西江航运干线航道信息化建设探讨

赵建轰　何文润　张建球

摘要：文章以西江航运干线贵港至梧州航道信息化系统为研究对象，通过总结西江航运干线贵港至梧州2 000吨级航道信息化应用系统建设以来所取得的成就，分析了系统在使用过程中出现的软件硬件、维护管理、系统的适用扩展性方面存在的不足之处，为打造国内领先水平的西江航运干线3 000吨级航道信息化系统提供参考。

关键词：航道信息化;遥控遥测技术;电子航道图;自动水位站

0 引言

西江航运干线贵港至梧州航道位于其中下游段，近年来，90%的广西内河运量将通过该段航，是广西区内最为繁忙的航道。船舶可从贵港直航至广东，连通港澳。2000年以来，随着西江航运干线的货运量不断增长，运输船舶也逐渐向大型化方向发展，贵港至梧州航道的管理也面临着难以适应其航运发展速度的难题，尤其是长洲水利枢纽至梧州界首段，枯水期间多次出现航道水深不足，出现了大型船舶被迫减载航行、港口货物积压货等问题，阻碍了广西内河航运的发展。

为适应水运快速发展的需要，航道管理除了按照常规养护外，还必须坚持科技兴航的理念，建设航道信息化，实现航道管理的数字化、网络化、可视化，从而达到管理方式从传统的粗放型向精细化、数字化、科学化转变[1]。航道信息化系统以电子航道图为显示载体，结合航标遥测遥控系统、自动水位站系统、航道管理信息系统等，可通过GIS电子海图展示航道走向、水深、助航标志及跨河桥梁、跨河缆线、港口码头、锚地、船闸等涉水建筑物的有关信息，航道维护实现数字化管理，为科学管理航道提供决策依据[2]。

为改善通航条件，提高航运服务水平，实施了贵港至梧州2 000吨级航道工程建设，并配套开展了航道信息化工程建设。实现了贵港至梧州2 000吨级航道管理工作的数字化、网络化和可视化，用以辅助航道养护的日常管理工作，有效提升了航道管理水平和服务能力，有力推动了广西航运事业的现代化建设。

西江航运干线贵港至梧州2 000吨级航道信息化应用系统自其建成使用至今，已有10年之久。虽然长期对系统进行维护和更新工作，但信息化产品具有时效性，系统经过多年的使用和维护难免出现问题。本文通过对航标遥控遥测技术、电子航道图系统、自动水位站系统以及视频监控在贵州至梧州2 000吨级航道管理中的应用进行探讨总结，为打造国内领先水平的西江航运干线3 000吨级航道信息化系统提供参考、经验和建议。

1 现有信息化系统简介

1.1 电子航道图系统

电子航道图系统分为管理和应用两大部分。可根据业务流程分为：采集数据→处理数据、编辑航道图→审核航道图→发布航道图→航道图应用等五部分。

电子航道图生产任务管理：依据指令对电子航道图的生产任务进行安排，包括测量任务、编辑任务、CAD任务、权限管理，并根据电子航道图数据库中的数据，输出生成国际标准的电子航道图。见图1。

1.2 航标遥测遥控系统

航标遥测遥控系统的组成包括：航标遥测遥控终端、监控中心、控制中心、GPS差分站、无线通信链路。其实现的功能主要有：航标遥测、遥控、报警以及远程航标管理等。见图2。

（1）航标遥测：通过对航标的运行状况以及参数的实时采集，并经过检测、处理后，数据自动上传至终端。

（2）报警项目：航标灯的工作状态出现故障时将自动报警。通过对日光值、工作电流值等进行联动判断，若出现航标灯常亮、航标灯夜晚不发光或发光亮度不足等现象时，系统将自动报警，通知工作人员进行处理。

（3）航标遥控：航标管理人员可以通过无线网络对航标的运行参数和状况进行远程设置、查询及控制等。

1.3 自动水位站系统

自动水位站系统是以GPRS无线通信方式为手段，计算机网络为载体，水位监测信息系统为基础，搭建的一套完整的水位信息监测管理系统。该系统具备的主要功能是：实现水位信息的远程自动采集、水位数据维护、分析处理、发布。见图3。

1.4 视频监控系统

视频监控系统的组成主要包括：前端、传输、控制、终端显示、系统供电。通过视频终端摄像头采集图像信息，图像信息经压缩处理，再通过网络传回服务器，各终端PC通过访问服务器，得到实时彩色视频信息。视频监控系统流程如图4所示。

2 航道信息化建设取得的效益

2.1 航标维护效率提高、维护成本降低

传统的航道站获知航标状态的方式，往往是通过定期出航巡检或者接到航行船舶的电话报告，其时效性相对滞后，通常无法快速响应出航维护失常航标。在获知侧面浮标发生漂流时，可能已经漂流非常远而难以找回，甚至侧面浮标已经发生沉没而无法找回，需要航道站工作人员开着工作船沿江搜寻，航标损耗和维护成本较大。

航道信息化技术的推广和应用，在一定程度上增加了航标养护的科技含量。通过航标遥测遥控终端，航道站可以第一时间获悉航标的异常状态。航标巡航检查周期的延长、船舶巡检出航的次数相应减少，较为显著地减少了出航需要的油耗、船机设备使用的磨损、减轻了人员出航巡查的负担等，在一定程度上降低了航标维护的成本，取得較好的经济效益。

2.2 提升船闸调度能力、优化船闸发电和通航计划

在贵港至梧州2 000吨级航道信息化建设投入使用之前，因航运企业无法及时获取浅滩航道水深信息，加上船闸调度能力不足、发电和通航关系不协调等，长洲船闸经常在枯水期间发生船舶滞航事件，其中2010年曾多达上千艘船舶在长洲船闸上下游滞航。

通过航道信息化建设成果的进一步推广应用，西江航运干线沿线船闸实现了枯水期间分航段调控过闸船舶，避免了过多超深船舶在一个船闸排队等候，引发滞航事件，甚至是次生安全事故，也减少了船舶的不必要支出。得益于航道信息化应用的建设，近年来船舶通航次数以及船闸过闸核载量显著增加，2018年长洲船闸过闸核载量与长江三峡船闸过闸核载量逼近。

2.3 社会满意度显著提高

航道历来是立体交通的重要组成部分，但是由于公路高速公路、铁路的飞速发展，在很大程度上削弱了航道在立体交通中的地位。借助航道的信息化管理，贵港至梧州2 000吨级航道成为广西目前技术含量最高的航道。信息化建设成果的应用成效有目共睹，位于西江经济带的诸多行业、部门，特别是航运企业受益匪浅。

航标遥测遥控系统实现了实时远程监控，航道管理部门可全天候实时掌控标志的运行状态，保障了航标作用正常率，有效地增强了航标作用的可靠性，同时自动水位站的应用也促使航道信息服务更高效、可靠，获得了航运企业的一致认可。

2.4 提升相关管理部门职工幸福与荣誉感

航标遥测遥控系统建成后，实现了对失常航标有针对性、有目标性的维护，航标维护已经由传统的人工航达巡检制向监控值守制转变。同时，浅滩航道水深的揭示也由原来的必须人工探测水深、悬挂水深信号标转变为自动水位站自动上传水位数据，在一定程度上减少了一线职工的工作量和工作时长，不需要再频繁地出航巡查，让员工享受到科技的便利。

航道信息化系统的应用，对航道管理工作人员的综合素质也提出了更高的要求，航道航标管理人员需熟练掌握航道信息化系统，激发了职工的干劲，也更好地发挥出個人主观能动性，增加员工的自豪和荣誉感。

2.5 低碳经济效益突显

在航道管理工作中，由于航段线路长、标志多等因素，从工作点到检查取证现场的路程较远，需要花费较多的时间。航道信息化系统建设完成后，结合航标和监控系统，能较好地排查不必要因素，而进行针对性地检查，减少频繁、远距离出航带来的油耗问题，做到节能减排。

通过航道信息化技术的应用，航标航道检查的周期的延长了1倍，船舶出航的次数相应减少。同时，参考航道水深测报精度可提高约0.2 m，船舶配载增加5%左右，相应地减少了船舶的耗能和碳排放，推动了水上生态环境的保护和可持续发展。

3 信息化系统目前存在的不足

3.1 自动化程度较低，系统管理不够科学

目前，该系统对于电子航道图的数据采集，需要耗费较多的时间和人力进行岸线测量、航道扫测、航道水深探测及其他与航道图相关的地物、构筑物数据的采集。现有的航道信息化系统中自动水位站仅实现了半自动化，通过压力传感器自动采集航道水位信息并定期上传至航道水情数据库中，仅初步实现了水位历史数据曲线展示以及水深换算的功能。

信息化系统自动化程度低，系统管理不够科学，就意味着需要花费较多的人力物力来进行数据处理、系统维护，制约航道管理向更优质高效的方向发展。

3.2 系统缺乏维护升级、工作不稳定

由于航标遥测遥控系统设置智能化程度较低、现场灯器/终端容易出现电路异常、终端工作不稳定、航标所处地段通信信号过弱等因素影响，通常容易出现下列问题，导致航标遥测遥控工作任务加重，甚至增加航道站出航核查的次数。

3.3 系统整体的兼容性不够好

贵州至梧州2 000吨级航道信息化系统在设计之初，由于受技术水平、开发环境限制，许多功能只能在特定的Windows server及XP系统环境中才能运行，兼容性较差，不支持任意软件系统环境下的安装。而随着信息化技术的发展，航道管理需要应用到越来越多不同的系统平台当中，现有的航道信息化系统均难以满足使用需求，无法做到跨平台、跨系统运行，制约着航道管理工作效率的进一步提升，难以进一步提升航道信息服务特别是电子航道图服务及航道导航服务的水平。

3.4 数据的网络传输不稳定、效率较低

信息化系统作为一个覆盖全区内河航道的系统，有其自身的特殊性，其中航标遥测遥控系统对网络的要求尤为突出。若遇到通信信号不稳定的情况，将不能保证其数据的准确性、及时性，也无法充分发挥信息化系统的优势，反而需要花费巨大的资源去进行网络维护，与信息化系统建设的初衷相悖。

目前的视频监控系统使用的是大部分有线网络和个别4G手机网络，特别是偏远地区的基本都是4G手机网络，经常存在信号不稳定而导致监控点离线或者系统响应迟钝等情况，系统自诊断功能不完善，系统数据还可能出现偏差，需要相关工作人员定期进行专门维护和检修。

3.5 第三方维护管理服务不到位

航道信息化系统软件在使用过程中，由于外部环境、数据环境可能发生变化，仍然可能存在一些隐藏的错误。这些在使用过程中暴露的隐藏错误，以及软件在性能方面存在的缺陷，被发现后需要及时诊断和纠正错误。

据了解，由于第三方维护管理服务通常无法及时对系统出现的错误进行诊断和修复，这将导致系统的部分功能处于短期瘫痪状态。因此，在后续系统升级改造过程中，须进行充分的压力测试，模拟满负荷系统使用工况下，确保系统运行情况能达到各项功能运转正常，不会出现卡顿和功能模块无法使用、不能响应的情况。

3.6 使用系统的人员及使用载体范围较窄

贵州至梧州2 000吨级航道信息化系统，其使用对象主体全部为相关管理部门的工作人员，对于航运企业和航行船舶来说，依然仅能凭借航标获得航行指示信息。对信息化系统的使用及操作也只能借助电脑进行，且随着系统软件和设施设备老化，系统的使用不够便捷。

4 信息化建设思路

4.1 加大资金投入及后期保障

信息数字化产品均存在更新换代快、时效周期短的特点，操作系统为了保证其在运营期内的先进性、实用性和适用性，采用“需求引导、总体规划、分步实施、逐步完善”的原则，对系统的软、硬件、网络等各方面进行不断完善。同时应注重工作细节，在完善的过程中，进一步优化和提升。系统维护保障资金应相对充裕，且对应在系统的整个使用周期内，该项资金应是持续的。

为保证西江航运干线3 000吨级航道信息化系统的先进性、实用性和适用性，必须加大信息化资金的投入力度。

4.2 促进信息资源共享，提升航道信息服务水平

目前我国在大规模建设5G网络基础设施，推进5G行业应用。5G技术可提供高帶宽、低时延和安全隔离，实现对行业应用的支持，满足“船-船”、“船-岸”高效通信、数据采集、数据监测等活动的数据交互需求，同时满足航道要素的全面感知、大带宽高速通信、高质量数据传送等需求。

在未来西江航运干线3 000吨级航道信息化建设中，应积极探索5G应用通信技术在航道信息化、智能化建设中的广度和深度;遵循信息化软件架构理念，从高新先进技术角度设计，提出“采用北斗定位技术，推广北斗定位、北斗短报文、北斗双频定位等技术模式，实现全航段的北斗全面应用”的信息化建设目标。

4.3 丰富通信技术手段，拓展信息化、智能化

航道信息化建设的核心内容是要把航道信息化系统建立成为一个航道、海事、环保、工信等多部门之间信息共享、资源公用、标准共行的数据库体系。

西江航运干线3 000吨级航道信息化系统应涵盖航道图、航标布置、水位实时数据、桥梁通航净高、现场监控、船闸候闸等全方位的航道信息服务，此类信息和功能对于航运企业、码头企业以及其他相关职能部门在运营和管理方面均有很高的使用价值。

未来系统升级改造宜以共建、共育、共享为主旨，共谋打造更具时代性、安全性、开放性的中国特色信息系统生态体系，降低设备的重复投入、精简冗余数据录入、减少劳动力，提升航道现代化管理水平、航道信息服务水平。系统所能带来的社会效益将得到显著提升。

4.4 加强系统的功能建设

在电子航道图系统的后续建设中应重点考虑航道图智能化生产能力的开发，借助标准化的内河航道电子图制图标准，实现“数据采集-数据粗加工-地物归类和赋值-电子航道图成图”降低人工生产电子航道图的巨大消耗，实现电子航道图的自动化、智能化生产，为未来智慧航道的建设打下坚实的基础。

同时，借助BIM技术，通过历史的电子航道图以及相关的水位数据，系统能自动生成包含各类跨临河建筑物的电子航道图3D模型并分析航道整治的效益、河床下切的速度等。

对于自动水位站的建设，应加大航道水文数据采集、水位数据开发利用的功能的开发，使得今后可利用历史水位数据进行历史航道水位分析、航道水位趋势预测、航道构筑物效能分析、生成航道水位年报等，能够自动根据设置生成航道水位通告或航道水深揭示，经各级人员审查后汇总发布航道水情通报。

4.5 提升系统运行稳定性、丰富系统管理手段

我国长江电子航道图系统以数据库为核心，将长江航道水位信息、地理信息、航标信息等各项要素信息融合集成，通过网络及时传输，适时更新信息数据，以指导船舶导航、安全航行、配载并提升航道通过能力，从而科学有效地进行航道养护和航行决策。同时，该系统通过与GPS系统、AIS系统、雷达系统等多系统相融合，为系统运行的整体稳定性提供保障，并可为船舶提供更形象直观、高效精确的导助航功能，同时还可通过该平台实现便捷的通信。

目前的贵州至梧州2 000吨级航道信息化系统在数据保密、数据更新、数据发布等方面还有待进行深入研究，电子航道图数据服务不能较好地满足社会各界的迫切需求。因此，未来的西江航运干线3 000吨级航道信息化系统，其建设方向需要突破航道感知、可靠传输、深度融合、智能服务关键技术，将物联网技术、数字机务、现代通信技术、感知技术、视频监控等技术有效地融合起来。

5 结语

本文通过对西江航运干线贵港至梧州航道现有的信息化系统建设研究探讨，通过总结分析得出：

（1）自航道信息化技术应用以来，航标维护效率在一定程度上得到提高升，同时有效降低了航标维护成本，提升了船闸调度能力，优化了船闸通航计划，航道通航效率得到提升，航道航标的安全可靠性提升，社会满意度提高，职工幸福与荣誉感得到提升，低碳经济效益突显。

（2）随着年份增加，系统的更新优化速度远赶不上信息技术的飞速发展，一些硬件和软件的扩展性、系统的维护管理等方面的问题，以及系统功能适用性方面的问题相对突出。

（3）今后信息化建设思路应从加大资金投入及后期保障;丰富通信技术手段的应用，进一步拓展信息化、智能化;促进信息资源共享，提升航道信息对外服务水平;加强系统的功能建设;提升系统运行稳定性、丰富系统管理手段等方面着手。

本文可为西江航运干线3 000吨级航道信息化系统的建设提供参考、经验和建议。

参考文献：

[1]黄平华，刘晓锋.港口航道工程的信息化建设[J].中国水运，2017（9）：36-37.

[2]温 泉.内河航道信息化技术发展综述[J].中国水运·航道科技，2017（4）：61-68.