我国航道感知综合应用系统的功能研究

蒋金伟

1 引言

随着我国经济建设的蓬勃发展，船舶航运量也在急剧增长，水上交通量日益加大，航运拥挤堵塞现象日趋严重，航运事故也时有发生。航运问题已经成为航道管理工作中的重大社会问题，阻碍和制约着社会经济建设的发展。因此，深入研究航道感知综合应用系统，对于解决航道拥堵问题的解决方法有着极为重要的现实意义。

航道感知综合应用系统是我国自行研发的一种航道信息化系统，其主要应用在以下三个方面：航道要素管理、船舶智能感知、通航环境监测。其功能集成了船舶自动识别系统、视频监控系统、自动激光扫描系统、水文气象监测等系统，并能够及时地反映在电子航道图上，为航道的安全、高效通行提供支持。

2 通航要素管理

航道基础数据的采集是根据实际需求，利用数字视频、声呐测深、水位传感器、定位值守传感器、激光传感器等各种传感器，对航线范围内的水下、水文、船舶、设施等进行数据采集，获取各种信息，服务于我们的航道管理。其数据包括：航道的设施状态数据、水位实时数据、航道河床断面数据、船舶交通量的实时数据等。

“电子航道图子系统”是“感知航道”的面容，是展示“感知航道”成果的最终载体。基于1:2000高精度GIS电子航道图不仅能够形象地展示航道范围内的基础设施、港口、码头、锚地以及两侧的地标性建筑、绿化带等信息，还能够展示各个“感知”子系统的实时信息，是航道指挥调度必不可少的综合展示系统。

根据S-57国际标准的规定，将通航要素划分为190多种，在实际监管、应急指挥以及日常业务中，根据需要大致可将这些通航要素分成四类：工程设施类、监管设施类、通航环境类、各种功能水域类等。

电子巡查可以实现按通航要素的分类、功能、区域或位置等的分类巡查。主要用于掌握辖区水域通航环境、船舶航行、停泊秩序，收集水文、气象信息，对辖区整体安全状况做出初步研判，为后续执法活动或安全服务提供依据或参考。

2.1 巡查的分类

按巡航手段分类：

（1）CCTV电子巡航

以不同CCTV窗口进行依次、连续的观测为主，AIS图像检查为辅助的巡航方式。

（2）AIS电子巡航

以不同AIS窗口进行依次、连续的观测为主，CCTV视频检查为辅助的巡航方式。

按监管对象分类：

（1）全面巡航

按照辖区水道分组，模拟传统海巡船巡航的方式，将同一水道的CCTV视频前端或AIS图像按照上下游顺序编成巡航方案，组织全辖区水域巡航。

（2）重点巡航

按照监管类别分组，将重点监管对象分为渡口水域、桥区水域、水工水域、重点航段、渔船习惯捕捞区、重要码头等巡航组，各组分别运用CCTV或AIS等系统组织巡航。

2.2 通航要素状态监测与预警

利用安装好的传感器，可以实现同行要素状态监测和预警。当通航要素异常时，异常通航要素会在电子航道图中进行特殊标记，引起人员注意。通过将船舶的AIS数据与预设规则进行比对，实现对违反规则的行为自动识别和预警的监管方式。

预警通常可以分为：常规型预警和应激型预警。

常规型预警是按照通航安全管理规定和辖区水道特点，设置长期性预警规则，实现对目标监管对象的日常预警和监管。其主要包含：

（1）区域预警

区域预警是指设定的预警规则适用于该区域内所有船舶的预警。

（2）单目标预警

单目标预警是指设定的预警规则只针对某一艘特定船舶的预警。

应激型预警是根据异常水文气象、突发性事件或上级临时指令，设定短期性预警规则，实现对目标监管对象的临时性预警和监管。应激型预警指对如浓雾、雷雨大风、汛期、上级指令以及事故险情等应激事件下的预警。其主要包含：

（1）异常水文气候预警

当辖区出现浓雾、雷雨大风、汛期、枯水期等异常水文气候时，可结合辖区特点，制定并实施临时性电子预警方案，保障辖区异常水文气候时的水上交通安全。

（2）事故险情预警

对险情发生水域划定警戒区，结合实际需要，设定相应的预警规则，实现对进入险情水域的船舶自动预警和预警处置。

（3）交通管制及上级指令预警

对水域实施交通管制时，可对管制水域设定警戒区及规则，实现对进入警戒区水域的船舶自动预警和预警处置。

另外，针对航道中的各类情况，我们需要设定预警原则，主要包括：

（1）根据相关通航安全管理规定及现场管理需要，对相应河段设置预警时段、速度范围和持续时间等规则，实现禁止超速、禁止停泊等预警。

（2）结合辖区水域特点，对狭窄弯曲河段、叉河口、施工水域等水域，按照通航安全管理规定，设置相应的规则参数，实现禁止追越、禁止掉头等预警。

（3）结合辖区水域特点，根据各海事处渡口管理需要，对渡口水域划定渡口斑马线区域，设定相关的规则，实现渡口斑马线预警。

（4）结合辖区水域特点，根据各海事处的桥区水域管理需要，对桥区水域设定相关的规则，实现桥区水域预警。

（5）根据航段航行实际情况，以“禁止进入”规则划定上下行航段分隔线，实现船舶偏离航道预警。

（6）根据辖区现场监管需要，对监管对象设定CPA、走锚等参数，实现对个体目标的预警。

当发生预警时，值班人员应立即对预警类型进行分析，对船舶AIS数据进行初步评估，条件允许下可结合CCTV视频系统对预警情况进行核查，视情处置。主要包括：

（1）违章类型预警：对违章类型预警，情节较轻的，可通过VHF、电话等方式进行远程纠正；情节较重者或经VHF、电话等方式呼叫后未能自觉纠正违章行为的，可通过执法力量现场联动进行处置。

（2）安全监管类预警：指各海事处根据辖区海事管理要求设置的安全提醒类预警，对此类型的预警，各海事处可根据预警设置目的及相应的处置手段进行处置。

3 船舶智能感知

3.1 船舶追踪

船舶追踪系统是运用数字图像分析技术，对航道交通状况的监控视频画面进行实时分析，获取相应航段的船舶密度、航向、平均航速等通航状况信息，形成实时的航道流量密度图，为航道指挥调度和船舶疏导提供依据。软件主要功能有：通航密度图、通航状况分析、通航走势分析、异常状况预警及分布等。

通过船舶航行的GPS定位数据，结合远程视频监控系统，调整高清摄像头的角度、镜头焦距等，能够清晰获取该船舶的视频信息，为控制中心管理提供方便。其中，追踪可以分成以下三类：

（1）CCTV电子跟踪：是利用CCTV视频系统对目标船舶进行摄像追踪，对违法行为录像、拍照固化证据。

（2）AIS电子跟踪：是利用AIS在海图上进行追踪、识别，必要时保存航行轨迹。

（3）CCTV、AIS联动跟踪：是将船舶AIS信息中的GPS位置传递至具有自动反馈功能的CCTV视频前端，使视频前端自动跟随指定船舶的移动而转动，始终将其在视频前端的画面中显示，并能在超出该视频前端覆盖范围后，由下一个视频前端自动接力跟踪。

图1 船舶航行的跟踪流程图

3.2 船舶航行记录查询

航道感知综合系统可提供两种方式的船舶航行记录查询：

（1）AIS查询：是以系统AIS信息为数据源，可查询一定时间段内目标区域或目标船舶的航迹，以掌握某区域或某船舶的航行情况，主要应用于水上交通事故调查，也可作为违法行为证据。

（2）视频查询：是指用户可以搜索时间、位置信息等关键字段，来调阅相应的视频监控录像，通过人工来查看船舶航行记录，搜集有用的信息。

4 通航环境监测

航道管理指挥中心可以通过对前端传感设备采集的各种信息，经过分析处理，提炼出关键信息，经系统发布到用户手机、互联网等终端上，实现快捷播报、服务社会生产、生活。

各市航道管理部门可以根据需求与水利气象部门建立长期数据交换机制，通过传感器可以实现对航道设施及船舶实现全天候、全区域的监测，从而定时获取并更新航道能见度监测、水文监测、气象监测等数据；并将感知到的航道数据，通过无线网络和有线光纤构成的网络，汇聚至指挥调度中心的系统平台，再进行定向发布。各船舶和航道用户就可以及时掌握各种气象、水文、交通实况数据，提前做出相应处置行动，从而最大限度地规避风险。

随着技术的不断进步，在水路航运事业日益发展的今天，我国航道感知综合应用系统将会为航运的安全、畅通保驾护航。“感知航道”发展完善以后，还能进一步联合港口、海事、公共交通等系统，最终实现更广范围内应用的“感知交通”平台；大数据时代的功能应用值得我们去期待。