江苏省内河航道感知设施布局体系构建及应用

石磊 刘轰 梅道光

【摘 要】 航道感知作为航道运行管理所需数据的来源，是实现航道全要素数字化的重要支撑。在全面分析航道感知要素及其感知设施的基础上，构建内河航道立体智能感知设施布局体系，进一步明确分级建设标准。通过实际应用表明，该布局体系有利于提高航道感知设施建设的统一性和规范性，可为国内其他内河航道感知设施的建设提供借鉴和经验。

【关键词】 内河航道；航道管理；感知设施

0 引 言

水运作为综合交通运输体系的重要组成部分，具有资源集约利用、运输能力强大、绿色安全指数高等显著优势[1]。根据《江苏省干线航道网规划（2017―2035年）》，到2035年江苏省全省干线航道网形态上呈“两纵五横”布局，形成以长江干线和京杭运河为核心，Ⅲ级及以上航道为骨干，达海、通江、联网、互通的千吨级干线航道网，里程共计4 010 km。2020年，全省完成水路运输量9.3亿t （不含长江航线），完成货物周转量7 039亿 t穔m，分别占全国总量的12.3%和6.7%，分别占全省社会综合交通运输总量的32%和61%。

航道感知作为航道运行管理所需数据的来源，是实现航道管理全要素数字化的重要支撑。随着数字航道和智能航运的迅速发展，构建全面立体、时效性强、准确可靠的航道感知设施体系已成为对内支撑精细化航道运行管理、对外增强航道服务能力的迫切需要[2]。由于江苏省内河航道里程长、范围大，且各航道等级、船舶流量、通航环境等不同，加上航道感知要素和感知设施种类较多，因此有必要在全面分析航道感知要素及其感知设施的基础上，构建航道感知设施布局体系。

1 航道感知要素分析

根据航道运行监测、公共信息服务等对航道数据感知的需求，将江苏省内河航道感知要素划分为航道通航环境要素、航道通航运行状态、航道基础设施运行状态和助航设施运行状态，如图1所示。

（1）航道通航环境要素包括航道水位、流速流向、风速风向、能见度、水深、通航桥梁净空等，对应的感知设施分别为水文站、流速流向仪、气象仪、能见度仪和水深仪。目前，江苏省港航部门已与水利部门实现数据共享交换，可动态获取内河航道水位数据，因此建议利用桥梁附近水位数据换算获取通航桥梁净空数据。

（2） 航道通航运行状态包括船舶身份信息、动态位置和水上交通流量，其中船舶信息感知采集利用船舶自动识别系统（Automatic Identification System，AIS）、摄像机和北斗卫星导航系统相结合的方式；通过在省界、市界、Ⅲ级航道交汇处等布设交通流量观测设备获取水上交通流量。

（3） 航道基础设施运行状态包括航道水下地形、水上服务区/锚地和航道护岸，其中航道水下地形采集利用水下地形扫描观测设备和无人船相结合的方式，采用高分影像、摄像机和无人机动态获取水上服务区/锚地及航道护岸的运行状态。

（4） 助航设施运行状态主要是指航标的运行状态，其采集方式是利用航标遥测遥控设备。

2 航道感知设施布局体系构建

从航道感知要素分析结果可知，每种感知要素与感知设施并不是一一对应的关系，如船舶感知需要在AIS、内河船舶电子身份识别及定位器（Vessel Identification and Tracking Sensor，VITS）结合视频、北斗卫星导航系统及智能移动终端实现精准的自动复核和比对；摄像机除了获取船舶图像外，还可以结合智能分析算法感知水上交通流量、航道基础设施运行状态等要素。

因此，为更好地指导航道感知设施的建设，从感知设施角度出发，构建内河航道立体智能感知设施布局体系。根据不同感知设施的空间位置，将其分为航道水面、水下和空中感知设施3类，如图2所示。

（1）航道水面感知設施包括摄像机、航道AIS基站、水上交通流量观测设备、能见度仪、气象仪、无人船、航标遥测遥控设备等。

（2） 航道水下感知设施包括水文站、水深仪、流速流向仪、航道水下地形扫测设备等。

（3） 航道空中感知设施包括无人机、高分影像、北斗地基增强基站等。

建设航道感知设施时，应根据各航道的通航环境要素、交通复杂程度、航道设施现状及现有感知设备的布设情况，分级、全面、统一考虑，确保感知设施建设的统一性和规范性。根据上述布局体系，将江苏省内河航道感知设施建设标准分为2级，即A级航道感知布设标准和B级航道感知布设标准。其中京杭运河苏北段、苏南段，以及特殊航段、交通繁忙航段参照A级标准布设，其他内河航道参照B级标准布设，见表1。

根据A、B级航道感知的功能要求，进一步明确航道感知设施配置与布设规模标准的对应关系，见表2。

3 布局体系的应用

已将上述内河航道立体智能感知设施布局体系应用到京杭运河江苏段绿色现代航运综合整治工程智慧运河工程、通扬线泰州段、高邮段航道整治工程信息化项目等工程中。京杭运河江苏段绿色现代航运综合整治工程是《交通强国江苏方案》的十大样本之一，其中智慧运河工程是交通运输领域新型基础设施建设的重点工程，航道感知设施是智慧运河工程的重要组成部分。基于上述感知设施布局体系及航道需求和特点，形成如下感知设施布设方案。

3.1 航道水面感知设施

（1）航道摄像机：分为航道监控摄像机和全景摄像机，其中航道监控摄像机用于航道沿线监控，布设间距为2～4 km，全景摄像机用于重点区域（水上服务区、锚地、Ⅲ级航道交汇处等）全景视频监控。

（2）航道AIS基站：实现京杭运河江苏段航道AIS信号全覆盖，单座航道AIS基站覆盖半径应≥10 km。

（3）水上交通流量观测设备：主要利用船舶过闸数据、船舶AIS数据、视频智能分析等相结合的方式实现水上交通流量观测，主要将基于视频智能分析的水上交通流量观测设备布设在航段交界、地市交界和Ⅲ级航道交汇处。

（4）能见度仪：主要布设在锚地、水上服务区等处。

（5）气象仪：主要布设在船闸、湖区航道、通江通海航段等处。

3.2 航道水下感知设施

（1）水文站：充分利用水利部门已有的水文数据，新建航道水文站优先选择在水上服务区、锚地、枝汊河口、水位变化较快航段、碍航桥梁等处布设。

（2） 流速流向仪：主要布设在通江通海航段、具备开通闸条件的船闸、汛期泄洪造成横流较大进而影响船舶航行的航段。

3.3 航道空中感知设施

（1）北斗卫星导航系统地基增强基站：已实现京杭运河江苏段信号全覆盖，其中单座北斗卫星导航系统地基增强基站信号覆盖范围为30～50 km。建设基站时，优先利用已有建筑物屋顶安装，同时利用智能手机为过往船舶提供差分定位服务。

（2）无人机：结合船闸管理所和市级航网运行中心设置无人机，实现船闸及航道的应急巡查和管理。

通过实际工程应用可知，江苏省内河航道立体智能感知设施布局体系提高了感知设施建设过程中的统一性和规范性，有利于为航道运行监测、指挥调度和公众信息服务提供全面、精准、实时的航道感知数据，促进江苏省内河水运高质量发展。

4 结 语

航道感知设施是数字航道和智能航运的重要支撑，也是航道运行监测体系的重要组成部分。本文基于航道感知要素，构建适用于江苏省内河航道的立体智能感知设施布局体系，并将其应用于实际工程中。随着感知技术和设备的不断更新、发展，需要进一步完善航道感知设施布局体系。

参考文献：

[1] 胡飞，林燕清，沈超. 安徽省绿色航道设计探索与实践[J]. 水运管理，2022，436（3）：12-14，29.

[2] 宋成果. 长江干线典型航道要素感知点布设及采集设备技术要求研究[J]. 中国水运，2018，547（5）：34-38.