信號直接掌握船舶當前的位置和航速。

（3）截面管理的工作原理是基于“卡口”性質，受限于該工作機制，只能對經過卡口的船舶進行簡單計數，能夠估算武林頭水域各方向來船的大致數量，但無法掌握水域內船舶的連續運動軌跡，從而無法掌握該水域的船舶數量、速度、航向、密度等信息。

（4）由于前三點的先天不足，交通管控的及時性和精確性均有不足。

2 管理創新

2.1 流量調查，摸清實際通航情況

應用場景建設項目組通過流量調查，摸清武林頭岔口水域各方向來船情況，為后續工作奠定研究基礎。

以2021年5月的實際流量為例，5月份累計有43 617艘次船舶經過岔口，日均1 407.0艘。標準差177.4，變異系數12.6%，離散程度較小，說明日流量比較均勻。

流向上展現了主支航道的巨大差異，京杭運河上往來船舶最多（東向南與南向東），全月達到17 660艘次，占總數的40.5%，其次是杭湖錫線與京杭運河杭州方向的南北向直航，累計7 198艘次，占16.5%。再次是杭湖錫線與京杭運河塘棲方向的往來船舶（北向東與東向北），累計4 264艘次，占9.8%。以上合計占66.8%。另有2957艘次因為技術原因無法判斷流向，占6.8%，不影響總體數據的規律性。

實際流量以國家級骨干航道（京杭運河）與省級骨干航道（杭湖錫線）之間的船舶進出為主，其中京杭運河本身的船舶流量是最大的，充分體現了國家級骨干航道的運輸繁忙程度。兩條主干航道進出支線航道武獐線都比較少，尤以京杭運河杭州方向進出武獐線最少。

船舶流向也是大致穩定的，以流向統計中數量最大的東向南及較少的北向西為例，變異系數分別為13.9%和26.5%。前者離散程度與總日均流量接近，后者離散程度尚可。

由于船舶的流量流向呈現穩定的規律性，有基礎進行較為明確的細化規則。在流量相差較大的情況下，盡管杭湖錫線與京杭運河航道等級相同，通過流量仍可進一步劃分干支流。

圖3 武林頭水域2021年5月船舶流向記錄（單位，艘次）

2.2 細化規則，科學引導岔口船舶安全航行

《中華人民共和國內河避碰規則》（以下簡稱《內河避碰規則》）、《中華人民共和國內河交通安全管理條例》等法規對內河通航的基本要求進行了規定，但是一些原則性條款，具體應用到武林頭岔口，還需要結合實際情況，進行針對性的專門規定。

武林頭水域屬于平原河網地帶的運河交匯，從性質上講，符合《內河避碰規則》關于“平流區域”的定義，如果按照“平流區域”考慮，則交匯規則最為簡單，在平流區域航行原則各自靠右的前提下，執行居左讓居右的避讓法則。但是簡單的規則出現了執行判斷復雜的問題，容易出現同樣是某個方向的來船，對方速度快，則跑到本船左舷，速度慢，則跑到右舷，產生一定的隨機性，在岔口本身通視性一般的情況下，加大誰讓誰判斷失誤的可能，從而導致風險。在高流量的岔口，容錯率是很低的，因此帶有不明確性，需要隨機判斷的規則是不合適的。同時，該水域每一個方向的來船分別對應著9個方向的來船，僅從兩兩交匯的角度分析，就會存在著108種避讓關系，三船交匯的情況更加復雜，所以我們著重分析流量最大的東向南的關系。

經過海事部門的研究，并征集有經驗船長的意見，大家一致認為按有流向的非平流區域的干支流交匯法則更為適合，考慮到京杭運河上往來船舶的數量占比，能夠解決京杭運河上航行的船舶與進出其它航道船舶的避讓關系，是問題的關鍵。

建議采用的規則是在前述海事通告基礎上，進一步規定：

（1）水流方向為武獐線、杭湖錫線匯合，流向京杭運河向東。此時，除京杭運河塘棲方向來船外，其余方向駛出的船均被定義為下行船。

（2）武獐線和杭湖錫線為支流，京杭運河為干流，此時只有京杭運河上航行的船舶為干流船。干流船執行上行讓下行并互以左舷會船的規定。

（3）在前兩條基礎上，干流與支流船的避讓關系按照《內河避碰規則》第十五條規定執行，是非常明確的。

（4）補充規定武獐線和杭湖錫線的避讓關系，屬于支流與支流交匯，水流方向相同，避讓關系以居左讓居右原則。

（5）京杭運河塘棲方向來船避讓所有方向來船，這個也是本課題認為最具有實施性的一條規則，易于被船員理解和在現場管理時易于操作，也可能對于水域事故率的降低起到重要的作用。

這樣的5條規定，沒有機械地執行《內河避碰規則》，但通過細分干支流，規定交叉水域的流向和補充支流與支流交匯的避讓關系，消除了該水域船舶避讓關系中的模糊點，既能符合《內河避碰規則》原則，又能體現“簡單明了、便于操作、切實有效”的特點，使交通管理和組織變的更為有效。

3 技術方案

規則明確的基礎上，需要運用多種新技術手段，對2.4節中現有管理模式的缺點針對性的提升。根據實際管理需求，擬建設一套完備的交通引導和預警系統。系統總體架構由感知層、算法層、應用層三大部分組成，其中應用層包含面向管理者和面向船戶兩個子模塊。

3.1 提升數字化、信息化水平

3.1.1 獲取其他平臺數據，整合信息平臺

依托浙江省港航管理中心的電子航道圖數據和船舶AIS、GPS數據，并集成四個方向的水上卡口數據、視頻監控數據，形成武林頭岔口水域信息化基礎。作為載體，疊加引導與預警所需信息，形成功能完備的信息平臺。

主要依托部海事局電子報告系統、浙閘通、杭州港航智慧港航系統獲得船舶電子報告、報港、過閘調度數據等，利于提前形成船舶流量預測。通過獲取水文、氣象數據，判斷航道通航條件。

3.1.2 獲取即時船舶數據，實現實時監控、精確預警

針對現有獲取數據的不足，準備增加雷達作為船舶數據獲取手段，通過在合適位置安裝四面陣小型相控陣雷達，達到360°監測船舶的目的，可以有效偵測船舶的數量、位置、航速，獲得其即時航行軌跡，解決現有設備無法獲得船舶數量、速度、航向、密度等信息的缺陷。

現有設備進一步改善，提高性能，利用多信號源融合處理技術將雷達與AIS、卡口激光掃測的數據進行匹配，并實現覆蓋區域不同條件下的多種手段的接力工作，實現實時監控能力。

3.1.3 大數據分析，精準把握規律

依托歷史船舶流量數據、事故數據和報港數據等，精準分析武林頭岔口水域的通航特點、通航規律、船舶流量流向時段分布等，實現船舶流量流向預測功能。

3.2 智能化多手段綜合利用

3.2.1 預測預警與實時預警相結合，形成預警體系

通過浙閘通、杭州港航智慧港航等系統獲得船舶報港、過閘調度數據，做到提前預測船舶流量，進一步結合大數據分析的成果，形成提前預警能力。通過對交叉水域500～600 m左右范圍內船舶精準感知的基礎上，在四個方向航道邊創造性的設立“電子情報板”，將雷達捕獲到的精準船位數據，結合后臺算法，提前告知各方向來船未來交匯點的船舶數量和時間，進行近端的精確預警。

同時，擬通過與浙江省數智交院的“浙里航”等APP開展數據交互共享，依托未來水上助航、導航類APP應用的發展，通過移動終端提供“地圖+語音”等更加直觀方式的引導與預警功能。

3.2.2 遠程管控，依托遠程調度調節交通流量

充分利用大數據的船舶流量、流向分析成果配合信息化的遠程調度手段，實現調節武林頭岔口船舶流量的目的。

通過預測信息制定遠程調度預案，當達到相應條件時啟動。主要手段包括：

（1）依托管控區以外的錨地形成緩沖，減少短時間內進入武林頭岔口的船舶數量。

（2）與附近各碼頭建立聯合調度機制，通過調節碼頭船舶進出的數量和速度實現調節武林頭岔口交通流量的目的。

（3）充分利用武獐線方向支線航道上船舶均為從主干航道短時進出的特點，在必要時采取限流乃至臨時關閉的措施，確保主線航道的通行能力。

（4）與鄰近的內河執法大隊、湖州港航部門進行聯合調度，擴大調度范圍，提升調度效果。

4 工作基礎及預期

浙江數字港航綜合管理與服務平臺、浙閘通、杭州港航智慧港航系統均是已在使用的系統，使用效果良好。項目組已實地對四面陣小型相控陣雷達進行了測試，目標識別能力良好。余杭水上交通指揮中心具備較好的設備基礎。遠程調度機制已在杭州航區初步形成。依托以上基礎，預計本系統的建設能達到預期效果。

5 結 語

在內河十字交叉水域充分利用大數據和信息化手段，采取切實有效管理措施，總結出可推廣的管理經驗和技術手段，期望能進一步降低碰撞事故發生概率，確保內河航道安全、暢通、有序。

參考文獻

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作者簡介：

周建，副隊長，高級工程師，（E-mail）539801311@qq.com，13805781707