長江萬州航道處 江學(xué)偉

蝦子梁控制河段通行控制信號輔助揭示系統(tǒng)研究

長江萬州航道處 江學(xué)偉

通行信號臺是長江上游控制河段船舶通行安全的重要保障，隨著長江航運(yùn)業(yè)的快速發(fā)展，船舶數(shù)量急劇增大，船舶快速化、大型化趨勢日益明顯，控制河段航道安全保障能力也面臨更高的要求。論文以蝦子梁控制河段為研究對象，綜合利用現(xiàn)代化技術(shù)手段，開展通行控制信號輔助揭示系統(tǒng)的研究工作，有效提高工作效率和指揮水平，確?？刂坪佣魏降腊踩珪惩?。

控制河段；通行指揮；輔助揭示

1 引言

三峽水庫175m蓄水之后，長江蘭家沱至涪陵有通行控制河段9個(gè)，通行信號臺18個(gè)。在傳統(tǒng)的通行指揮過程中，上、下水船舶的船位信息主要依靠信號員通過人工瞭望和 VHF 電話聯(lián)系等方式獲取，由于缺乏有效的技術(shù)手段，信號員難以主動掌握船舶的準(zhǔn)確位置，造成通行指揮較為被動，導(dǎo)致指揮的準(zhǔn)確性較差，人為地降低了船舶通行效率[1]。按照“上水等下水”的通行原則，如下水船舶提前虛報(bào)船位，可能會致使本該正常航行的上水船舶長時(shí)間等待，人為地降低了控制河段的通航效率；如上水船舶提前虛報(bào)船位，可能會致使上水船舶放行后，未能及時(shí)進(jìn)入控制河段，當(dāng)下水船舶到達(dá)上控制斷面，受水流作用無法穩(wěn)船導(dǎo)致其必須調(diào)頭等候，由于控制河段航道條件有限，調(diào)頭作業(yè)極易引發(fā)船舶交通事故，控制河段的通航安全將難以保證。

論文以蝦子梁控制河段為研究對象，通過綜合利用AIS、視頻監(jiān)控等技術(shù)手段，研究通行控制信號輔助揭示系統(tǒng)，為信號臺工作人員開展通行指揮提供信息化工作環(huán)境。

2 蝦子梁控制河段簡介

蝦子梁控制河段位于長江巴南航道處轄區(qū)魚洞水道（長江上游690.1km-691.0km），是一個(gè)平面形態(tài)呈約70°的“U”形急彎河段，如圖1所示，蝦子梁礁石立臥于江心河漕。汛期，該河段水流流態(tài)紊亂，泡漩洶涌，通航條件相當(dāng)惡劣，為安全航行，當(dāng)魚洞水銀口水位6m以上時(shí)，船舶在魚洞信號臺信號員的指揮下單向通過該河段。

圖1 蝦子梁控制河段示意圖

3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主要面向信號臺信號員，基于電子航道圖掌握準(zhǔn)確的船舶基本信息以及船舶位置、船向、船速等動態(tài)信息，對船舶駛?cè)腩A(yù)定范圍發(fā)出預(yù)警提示，輔助信號員科學(xué)、精確、方便地對控制河段內(nèi)的通行船舶進(jìn)行指揮控制，提高控制河段通行安全[2,3]。

系統(tǒng)功能包括控制河段船舶動態(tài)監(jiān)控、通行信號揭示預(yù)警、信號員工作記錄管理等3個(gè)功能模塊。

系統(tǒng)的功能框架如圖2所示：

圖2 控制河段通行指揮系統(tǒng)功能框架圖

3.1 控制河段船舶動態(tài)監(jiān)控

控制河段船舶動態(tài)監(jiān)控通過AIS、視頻等監(jiān)控方式[4,5]，實(shí)時(shí)獲取控制河段通行船舶動態(tài)信息，并基于GIS平臺展現(xiàn)給信號員，為信號員進(jìn)行通行控制提供科學(xué)支撐。船舶動態(tài)監(jiān)控主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）當(dāng)有船舶進(jìn)入上下指揮斷面時(shí)，系統(tǒng)自動提示報(bào)警，并根據(jù)通行指揮原則揭示信號；

（2）對尚未進(jìn)入上指揮斷面的船舶誤報(bào)船位進(jìn)行監(jiān)管；（3）結(jié)合電子航道圖，實(shí)現(xiàn)控制河段通行指揮多級監(jiān)管。船舶監(jiān)控手段主要包括AIS、視頻兩種，分別如下：（1）AIS監(jiān)控

系統(tǒng)從長江海事局信息中心獲取控制河段轄區(qū)范圍內(nèi)已安裝AIS船臺的通行船舶的AIS信號，并將船舶動態(tài)位置在GIS平臺實(shí)時(shí)顯示出來，包括工作船舶位置、運(yùn)動矢量及其經(jīng)緯度、船艏向、航速等，方便信號員進(jìn)行科學(xué)判斷和指揮。

（2）視頻監(jiān)控

由于長江仍有部分船舶尚未安裝AIS終端，通行指揮視頻監(jiān)控是控制河段監(jiān)控的重要補(bǔ)充，信號員通過在控制河段關(guān)鍵位置架設(shè)的攝像頭來直觀獲取河段重要位置的實(shí)時(shí)圖像信息。

3.2 通行信號揭示預(yù)警

信號員可根據(jù)控制河段具體情況預(yù)設(shè)規(guī)則，當(dāng)船舶動態(tài)監(jiān)控模塊監(jiān)測到船舶駛?cè)腩A(yù)定范圍（上下指揮斷面）時(shí)即自動向信號員發(fā)出預(yù)警提示，并根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則自動生成信號揭示指令，信號員可參考信號揭示指令進(jìn)行信號揭示操作。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對尚未進(jìn)入上指揮斷面的船舶誤報(bào)船位的行為進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)管，通過AIS和視頻監(jiān)控，可以跟蹤目標(biāo)船舶的位置和動態(tài)，一定程度上減少因船舶誤報(bào)船位導(dǎo)致通行信號揭示不準(zhǔn)確的情況發(fā)生。

3.3 信號員工作記錄管理

系統(tǒng)可自動保存工作日志，記錄信號員使用系統(tǒng)的所有操作過程，便于對信號員通行指揮情況進(jìn)行監(jiān)督管理。工作日志包括信號揭示時(shí)間、信號揭示內(nèi)容、信號員、記錄時(shí)間、水位、船名、拖駁數(shù)、上下水、到達(dá)特定位置的時(shí)間等。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)功能需求，通行控制信號輔助揭示系統(tǒng)需監(jiān)視到控制河段上下鳴笛標(biāo)外1km范圍內(nèi)的船舶動態(tài)。本系統(tǒng)主要通過視頻監(jiān)控技術(shù)來主動獲取水域船舶動態(tài)信號，同時(shí)為了有效掌握水域船舶的相關(guān)信息，本系統(tǒng)采用AIS系統(tǒng)作為船舶動態(tài)監(jiān)視的信息補(bǔ)充。通過自建視頻監(jiān)控系統(tǒng)、獲取AIS數(shù)據(jù)等方式實(shí)現(xiàn)對擬進(jìn)入控制河段的船舶進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，直觀形象了解控制河段現(xiàn)場情況，為通行信號的輔助揭示提供前端數(shù)據(jù)支撐。

通行控制信號輔助揭示系統(tǒng)終端主要包括視頻監(jiān)控終端、用于存儲數(shù)據(jù)和部署應(yīng)用系統(tǒng)的通行控制服務(wù)器、PC工作站。系統(tǒng)采集AIS、視頻等各類監(jiān)控信號并數(shù)字化處理后，傳輸至各控制臺進(jìn)行統(tǒng)一處理和轉(zhuǎn)發(fā)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，各部分的功能和構(gòu)成如下：

圖3 控制河段系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括一體化攝像機(jī)、避雷設(shè)備、電源設(shè)備、控制設(shè)備等。攝像機(jī)采用適用于水上船舶監(jiān)控的一體化可見光、熱成像、云臺控制設(shè)備的IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)組合。避雷設(shè)備主要有網(wǎng)絡(luò)避雷器、電源避雷器、信號避雷器以及接地裝置，電源應(yīng)配備穩(wěn)定的市電供應(yīng)并提供24小時(shí)應(yīng)急后備電源及雙路保護(hù)。

（2）通行控制服務(wù)器

PC服務(wù)器主要功能是接收船舶的AIS信號和視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及運(yùn)行控制河段通行指揮子系統(tǒng)。

（3）PC終端

PC終端主要功能是為預(yù)告臺接收船舶的AIS信號和視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，以及各個(gè)信號臺訪問控制河段通行指揮子系統(tǒng)。

5 功能實(shí)現(xiàn)

5.1 控制河段船舶動態(tài)監(jiān)控

系統(tǒng)通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)直觀掌握船舶當(dāng)前位置，如圖4所示。通過AIS等信息實(shí)時(shí)監(jiān)控控制河段及附近水域內(nèi)所有AIS船舶位置，并在電子地圖上顯示，使信號員準(zhǔn)確、直觀掌握船舶的動態(tài)信息，如圖5所示。

圖4 基于視頻監(jiān)控的控制河段船舶動態(tài)監(jiān)控界面

圖5 基于A I S信息的控制河段船舶動態(tài)監(jiān)控界面

5.2 通行信號揭示預(yù)警

當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到船舶駛?cè)肟刂坪佣嗡驎r(shí)，將自動向發(fā)出預(yù)警提示，并根據(jù)預(yù)設(shè)的通行控制規(guī)則自動生成建議揭示信號指令，信號員可參考信號揭示指令進(jìn)行信號揭示，如圖6所示。

圖6 通行信號揭示預(yù)警界面

5.3 信號員工作記錄管理

系統(tǒng)自動記錄信號臺所有的操作記錄，以有效便規(guī)范信號員的工作行為。記錄主要包括船舶名稱、航向、信號揭示時(shí)間、船舶進(jìn)出槽時(shí)間和通過控制河段時(shí)間等，如圖7所示。

圖7 信號員工作記錄管理界面

6 結(jié)論

論文針對控制河段通行指揮存在的一些問題，從航道業(yè)務(wù)需求出發(fā)，對蝦子梁控制河段通行控制信號輔助揭示系統(tǒng)進(jìn)行了研究和開發(fā)，有效提高了控制河段指揮的可視化和信息化水平，提高控制河段通行效率，減輕指揮人員負(fù)擔(dān)，切實(shí)保障航道運(yùn)輸?shù)陌踩c暢通。

[1]王德軍．控制河段可視化輔助指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．重慶大學(xué),2013．

[2]重慶大學(xué)．控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)及指揮方法[P]．中國發(fā)明專利CN102236974A,2011,11,09．

[3]畢方全．信號臺信號自動揭示與船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)技術(shù)研究[J]．信息科技,2011,46(2)：225-226．

[4]靳智,梁山,曹芳平．基于AIS的長江控制河段船舶視覺伺服跟蹤研究[J]．計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2011,31(12)：3414-3417．

[5]李勇,周品,譚建軍．基于AIS與GIS的船舶監(jiān)控管理系統(tǒng)研究[J]．微計(jì)算機(jī)信息,2007,23(16)：250-252．

江學(xué)偉（1970—），男，重慶人，大學(xué)本科，現(xiàn)供職于長江萬州航道處航道科，助理工程師，主要從事航道、航標(biāo)管理工作。