航标位置准确性智能校核技术应用研究

邱云

摘 要：航标遥测遥控技术是一种伴随现代电子技术和通讯技术发展起来的新兴应用技术，是长江“数字航道”建设中的一个重要内容。本文以长江数字航道建设成果为依托，结合国内外航标遥测遥控技术发展情况，开展航标位置准确性智能校核技术应用研究，为航道养护管理工作提供技术支撑和参考。

关键词：航标遥测遥控技术；长江上游

中图分类号：U611 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）03-0025-02

航标是保障船舶航行安全的重要基础航道设施，特别是在航道条件比较复杂的山区河流航行区域，由于河床形态复杂，河道变迁频繁，航道养护管理工作除了进行必要的航道建设和整治之外，正确布置和配备航标也是不可缺少的重要手段，内河船舶安全航行更是严重依赖于航标的正确设置与正常工作。

21世纪是信息技术飞速发展和广泛应用的世纪，通过采用现代信息技术来改造传统的生产过程和管理过程，可以极大的提高劳动生产效率和管理水平，是传统产业转型升级的必由之路。在此背景下，利用现代信息技术来提高和改造航道养护管理也是一种必然趋势，在国内外得到了广泛的应用，其中航标遥测遥控技术是最重要的应用之一。该技术通过对传统航标进行现代化改造，在灯器内部增加必要的定位、通信、监测等模块，利用航标遥测遥控管理软件对航标进行遥测遥控，从而极大地减少传统巡航次数，有效降低人工成本和经济成本，提高了航道养护管理工作效率和水平。

航标遥测遥控技术的应用能够及时监控航标的工作状态，及时发现航标是否处于异常工作状态并提供相应的报警，但软件由于技术原因并不能对航标位置准确性进行智能校核判定。因此，本文针对长江上游山区航道特点，探讨基于长江数字航道条件下的航标位置准确性智能校核技术应用的可行性，为航道养护管理工作提供参考。

1 研究河段概况

研究河段为长江重庆航道局辖区河段，系典型的山区航道，两岸山峦叠嶂，河道弯、窄、浅、险，且礁石密布，汛期水位涨落幅度大、流速变化大、流态十分紊乱，航道条件极其恶劣。三峡水利枢纽成库后，长江上游红花碛（上游航道里程720km）以下航道情况发生了显著变化，形成天然航道、变动回水区航道及常年库区航道相互并存、相互转化的三段式全新特征，其中常年库区（大坝至丰都段）航道条件明显改善，航道拓宽、流速减缓、水深增加；变动回水区（丰都至红花碛段）在175米蓄水稳定期（非汛期）航道条件有所改善，呈现为库区航道特征；而在三峡水库消落期和汛期，该河段又自上而下逐步恢复到蓄水前的天然航道状态，另外该河段受三峡水库调度的影响，成为季节性库区，改变了原有“洪淤枯冲”的自然河演规律，河床稳定性变差，出现深弘线摆动明显、泥沙累积性淤积现象加剧等不良现象，严重影响了船舶的通航安全；天然航道段（红花碛以上）受蓄水影响较小，依然保持天然状态，航道呈现弯曲、狭窄、礁石密布、浅区纵横等特征。

2 长江数字航道建设概况

根据国发〔2014〕39号文的相关要求，“十二五”期间，交通运输部投入2.5亿元进一步加大长江信息化建设力度，确立了一批长江干线数字航道建设项目，形成“一主六分七中心、一图一站三平台”的长江数字航道总体框架。

按照“统一架构、分类实施，合理整合、明晰边界，先基础，后综合”的建设思路，长江航道局在总体框架的指导下，将建设内容划分成长江干线数字航道合江门至兰家沱段、兰家沱至鳊鱼溪段、鳊鱼溪至大埠街段、大埠街至上巢湖段、上巢湖至浏河口段，以及综合信息服务平台、应急指挥平台、长江航道局信息系统安全等级保护8项建设工程。

研究河段（兰家沱至鳊鱼溪段）的数字航道建设早在2013率先开展，并作为智能航道建设的示范工程，列入交通运输部“十二五”水运信息化示范项目。经过两年的建设周期，兰鳊断数字航道建设已正式完工并投入生产实践，为航道养护管理工作服务。

3 国内外发展概况

将信息技术用于航标管理不是一个新的话题， 早在90年代初英、法、美、日等航运大国就利用现代电子技术和通讯技术建立起了航标遥测遥控系统，为海运事业提供了高效服务，目前国外科学技术发达的国家已经实现了对航标的遥测遥控，其主要应用于航标灯器的监控、供电设备的自动控制，航标工作状态报警等方面。

在本世纪初，国内也广泛开展了航标遥测遥控技术相关研究和进行了大量的工程应用并取得了较好的效果。

航标遥测遥控系统主要用于监控航标是否处于正常工作状态，是否发生意外的位置飘移，但针对航标位置合法移动是否符合航标设置规定及航标设置是否合理方面的信息化研究目前还处于空白状态。

4 研究内容

4.1电子江图复核业务需求研究。为了保证本项研究工作具有针对性，最终形成的成果满足用户的需求，有必要对业务需求进行详细梳理，通过现场分析现有的人工航标复核操作流程和规则，形成业务需求分析报告。

4.2电子江图复核规则研究。本项研究主要是根据航标管理人员日常航标复核的流程，形成航标自动复核规则。这一过程必须尽可能考虑到航标复核中各种规则的完备性，不能出现遗漏现象导致降低复核结果可靠性。

4.3电子江图水深点水位计算方法研究。由于现有的电子江图的水深点是以高程的方式标注的，因此在具体应用中还必须将水深点的高程信息根据船舶日常引用习惯将水位信息转换为水深信息，其中主要用到了线性插值技术，且计算量较大。因此如何快速准确地计算电子江图水深信息是本研究的一个重要内容。

4.4电子江图复核软件架构技术研究。一个好的软件架构可以提高软件执行效率，可实现性强，易于修改维护，人机友好。因此必须把软件架構作为一个重要方面加以研究，做好软件功能模块划分，优化模块间的通信接口，以便于提高系统的效率、稳定性、可维护性和可重用性。

4.5航标复核算法研究。本项研究的核心工作就是进行航标位置复核，因此，如何进行航标复核以保证航标复核结果快速和可靠是本项研究的重点研究内容。

4.6通信技术研究。由于本软件系统需要和长江重庆航道局现有的其他系统进行接口通信，因此，高效的通信手段和通信机制以及通信协议都是本项研究的重要研究内容。

4.7航标复核结果报警方法和机制研究。作为航标复核的结果就是要针对出现异常情况的航标提供及时有效的报警，以供航标管理人员采取及时的措施进行补救，最终达到提高航标设置精度、保障船舶安全航行的目的。

5 研究开发软件的功能

研究开发的软件提供人工精确定位检索校核和自动校核两种工作模式，其中人工精确定位检索校核方式主要用于对某一特定的航标位置进行复核，比如独浅标位、礁石标位、浅区标位等；自动校核方式则用于系统自動的对全部航标进行日常的在线循环的位置复核。

5.1 自动校核方式

复核系统自动根据航标索引表提供的对应关系逐个从数字航道平台中提取航标实时位置，将其纳入电子江图数据库。同时根据自动水尺上报的水位信息，自动将电子江图中的高程数据转换为水深数据，并根据航标连线内的水深情况，按照复核规则逐条进行复核，检测出连线内可能出现的水深不足、尺度不够等问题。软件通过实时在线告警模块触发报警提示，并给出合理性的建议。

5.2 人工精确定位检索校核方式

复核系统根据人工输入的航标坐标形式自动选择所需要的自动水尺数据和电子江图数据，通过水位数据的转换，监测航标连线内是否具有不符合符合规则的情况，发现异常及时提供报警。

6 展望

目前，长江数字航道建设仍在有条不紊的进行中，航标位置准确性智能校核技术应用研究仍处于起步阶段，系统在后续研发中将结合长江数字航道建设深入开展航标精准性设置技术研究，从而为航标养护工作提供参照。

参考文献：

[1] 张燕. 航标遥测遥控系统的功能、组成及技术实现的研究. 大连海事大学硕士研究生学位论文，2003.3.

[2] 王如政. 航标遥测遥控系统关键技术研究. 大连海事大学硕士研究生学位论文，2007.3.

[3] 刘均辉. 航标遥测遥控无线视频监控系统研究. 大连海事大学硕士研究生学位论文，2013.3.

[4] 李子富.彭国均.黄鹏飞. 浅航标遥测遥控系统的优化. 集美大学学报.自然科学版，2010（5）.