建筑设计·理论 2021年12月第18卷总第412期
Urbanism and Architecture
157
罗劲松
（湖州市水上应急救援中心，浙江湖州 313000）
摘要：随着我国整体经济水平的飞速发展，我国内河运输也得到了相应的发展。但在当前的内河运输发展过程中，随着通航量的持续增加，暴露出航运工程存在信息化和智慧化程度较低的问题。基于此，本文以长湖申线航道西延工程的信息化系统提升改造项目作为研究对象，提出运用三维仿真模拟展示系统、桥梁限高卡口预警系统、全景多视频拼接融合系统等各类智能化应用推进智慧航道的建设，探讨内河船舶智能航行与智慧航道的建设。关键词：内河航道；智慧化；信息化；智能航行 [中图分类号] U675.7 [文献标识码]A DOI ：10.ki.csjz.2021.35.44
Construction of Intelligent Inland Waterway and Intelligent Navigation of Ships
Luo Jinsong
(Huzhou Water Emergency Rescue Center, Huzhou Zhejiang 313000, China)
Abstract: With the rapid development of China’s overall economic level, the current inland river transportation in China has also achieved the corresponding development. However, in the current development process of inland river transportation, with the continuous increase of navigable volume, the shipping engineering has been exposed to the low degree of informatization and intelligence. Based on this, this paper takes the information system upgrading and renovation project of the west extension project of Changhu Shen Line Channel as the research object, and puts forward the application of various intelligent applications in the construction of smart channels, including three dimensional simulation technology, bridge height limit intelligent collision avoidance warning settings and panoramic video fusion splicing technology and other kinds of intelligent application, and finally discusses the construction of inland waterway
shipping intelligent navigation and smart channels.Key words: inland waterway; wisdom; informatization; intelligent navigation
1智能水运的发展
内河水运具有运输量大、交通便利、能耗较低等优势。随着我国经济不断地发展，内河航道的通航量持续增加，并且运输总量一直在不断地向上攀升。但经过调查显示，近些年来，我国的内河航道里程的增长趋势相对比较缓慢，甚至部分地区出现了下降的趋势[1]。并且由于内河航道水网稠密复杂，传统的导航系统不具有规划和预警功能，使得船舶水上事故不断发生。据初步统计，2016年，仅珠江水系就发生了多起较为严重的撞桥、碰撞事故[2]。为有效缓解这些状况，笔者认为可以将数字化、智慧化技术引入内河航道和航运的建设，构建内河船舶智能航行与智慧航道。
在国外，内河智能信息服务的应用已非常广泛。1993年，美国对内河运输信息服务相关课题进行了研究，并将密西西比河作为应用场景，从而建立了AIS 系统、水运信息网络系统、船舶导航系统等水运信息服务系统。基于水运统一管理与安全的思想，建立了密西西比河水运综合信息服务系统的系统框架[3，4]。2006年，欧盟内河航运RIS （ricer information service）信息服务项目正式启动，实现了内河航运信息化和协同服务，这是世界内河航运信息化服务的一次跨学科发展，具有重
要的实用意义[5]。
综上所述，推进智慧航道建设，对我国的航道工程有着至关重要的意义。
2内河航运智能建设——以长湖申线航道为例
本文以长湖申线航道西延工程信息化系统提升改造项目为例，该项目位于浙江省西苕溪中下游，属浙北天目山脉北麓丘陵—平原过渡区。长湖申线航道西延工程航道的起点为安吉阳光坝，终点为湖州船闸，整个航道的全程约66.34 km。其中，工程起点安吉阳光坝至长兴港口水文站共36.34 km，由于这一航道距离较长，需按天然Ⅳ级双线航道标准建设，长兴港口水文站至航道终点段的航道需要按限制性Ⅲ级航道标准建设。沿线设有老龙坝服务区及安城大桥上游锚地、安城大桥下游锚地和老龙坝锚地3处锚地。
卡孔
该航道的规模较大，复杂多变，有多段航道等级，通航船舶密集，其中经过多处锚地，使得航道的通航压力较大，传统的航道信息化系统已经很难改善通航环境。因此，本次项目是在原长湖申线航道西延工程信息化系统建设项目的基础上进行再次优化与完善，通过运用全新的科学信息技术，有效提升该航道的信息化水平。
作者简介：罗劲松（1970-），男，本科，高级工程师。研究方向：航道工程管理。
Copyright©博看网 All Rights Reserved.
建筑设计·理论2021年12月第18卷总第412期Urbanism and Architecture
158在浙江省交通数字化改革行动方案总体框架下，在
完成长湖申线航道西延工程信息化信息采集设备的基础上，发展桥梁限高卡口预警、航道三维仿真模拟、全景多视频拼接融合等智能化应用。当前相关管理部门已经逐渐完成了港航信息化平台的建设共组，并已经逐步完成“智慧港航”核心内容的“五个一”工程的建设，即“一张感知网”“一张GIS图”“一个中心”“一大平台”“一套机制与标准”[1]。
目前湖州港航已与湖州港航智慧监管平台、水上交通船联网动态监管系统等基础平台相互合作共同建设。同时在湖州航区建设了大量前端感知设备，并按照省中心指示完成了省“智慧海事”平台建设工作。本项目建设将做好项目系统与“智慧港航”平台的接口预留。
3内河智慧航道的建设
智慧航道的建设必将引入船联网作为物联网概念向航运业的延伸[6]。它是以船舶、航道、陆岸设施为基本节点和信息源，结合具有卫星定位系统、无线通信技术的船载智能信息服务，利用船载电子传感装置，通过网络完成信息交换。本文将引入三维仿真模拟系统、锚泊区船舶靠泊引导系统、航道全景
多视频拼接融合系统，对航道通航情况进行模拟，并且实时监控通航状况，以服务的船舶停靠为中转，从而对通航进行调整。该套系统的组合具有模拟预测、通信、安全防护和信息服务等功能，为船舶内河航行提供更加智能、安全的通航环境。
3.1航道三维仿真模拟展示系统
三维仿真模拟展示系统主要是将地面上的不同物体创建成高度仿真的三维模型，并结合当前先进的计算机技术将其整合成一个完整的地形场景，随后以计算机为载体，将场景全面呈现出来。通过对该项目的船闸、水上服务区、工作船码头及工作船舶等进行快速仿真以后，将这些数据搭建成为一个三维实景平台，能够有效解决传统的地理信息展示系统平台（基于点、线、面的矢量地图）专业化弱、可视性差、调用数据慢等缺陷。
三维实景平台相关软件在应用过程中具有空间位置表达清晰、视觉效果好、信息量大、仿真度高、用户操作使用方便、行业应用广泛等突出优势。通过三维仿真模拟技术，相关工作人员可以便捷地管理海量三维数据和场景数据，并能够实现多视角、全方位的快速动态浏览和了解三维实景中的地面对象和地形要素，不限时间与空间，能够随时将管理或查看的对象空间位置做出完美展示，如图1所示。
该系统主要运用三维可视化技术、地理信息系统（GIS）、遥感影像技术（RS）、三维模型快速构建技术、大场景合成技术、空间分析技术、多种系统接口技术等诸多当前新型信息技术，且这类技术已
经比较稳定，漏洞较少。
3.2服务（锚泊）区船舶靠泊引导系统
沿线设有老龙坝服务区及安城大桥上游锚地、安城大桥下游锚地和老龙坝锚地3处锚地。老龙坝服务区是该项目中唯一服务区，该地区也是航道中段的主要停泊区，此处紧邻安吉港梅溪作业公用码头，因此具有比较高的船舶流量。为有效提升该锚泊区的泊位利用率与船舶通行效率，为船户提供个性化、针对性的服务，本项目在建设过程中，将建构一个服务区引导系统[7]，针对服务区上下游船舶实时发布服务区剩余泊位信息，对船户进行实时的信息波导与引导工作。并且可以发送三维模拟出的地形数据，对一些拥堵和易发生事故的地点进行标记，提醒船舶驾驶人员小心通航。并且该服务区采集一个周期的数据作为基础数据库，与三维仿真模拟系统相互结合，对未来的航道通行状况进行提前预测和模拟，这样可以更加直观和高效地对航道通行的船舶进行限流和调整，不仅提高了船舶的通航能力，还减少了船舶碰撞事故的发生。
3.3航道全景多视频拼接融合系统
目前在视频监控应用领域，实时全景大视角多视频拼接融合的精细化监管需求越来越大。全景视频融合拼接系统（视频流处理器）通过视频图像算法及计算等软硬件研制开发，对一系列空间重叠、多角度监控视频进行实时拼接和融合，将多个窗口的视频内容合成为一个大区域、多焦距的全景视频，实
现高清晰化、全方位的监控模式，能够通过对目标对象进行特写放大或缩小，形成成像分辨率均匀的视频图像，较大地提高航道监控人员现场真实体验感和监控管理效率。并且可以实时监控航道通行状况，与三维仿真模拟出的地形结合，两者相辅相成，为船舶靠泊引导系统提供外在监测，使得内外作业同步。
4内河船舶智能航行建设
耐酸碱保护膜目前，桥梁在内河航道中越建越多、越建越密集。随着桥梁不断增多，未来内河大量“桥区水域”将由点成线，形成“多桥梁水域”。为此设置航道桥梁限高卡口预警系统，对智能航行建设具有重要的现实意义。并且在船舶航行时，添加航标监测系统，既保证了船舶在航行的状况下不偏离航道，也监测了船标的工作状况。
4.1航道桥梁限高卡口预警系统
桥梁限高预警系统前端主要分为6个组成部分：
船舶图1 三维空间实景 （图片来源：作者自摄）
Copyright©博看网 All Rights Reserved.
建筑设计·理论 2021年12月第18卷总第412期
Urbanism and Architecture
159
超高检测预警模块、船舶实时感知与识别模块、桥区现场实时监控模块和预警联动模块；预警后端主要是桥梁限高预警联动监管平台[8]。 桥梁限高预警系统前端主要包括以下几点：其一，船舶超高检测预警模块主要包含智能超高检测单元、设备箱、供电单元，其主要工作原理是在桥梁通航孔上下游处设置交叉激光，实现对桥梁的超高监测，同时又能够实现对船舶高度的精准测量；其二，船舶的实时感知与识别模块将采用AIS （船舶自动识别系统）；其三，桥区现场实时监控模块主要借助现场监控摄像机、超声波水位监测终端、视频存储设备等，对现场采取实时监控；其四，预警联动模块包括现场安装的高音喇叭、VHF （船岸数据传输方法主要有高频telenor 系统）自动播报终端、提醒通知信息接口等[9]。
预警后端的监管平台主要包括系统后端服务器、管理软件平台、数据对接接口等。该系统在性能、可用性、可靠性和安全性方面能完全满足湖州港航管理部门使用需求。
4.2航标监测系统
航标监测系统主要用于航道沿线航标工作状态监测，该系统在应用过程中，需要结合定位系统发现航标的发展状况，便于主管部门进行检修维护。该项目在建设过程中，已经针对航标灯及浮标定位设置相应的监测设备，本项目主要对固定航道标志牌设置，对航标倾斜情况进行监测，确保航标状况正常。
本系统主要由前端航标监测终端和后端平台构成，前端航标监测终端由太阳能供电模块、倾角检测模块、算法补正模块、通信模块、定位模块构成，如图2所示。太阳能供电模块为系统中所有模块提供电源，配置蓄电池，最长蓄电量可满足连续30个阴雨天气续航；倾角检测模块的功能主要是对标志牌倾斜角度进行检测，判断航标状况是否正常；算法补正模块主要检测温度，通过后端平台算法补正倾角检测模块数据，使倾角检测数据更精准；通讯模块采用4G 通信模式，使用4G 网络将前端设备数据传输至后端平台；定位模块通过北斗、GPS 双模定位，标注航标位置，使管理人员在异常发生时可以第一时间明确航标位置。
5结论
综上所述，在经济不断发展的今天，加强内河航道运输的信息化与智慧化建设是一个必然的发展趋势，是全面提高航运效率的重要举措，也是全面降低船舶在内河航行事故发生率的主要举措。通过智能化内河航道的建设，能够全面增强航道的便捷性与经济性，使船舶在航行过程中
科学地规划线路，从而提升整个航道的运输能力，降低运输成本，减少碳排放，并且提高工作人员在航道驾驶过程中的安全。
参考文献
磁卡门禁机[1] 吴红光，张曼雨，翟振刚，等. 内河船舶智能航行与智慧
航道建设[J]. 智能物联技术，2019，51（01）：43-47. [2] 余丹亚. 偶发的船撞桥事件背后的必然性分析[J]. 珠江水
运，2018（05）：101-103.
三方通话[3] 涂文玲. 欧美内河航运对发展我国内河航运的启示[J]. 中
国科技信息，2007（09）：94-95.
[4] Spalding J W, K M Shea, M J Lewandowski. Intelligent
Waterway System and the Waterway Information Network[C]. Proceedings of the 2002 National Technical Meeting of The Institute of Navigation,2001:487-495.
[5] 罗本成，解玉玲. 欧洲内河航运综合信息服务系统（RIS）
发展现状与趋势[J]. 水路运输文摘，2006（06）：43-47. [6] 赵学洋，李海红，储凌剑. 基于船联网的内河智能航行体
系探讨研究[J]. 新技术新工艺，2013（06）：117-121. [7] 严奇，陆柏乐，陈火根. 智慧航道建设与港航管理业务融
合模式研究[J]. 中国水运，2013（03）：30-31.
[8] 王起超，王笑琳，马春超，等. 内河船舶智能航行系统设
计与实现[J]. 世界海运，2015，38（06）：29-32，41. [9] 金华标，肖骁. 基于北斗短报文与4G 的内河船载智能终端
船岸通信技术[J]. 船海工程，2021，50（04）：67-71，76.
图2 航标检测系统的监测终端 （图片来源：作者自绘）
航标监测终端
太阳能供电模块
倾角检测模块
算法补正模块
定位模块
通信模块
雄蛾酒4G 无线网络电热水器控制器
后端平台
Copyright©博看网 All Rights Reserved.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议