内河航道管理中数字航道技术的应用

2022-10-31万丽姗朱闵翔江西省赣中航道事务中心

珠江水运 2022年19期

万丽姗朱闵翔江西省赣中航道事务中心

科学技术的更新发展为内河航道管理工作技术升级提供了有力支持，促使内河航道管理优化改革提速。此时，数字航道技术的应用受到更多关注，使得对内河航道实施动态管理成为现实。

1.数字航道技术的核心内容

数字航道技术可以理解为智能化、数值化航道管理技术，能够细化为航道信息数字化、航道管理及服务体系的数字化这两部分核心内容。其中，航道信息数字化即利用现有技术采集航道信息、历史形成情况等等；航道管理及服务体系的数字化即依托数据采集、统计分析等操作的展开，实现内河航道管理数字化、科学化水平的提升。

2.内河航道管理中数字航道技术的应用流程分析

第一，数据采集。汇总视频监控系统、自动检测系统、数字化测量系统等系统平台中所包含着的数据信息、图像信息、遥感遥测信息等等，针对这些数据信息进行分类与保存，明确标出所有数据的来源，方便后续查询与使用工作的展开。第二，数据处理。针对完成汇总分类的多来源复杂数据信息，主要使用专业软件进行处理，迅速且精准筛查出损坏数据以及死数据，并将有更高利用价值的数据信息传递至数字航道管理中心。第三，数据管理。结合预设标准要求，对采集到的数据信息进行格式统一处理、分类保存，丰富数据库内容，支持相关数据信息的共享交换。第四，数据利用。对于采集数据以及预设的标准数据，确定内河航道管理的工作缺陷，支持数字化内河航道管理工作的升级。

3.内河航道管理中数字航道关键技术的具体应用探究

3.1 电子航道图系统的应用

电子航道图系统结合内河航道现实数据信息完成电子航道图的自动生成与输出，促使相关人员能够直观掌握相应内河航道的电子航道图，帮助相关人员全面了解内河航道地理信息、基本情况，并对相应数据实施数字化管理，为内河航道管理工作的优化展开提供支持，避免管理数据偏差问题的发生，支持数字航道技术使用效率的增高。现阶段，电子航道图系统内普遍引入动态模拟功能，实现对航行功能的虚拟，在模拟船舶驾驶员视角的条件下，对航行线路周边的所有助航设施、桥梁及过江线缆等设施的净空高度等信息进行动态显现。同时，还支持着相关人员对系统中水位高度的设置数据展开实施调整，以此保证动态调整与水位相关的航标位置、船舶等数据的操作成为现实。

在当前的发展中，实现数字航道与长江电子航道图的无缝双向对接是优化电子航道图系统应用的重要举措，具体而言，对于数字航道而言，其主要向电子航道图系统完成内河航道的航标、水位信息和预处理数据的自动化推送；对于电子航道图系统而言向，其主要向数字航道落实电子航道图成果的自动化推送。为实现上述目标，构建数字航道与电子航道图数据交换与服务系统是必然选择。

3.2 数字航道动态监测系统的应用

对于数字航道动态监测系统而言，其在内河航道巡查、行船反馈等工作中均能够发挥出理想作用，支持对航标失常与否的精准、迅速、远程判断。在系统实际的运行过程中，能够高精度自主定位追踪、自动报警，并显示飘移后的航标位置，以及报警类型和原因。同时，数字航道动态监测系统还可以在每隔两小时的条件下主动向相关管理人员报告一次航标运行状态。数字航道动态监测系统内含多个子系统，实现对航道的综合监管，各个子系统之间的关系如图1所示。

图1 数字航道动态监测系统中各个子系统之间的关系图

现阶段，基于智能移动终端的数字航道动态监测平台建设与应用受到更多关注，依托相应系统平台的使用，可以实现对内河航道中所有航标的24小时监测，支持相关人员实时了解辖区航标的现实状态，完成对失常航标位置的精准确定，促使航标恢复工作的现实效率呈现出显著提升的发展趋势。

3.3 BIM技术的应用

在基于数字航道的内河航道管理实践中，BIM技术受到重点应用，特别是在数字航道水深底图的测绘方面能够发挥出更为明显的应用优势，支持数字航道动态监测工作的落实。在此过程中，BIM技术的应用可以从以下三部分入手进行解读：

第一，结合内河航道多种资源要素以及BIM技术，完成内河航道可视化三维模型的构建。综合应用BIM技术以及Civil3D等软件系统，融合内河航道水深、地形、航标等多种数据资源，完成对相应内河航道可视化地理三维模型的建设。相比于传统CAD制图方法而言，依托BIM技术实施内河航道可视化三维模型的构建与应用，能够在数字航道动态监控系统中直观显现出内河航道的三维立体信息，确保相关人员可以切实了解在特定条件下内河航道的现实情况。第二，依托BIM技术完成内河航道信息云数据共享平台的建设。通过对无人测量技术、计算机技术等多种先进技术的综合应用，可以实现对内河航道数据信息的自动化采集以及智能化融合，同时自动关联相应内河航道在水文、航标配布、测图、流量等方面所形成的历史信息资料以及内河航道模型构件展开数据信息整合分析，支持数字航道系统以及BIM数据云平台的构建。此时，相关工作人员可以随时随地落实对任意时间点条件下内河航道模型状态的查询或是自动汇总，以此为基础实现任意水位条件下内河航道三维模型数据云集的组建。第三，通过BIM技术的应用促使内河航道综合信息三维动态监测工作的展开成为现实。对过往船舶AIS系统以及数字航道动态监测系统实施融合处理，设定自动水位站所实际输出的内河航道水位数据信息为主要依据，并在内河航道信息云数据共享平台实现对输出水文数据的集中性处理，结合数字航道动态监控系统的人机交互界面的构建与使用，实现对当前水位条件下内河航道模拟情况的显现，促使对内河航道航标、航行船舶、水位的三维动态监测成为现实，提升动态监测目标的可视化程度。

3.4 水位自动测控技术的应用

在内河航道管理工作实践中，需要完成高频率、大批量的水文数据采集工作。随着数字航道理念探索的深入，国家对内河航道现代化建设提出了新的要求。在这样的大背景下，有必要研究出一种高效的水文要素监测系统，实现水文数据长期在线自动监测的功能。在进行水文要素监测系统的构建过程中，水位自动测控功能的实现极为必要，应用的关键技术主要如下：

第一，内河水位采集技术。在内河水位观测点投放合适的水位传感器，配合水位自动监测数据采集控制终端的应用，完成对相应内河航道水位数据的自动化采集、传输与保存，数据采集时间间隔可以提前自行设定。在内河航道水位自动测控实践中，可以投放的水位传感器类型及其适用范围如表1所示。

表1 基于内河航道水位自动测控的水位传感器类型及其适用范围

第二，水位自动监测数据采集控制终端。该终端能够自动采集内河航道水位数据信息，同时也可以实现对相应数据的保存、传输，促使内河航道水位数字信息测量、报送、控制一体化成为现实。水位自动监测数据采集控制终端的运行流程主要如下（图2）：在上电复位后实施初始化处理；读取状态寄存器；判断事件是否发生变化，如未发生变化，则直接跳转至关机与休眠状态；如判断事件发生变化，则要进一步设置事件变化标志；判断是否需要定时，如需要则转入定时处理模块，然后再进行后续操作；如判断不需要定时，那么直接进行后续操作，判断参数是否发生变化；如判断参数发生变化，则自动跳转至采集处理存贮模块，随后再进行后续操作；如判断参数未发生变化，那么直接进行后续操作，判断是否需要展开数据传输操作；若是判断需要进行数据传输，则自动跳转至通信树链路控制模块，随后再进行后续操作；如判断不需要进行数据传输，那么直接进行后续操作，判断是否需要展开串行口通信；若是判断需要展开串行口通信，则自动跳转至指令分析处理模块，随后再进行后续操作；如判断不需要展开串行口通信，那么直接进行后续操作，判断是否需要生成新事件变化处理请求；若是判断需要生成新事件变化处理请求，则直接返回读取状态寄存器步骤；如判断不需要生成新事件变化处理请求，那么直接跳转至关机与休眠状态。

图2 水位自动监测数据采集控制终端的运行流程图

水深与行船载重之间存在着较为紧密的关联性，通常而言，在枯水期条件下，内河航道的水深每增加0.2米，一艘99.8米×16.2米×5.6米的船舶，就可多装300多吨货物。为更加及时、准确掌握内河航道水位信息，利用水位自动测控替代人工经验判断水位是必然举措。例如，在某内河航道管理实践中，投入了智能水位遥测遥报系统，包括建设26座自动水位站等。同时，还在相应水位站内安装了多个人工智能摄像头。在这些摄像头的实际运行过程中，可以实现对水尺上水位线的自动识别，且在夜间环境下还能自主补光，促使对内河航道水位实施24小时不间断的监测水位成为现实。