江蘇省內河航道感知設施布局體系構建及應用

石磊 劉轟 梅道光

【摘 要】 航道感知作為航道運行管理所需數據的來源，是實現航道全要素數字化的重要支撐。在全面分析航道感知要素及其感知設施的基礎上，構建內河航道立體智能感知設施布局體系，進一步明確分級建設標準。通過實際應用表明，該布局體系有利于提高航道感知設施建設的統一性和規范性，可為國內其他內河航道感知設施的建設提供借鑒和經驗。

【關鍵詞】 內河航道；航道管理；感知設施

0 引 言

水運作為綜合交通運輸體系的重要組成部分，具有資源集約利用、運輸能力強大、綠色安全指數高等顯著優勢[1]。根據《江蘇省干線航道網規劃（2017―2035年）》，到2035年江蘇省全省干線航道網形態上呈“兩縱五橫”布局，形成以長江干線和京杭運河為核心，Ⅲ級及以上航道為骨干，達海、通江、聯網、互通的千噸級干線航道網，里程共計4 010 km。2020年，全省完成水路運輸量9.3億t （不含長江航線），完成貨物周轉量7 039億 t穔m，分別占全國總量的12.3%和6.7%，分別占全省社會綜合交通運輸總量的32%和61%。

航道感知作為航道運行管理所需數據的來源，是實現航道管理全要素數字化的重要支撐。隨著數字航道和智能航運的迅速發展，構建全面立體、時效性強、準確可靠的航道感知設施體系已成為對內支撐精細化航道運行管理、對外增強航道服務能力的迫切需要[2]。由于江蘇省內河航道里程長、范圍大，且各航道等級、船舶流量、通航環境等不同，加上航道感知要素和感知設施種類較多，因此有必要在全面分析航道感知要素及其感知設施的基礎上，構建航道感知設施布局體系。

1 航道感知要素分析

根據航道運行監測、公共信息服務等對航道數據感知的需求，將江蘇省內河航道感知要素劃分為航道通航環境要素、航道通航運行狀態、航道基礎設施運行狀態和助航設施運行狀態，如圖1所示。

（1）航道通航環境要素包括航道水位、流速流向、風速風向、能見度、水深、通航橋梁凈空等，對應的感知設施分別為水文站、流速流向儀、氣象儀、能見度儀和水深儀。目前，江蘇省港航部門已與水利部門實現數據共享交換，可動態獲取內河航道水位數據，因此建議利用橋梁附近水位數據換算獲取通航橋梁凈空數據。

（2） 航道通航運行狀態包括船舶身份信息、動態位置和水上交通流量，其中船舶信息感知采集利用船舶自動識別系統（Automatic Identification System，AIS）、攝像機和北斗衛星導航系統相結合的方式；通過在省界、市界、Ⅲ級航道交匯處等布設交通流量觀測設備獲取水上交通流量。

（3） 航道基礎設施運行狀態包括航道水下地形、水上服務區/錨地和航道護岸，其中航道水下地形采集利用水下地形掃描觀測設備和無人船相結合的方式，采用高分影像、攝像機和無人機動態獲取水上服務區/錨地及航道護岸的運行狀態。

（4） 助航設施運行狀態主要是指航標的運行狀態，其采集方式是利用航標遙測遙控設備。

2 航道感知設施布局體系構建

從航道感知要素分析結果可知，每種感知要素與感知設施并不是一一對應的關系，如船舶感知需要在AIS、內河船舶電子身份識別及定位器（Vessel Identification and Tracking Sensor，VITS）結合視頻、北斗衛星導航系統及智能移動終端實現精準的自動復核和比對；攝像機除了獲取船舶圖像外，還可以結合智能分析算法感知水上交通流量、航道基礎設施運行狀態等要素。

因此，為更好地指導航道感知設施的建設，從感知設施角度出發，構建內河航道立體智能感知設施布局體系。根據不同感知設施的空間位置，將其分為航道水面、水下和空中感知設施3類，如圖2所示。

（1）航道水面感知設施包括攝像機、航道AIS基站、水上交通流量觀測設備、能見度儀、氣象儀、無人船、航標遙測遙控設備等。

（2） 航道水下感知設施包括水文站、水深儀、流速流向儀、航道水下地形掃測設備等。

（3） 航道空中感知設施包括無人機、高分影像、北斗地基增強基站等。

建設航道感知設施時，應根據各航道的通航環境要素、交通復雜程度、航道設施現狀及現有感知設備的布設情況，分級、全面、統一考慮，確保感知設施建設的統一性和規范性。根據上述布局體系，將江蘇省內河航道感知設施建設標準分為2級，即A級航道感知布設標準和B級航道感知布設標準。其中京杭運河蘇北段、蘇南段，以及特殊航段、交通繁忙航段參照A級標準布設，其他內河航道參照B級標準布設，見表1。

根據A、B級航道感知的功能要求，進一步明確航道感知設施配置與布設規模標準的對應關系，見表2。

3 布局體系的應用

已將上述內河航道立體智能感知設施布局體系應用到京杭運河江蘇段綠色現代航運綜合整治工程智慧運河工程、通揚線泰州段、高郵段航道整治工程信息化項目等工程中。京杭運河江蘇段綠色現代航運綜合整治工程是《交通強國江蘇方案》的十大樣本之一，其中智慧運河工程是交通運輸領域新型基礎設施建設的重點工程，航道感知設施是智慧運河工程的重要組成部分。基于上述感知設施布局體系及航道需求和特點，形成如下感知設施布設方案。

3.1 航道水面感知設施

（1）航道攝像機：分為航道監控攝像機和全景攝像機，其中航道監控攝像機用于航道沿線監控，布設間距為2～4 km，全景攝像機用于重點區域（水上服務區、錨地、Ⅲ級航道交匯處等）全景視頻監控。

（2）航道AIS基站：實現京杭運河江蘇段航道AIS信號全覆蓋，單座航道AIS基站覆蓋半徑應≥10 km。

（3）水上交通流量觀測設備：主要利用船舶過閘數據、船舶AIS數據、視頻智能分析等相結合的方式實現水上交通流量觀測，主要將基于視頻智能分析的水上交通流量觀測設備布設在航段交界、地市交界和Ⅲ級航道交匯處。

（4）能見度儀：主要布設在錨地、水上服務區等處。

（5）氣象儀：主要布設在船閘、湖區航道、通江通海航段等處。

3.2 航道水下感知設施

（1）水文站：充分利用水利部門已有的水文數據，新建航道水文站優先選擇在水上服務區、錨地、枝汊河口、水位變化較快航段、礙航橋梁等處布設。

（2） 流速流向儀：主要布設在通江通海航段、具備開通閘條件的船閘、汛期泄洪造成橫流較大進而影響船舶航行的航段。

3.3 航道空中感知設施

（1）北斗衛星導航系統地基增強基站：已實現京杭運河江蘇段信號全覆蓋，其中單座北斗衛星導航系統地基增強基站信號覆蓋范圍為30～50 km。建設基站時，優先利用已有建筑物屋頂安裝，同時利用智能手機為過往船舶提供差分定位服務。

（2）無人機：結合船閘管理所和市級航網運行中心設置無人機，實現船閘及航道的應急巡查和管理。

通過實際工程應用可知，江蘇省內河航道立體智能感知設施布局體系提高了感知設施建設過程中的統一性和規范性，有利于為航道運行監測、指揮調度和公眾信息服務提供全面、精準、實時的航道感知數據，促進江蘇省內河水運高質量發展。

4 結 語

航道感知設施是數字航道和智能航運的重要支撐，也是航道運行監測體系的重要組成部分。本文基于航道感知要素，構建適用于江蘇省內河航道的立體智能感知設施布局體系，并將其應用于實際工程中。隨著感知技術和設備的不斷更新、發展，需要進一步完善航道感知設施布局體系。

參考文獻：

[1] 胡飛，林燕清，沈超. 安徽省綠色航道設計探索與實踐[J]. 水運管理，2022，436（3）：12-14，29.

[2] 宋成果. 長江干線典型航道要素感知點布設及采集設備技術要求研究[J]. 中國水運，2018，547（5）：34-38.