邱云

摘 要：航標(biāo)遙測(cè)遙控技術(shù)是一種伴隨現(xiàn)代電子技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展起來(lái)的新興應(yīng)用技術(shù)，是長(zhǎng)江“數(shù)字航道”建設(shè)中的一個(gè)重要內(nèi)容。本文以長(zhǎng)江數(shù)字航道建設(shè)成果為依托，結(jié)合國(guó)內(nèi)外航標(biāo)遙測(cè)遙控技術(shù)發(fā)展情況，開展航標(biāo)位置準(zhǔn)確性智能校核技術(shù)應(yīng)用研究，為航道養(yǎng)護(hù)管理工作提供技術(shù)支撐和參考。

關(guān)鍵詞：航標(biāo)遙測(cè)遙控技術(shù)；長(zhǎng)江上游

中圖分類號(hào)：U611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）03-0025-02

航標(biāo)是保障船舶航行安全的重要基礎(chǔ)航道設(shè)施，特別是在航道條件比較復(fù)雜的山區(qū)河流航行區(qū)域，由于河床形態(tài)復(fù)雜，河道變遷頻繁，航道養(yǎng)護(hù)管理工作除了進(jìn)行必要的航道建設(shè)和整治之外，正確布置和配備航標(biāo)也是不可缺少的重要手段，內(nèi)河船舶安全航行更是嚴(yán)重依賴于航標(biāo)的正確設(shè)置與正常工作。

21世紀(jì)是信息技術(shù)飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的世紀(jì)，通過(guò)采用現(xiàn)代信息技術(shù)來(lái)改造傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程和管理過(guò)程，可以極大的提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和管理水平，是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路。在此背景下，利用現(xiàn)代信息技術(shù)來(lái)提高和改造航道養(yǎng)護(hù)管理也是一種必然趨勢(shì)，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，其中航標(biāo)遙測(cè)遙控技術(shù)是最重要的應(yīng)用之一。該技術(shù)通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)航標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)代化改造，在燈器內(nèi)部增加必要的定位、通信、監(jiān)測(cè)等模塊，利用航標(biāo)遙測(cè)遙控管理軟件對(duì)航標(biāo)進(jìn)行遙測(cè)遙控，從而極大地減少傳統(tǒng)巡航次數(shù)，有效降低人工成本和經(jīng)濟(jì)成本，提高了航道養(yǎng)護(hù)管理工作效率和水平。

航標(biāo)遙測(cè)遙控技術(shù)的應(yīng)用能夠及時(shí)監(jiān)控航標(biāo)的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)航標(biāo)是否處于異常工作狀態(tài)并提供相應(yīng)的報(bào)警，但軟件由于技術(shù)原因并不能對(duì)航標(biāo)位置準(zhǔn)確性進(jìn)行智能校核判定。因此，本文針對(duì)長(zhǎng)江上游山區(qū)航道特點(diǎn)，探討基于長(zhǎng)江數(shù)字航道條件下的航標(biāo)位置準(zhǔn)確性智能校核技術(shù)應(yīng)用的可行性，為航道養(yǎng)護(hù)管理工作提供參考。

1 研究河段概況

研究河段為長(zhǎng)江重慶航道局轄區(qū)河段，系典型的山區(qū)航道，兩岸山巒疊嶂，河道彎、窄、淺、險(xiǎn)，且礁石密布，汛期水位漲落幅度大、流速變化大、流態(tài)十分紊亂，航道條件極其惡劣。三峽水利樞紐成庫(kù)后，長(zhǎng)江上游紅花磧（上游航道里程720km）以下航道情況發(fā)生了顯著變化，形成天然航道、變動(dòng)回水區(qū)航道及常年庫(kù)區(qū)航道相互并存、相互轉(zhuǎn)化的三段式全新特征，其中常年庫(kù)區(qū)（大壩至豐都段）航道條件明顯改善，航道拓寬、流速減緩、水深增加；變動(dòng)回水區(qū)（豐都至紅花磧段）在175米蓄水穩(wěn)定期（非汛期）航道條件有所改善，呈現(xiàn)為庫(kù)區(qū)航道特征；而在三峽水庫(kù)消落期和汛期，該河段又自上而下逐步恢復(fù)到蓄水前的天然航道狀態(tài)，另外該河段受三峽水庫(kù)調(diào)度的影響，成為季節(jié)性庫(kù)區(qū)，改變了原有“洪淤枯沖”的自然河演規(guī)律，河床穩(wěn)定性變差，出現(xiàn)深弘線擺動(dòng)明顯、泥沙累積性淤積現(xiàn)象加劇等不良現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了船舶的通航安全；天然航道段（紅花磧以上）受蓄水影響較小，依然保持天然狀態(tài)，航道呈現(xiàn)彎曲、狹窄、礁石密布、淺區(qū)縱橫等特征。

2 長(zhǎng)江數(shù)字航道建設(shè)概況

根據(jù)國(guó)發(fā)〔2014〕39號(hào)文的相關(guān)要求，“十二五”期間，交通運(yùn)輸部投入2.5億元進(jìn)一步加大長(zhǎng)江信息化建設(shè)力度，確立了一批長(zhǎng)江干線數(shù)字航道建設(shè)項(xiàng)目，形成“一主六分七中心、一圖一站三平臺(tái)”的長(zhǎng)江數(shù)字航道總體框架。

按照“統(tǒng)一架構(gòu)、分類實(shí)施，合理整合、明晰邊界，先基礎(chǔ)，后綜合”的建設(shè)思路，長(zhǎng)江航道局在總體框架的指導(dǎo)下，將建設(shè)內(nèi)容劃分成長(zhǎng)江干線數(shù)字航道合江門至蘭家沱段、蘭家沱至鳊魚溪段、鳊魚溪至大埠街段、大埠街至上巢湖段、上巢湖至瀏河口段，以及綜合信息服務(wù)平臺(tái)、應(yīng)急指揮平臺(tái)、長(zhǎng)江航道局信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)8項(xiàng)建設(shè)工程。

研究河段（蘭家沱至鳊魚溪段）的數(shù)字航道建設(shè)早在2013率先開展，并作為智能航道建設(shè)的示范工程，列入交通運(yùn)輸部“十二五”水運(yùn)信息化示范項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)兩年的建設(shè)周期，蘭鳊斷數(shù)字航道建設(shè)已正式完工并投入生產(chǎn)實(shí)踐，為航道養(yǎng)護(hù)管理工作服務(wù)。

3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況

將信息技術(shù)用于航標(biāo)管理不是一個(gè)新的話題， 早在90年代初英、法、美、日等航運(yùn)大國(guó)就利用現(xiàn)代電子技術(shù)和通訊技術(shù)建立起了航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)，為海運(yùn)事業(yè)提供了高效服務(wù)，目前國(guó)外科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)航標(biāo)的遙測(cè)遙控，其主要應(yīng)用于航標(biāo)燈器的監(jiān)控、供電設(shè)備的自動(dòng)控制，航標(biāo)工作狀態(tài)報(bào)警等方面。

在本世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)也廣泛開展了航標(biāo)遙測(cè)遙控技術(shù)相關(guān)研究和進(jìn)行了大量的工程應(yīng)用并取得了較好的效果。

航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)主要用于監(jiān)控航標(biāo)是否處于正常工作狀態(tài)，是否發(fā)生意外的位置飄移，但針對(duì)航標(biāo)位置合法移動(dòng)是否符合航標(biāo)設(shè)置規(guī)定及航標(biāo)設(shè)置是否合理方面的信息化研究目前還處于空白狀態(tài)。

4 研究?jī)?nèi)容

4.1電子江圖復(fù)核業(yè)務(wù)需求研究。為了保證本項(xiàng)研究工作具有針對(duì)性，最終形成的成果滿足用戶的需求，有必要對(duì)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行詳細(xì)梳理，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析現(xiàn)有的人工航標(biāo)復(fù)核操作流程和規(guī)則，形成業(yè)務(wù)需求分析報(bào)告。

4.2電子江圖復(fù)核規(guī)則研究。本項(xiàng)研究主要是根據(jù)航標(biāo)管理人員日常航標(biāo)復(fù)核的流程，形成航標(biāo)自動(dòng)復(fù)核規(guī)則。這一過(guò)程必須盡可能考慮到航標(biāo)復(fù)核中各種規(guī)則的完備性，不能出現(xiàn)遺漏現(xiàn)象導(dǎo)致降低復(fù)核結(jié)果可靠性。

4.3電子江圖水深點(diǎn)水位計(jì)算方法研究。由于現(xiàn)有的電子江圖的水深點(diǎn)是以高程的方式標(biāo)注的，因此在具體應(yīng)用中還必須將水深點(diǎn)的高程信息根據(jù)船舶日常引用習(xí)慣將水位信息轉(zhuǎn)換為水深信息，其中主要用到了線性插值技術(shù)，且計(jì)算量較大。因此如何快速準(zhǔn)確地計(jì)算電子江圖水深信息是本研究的一個(gè)重要內(nèi)容。

4.4電子江圖復(fù)核軟件架構(gòu)技術(shù)研究。一個(gè)好的軟件架構(gòu)可以提高軟件執(zhí)行效率，可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)，易于修改維護(hù)，人機(jī)友好。因此必須把軟件架構(gòu)作為一個(gè)重要方面加以研究，做好軟件功能模塊劃分，優(yōu)化模塊間的通信接口，以便于提高系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性、可維護(hù)性和可重用性。

4.5航標(biāo)復(fù)核算法研究。本項(xiàng)研究的核心工作就是進(jìn)行航標(biāo)位置復(fù)核，因此，如何進(jìn)行航標(biāo)復(fù)核以保證航標(biāo)復(fù)核結(jié)果快速和可靠是本項(xiàng)研究的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

4.6通信技術(shù)研究。由于本軟件系統(tǒng)需要和長(zhǎng)江重慶航道局現(xiàn)有的其他系統(tǒng)進(jìn)行接口通信，因此，高效的通信手段和通信機(jī)制以及通信協(xié)議都是本項(xiàng)研究的重要研究?jī)?nèi)容。

4.7航標(biāo)復(fù)核結(jié)果報(bào)警方法和機(jī)制研究。作為航標(biāo)復(fù)核的結(jié)果就是要針對(duì)出現(xiàn)異常情況的航標(biāo)提供及時(shí)有效的報(bào)警，以供航標(biāo)管理人員采取及時(shí)的措施進(jìn)行補(bǔ)救，最終達(dá)到提高航標(biāo)設(shè)置精度、保障船舶安全航行的目的。

5 研究開發(fā)軟件的功能

研究開發(fā)的軟件提供人工精確定位檢索校核和自動(dòng)校核兩種工作模式，其中人工精確定位檢索校核方式主要用于對(duì)某一特定的航標(biāo)位置進(jìn)行復(fù)核，比如獨(dú)淺標(biāo)位、礁石標(biāo)位、淺區(qū)標(biāo)位等；自動(dòng)校核方式則用于系統(tǒng)自動(dòng)的對(duì)全部航標(biāo)進(jìn)行日常的在線循環(huán)的位置復(fù)核。

5.1 自動(dòng)校核方式

復(fù)核系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)航標(biāo)索引表提供的對(duì)應(yīng)關(guān)系逐個(gè)從數(shù)字航道平臺(tái)中提取航標(biāo)實(shí)時(shí)位置，將其納入電子江圖數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)根據(jù)自動(dòng)水尺上報(bào)的水位信息，自動(dòng)將電子江圖中的高程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為水深數(shù)據(jù)，并根據(jù)航標(biāo)連線內(nèi)的水深情況，按照復(fù)核規(guī)則逐條進(jìn)行復(fù)核，檢測(cè)出連線內(nèi)可能出現(xiàn)的水深不足、尺度不夠等問(wèn)題。軟件通過(guò)實(shí)時(shí)在線告警模塊觸發(fā)報(bào)警提示，并給出合理性的建議。

5.2 人工精確定位檢索校核方式

復(fù)核系統(tǒng)根據(jù)人工輸入的航標(biāo)坐標(biāo)形式自動(dòng)選擇所需要的自動(dòng)水尺數(shù)據(jù)和電子江圖數(shù)據(jù)，通過(guò)水位數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，監(jiān)測(cè)航標(biāo)連線內(nèi)是否具有不符合符合規(guī)則的情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)提供報(bào)警。

6 展望

目前，長(zhǎng)江數(shù)字航道建設(shè)仍在有條不紊的進(jìn)行中，航標(biāo)位置準(zhǔn)確性智能校核技術(shù)應(yīng)用研究仍處于起步階段，系統(tǒng)在后續(xù)研發(fā)中將結(jié)合長(zhǎng)江數(shù)字航道建設(shè)深入開展航標(biāo)精準(zhǔn)性設(shè)置技術(shù)研究，從而為航標(biāo)養(yǎng)護(hù)工作提供參照。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張燕. 航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)的功能、組成及技術(shù)實(shí)現(xiàn)的研究. 大連海事大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，2003.3.

[2] 王如政. 航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究. 大連海事大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，2007.3.

[3] 劉均輝. 航標(biāo)遙測(cè)遙控?zé)o線視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究. 大連海事大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，2013.3.

[4] 李子富.彭國(guó)均.黃鵬飛. 淺航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)的優(yōu)化. 集美大學(xué)學(xué)報(bào).自然科學(xué)版，2010（5）.