胡建文

（江西省贛東航道事務(wù)中心，江西景德鎮(zhèn) 333032）

0 引言

在航道維護管理工作開展階段中，航標技術(shù)狀態(tài)將直接影響船舶行駛的安全性。長江上下游的地勢起伏變化是比較大的，一般來說，航道的彎、窄、淺、險，導致航行困難，又因較多礁石分布在其中，所以安全航行就對航標有著較高的依賴性。對于天然的航道狀態(tài)來說，一般水流速度比較大，不良流態(tài)比較集中，加上汛期時航道內(nèi)存在較多的漂浮物，極易出現(xiàn)標志流失、傾覆等情況，航標失常的問題頻發(fā)，如果不能及時的恢復(fù)處理，容易引發(fā)安全隱患和突發(fā)問題。因此，需要隨時監(jiān)測和跟蹤航標的狀態(tài)，做好航標的監(jiān)測、有效的維護和航道的管理。傳統(tǒng)航道維護管理環(huán)節(jié)，航道管理部門主要是通過日查航、甚高頻電話詢問、監(jiān)聽的方式，了解航標目前的情況，但是監(jiān)測水平較低、手段也比較有限，無法確保航標的穩(wěn)定運行。航標遙測系統(tǒng)是長江數(shù)字化航道建設(shè)的重要組成部分，可以隨時監(jiān)控、了解航標的運行狀態(tài)，只要是監(jiān)測到異常情況，將及時發(fā)布警報，為航道部門恢復(fù)正常航標運行提供可靠的信息，確保航行的安全性，保證航道通行不受影響。

1 航標巡檢維護相關(guān)規(guī)定

為了保證海區(qū)航標作業(yè)可以順利的進行，我國的交通管理部門發(fā)布了一系列的管理制度和措施，作為我國的各個海區(qū)航標作業(yè)的指導、規(guī)范性的文件。具體有如下的要求：第一，管理要求。一是視覺航標必須達到準確、清晰、鮮明、結(jié)構(gòu)性能良好的要求。二是音響航標必須有準確的信號發(fā)送，并且能夠及時發(fā)出信號，為預(yù)警和管理起到積極的作用。三是航標正常率在99.6%以上。四是航標維護正常率超過99.8%，南海海區(qū)超過99%。第二，燈柱、導標、立標、浮標等需要符合管理維護的要求。一是每月進行一次巡查和檢測，港內(nèi)標志增加夜間巡視一次。二是如果有超過十級的大風過境或者有較多的自然災(zāi)害，對于轄區(qū)內(nèi)的全部燈標、浮標、導標等全面巡查檢測，保證沒有發(fā)生損壞或者運行失常的情況。

2 某航運段數(shù)字航道

對于該段的航道來說，需要建設(shè)數(shù)字化航道系統(tǒng)滿足運行需求。隨著資金、技術(shù)的不斷投入，為配合航道服務(wù)管理的現(xiàn)代化建設(shè)，對于整個航道范圍可以實現(xiàn)全面的監(jiān)測和管理，航道信息采集的能力得到全面提升，航道維護管理水平提升，信息化建設(shè)水平日益提升，大幅提升航道服務(wù)管理的信息化水平。

3 某航運段傳統(tǒng)航標監(jiān)測及維護

該航道段由庫區(qū)航道、回水變動區(qū)航道、天然航道部分組成，航道特點比較明顯。當前設(shè)置的各種航標有1600 余座，其中浮標有1200 余座。管理區(qū)域范圍內(nèi)采取的管理原則為一類航標配布，一類航道維護，天然河道段內(nèi)航標設(shè)置密度為5.8 座/km，所以維護管理的工作量較大[1]。數(shù)字航道建設(shè)運行前，該河道段一直采用的是傳統(tǒng)航道維護手段，航道維護作業(yè)班組進行日檢查管理，航道與燈標采用每日巡查的管理方式，同時還要聯(lián)合甚高頻電話詢問過往船只的方式展開維護管理。每年汛期需要檢查失常航標，如果發(fā)現(xiàn)失常的問題后，很多情況下都不能確定具體位置，還要派遣人員沿途進行檢查，尋找到失常的浮標。這種方式雖然效果較好，但是工作量巨大，且操作煩瑣，維護工作效率較低，維護成本較高，所以必須要做出改變和調(diào)整。

4 數(shù)字航道航標遙測遙控系統(tǒng)

航標遙測遙控系統(tǒng)的作用就是進行航標基礎(chǔ)位置信息、航標動態(tài)信息以及歷史數(shù)據(jù)查詢與利用，如果發(fā)生航標異常的情況，系統(tǒng)會快速發(fā)布信息，實現(xiàn)遠程遙測和控制，其目的就是建設(shè)航標遙測遙控終端系統(tǒng)。

4.1 航標遙測遙控終端組成及結(jié)構(gòu)

航標遙測遙控終端系統(tǒng)內(nèi)的航標信息采集與控制作用，屬于系統(tǒng)的前端系統(tǒng)，在該系統(tǒng)內(nèi)主要包含GPS、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲和GPRS/GSM 等模塊，可以隨時監(jiān)控航標位移、航標燈狀態(tài)等參數(shù)，就有遠程控制的能力，同時能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)胶降绖討B(tài)監(jiān)測平臺，進行遠程數(shù)據(jù)交互使用。航標遙測遙控系統(tǒng)功能完善，其包含遠程終端單元（英文名稱Remote Terminal Unit，簡稱RTU）、供電系統(tǒng)等，功能如下所示。

4.1.1 RTU

該航道內(nèi)根據(jù)設(shè)計方案的要求選用的是分體式航標遙測遙控終端RTU，系統(tǒng)功能非常的完善，檢測、通信功能完整，且能耗較低，完全滿足長期的運行需要。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，這一系統(tǒng)內(nèi)主要組成部分是中央控制單元、檢測單元、控制單元、通訊單元以及其他附屬結(jié)構(gòu)部分。在天然航道與橋區(qū)航道中，因為維護管理的要求比較高，所以還需要安裝GPS 差分模塊，相關(guān)單元功能，如表1所示。

表1 相關(guān)單元功能

4.1.2 供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)主要的作用是給RTU 系統(tǒng)供電，是保證系統(tǒng)各項功能可以正常運行的能量基礎(chǔ)。分體式航標航測系統(tǒng)的終端RTU 系統(tǒng)安裝到一體化航標燈的外部，不會占用航標燈的能源，其能源主要來自電力系統(tǒng)供應(yīng)和太陽能系統(tǒng)的供應(yīng)，所以內(nèi)部主要組成部分是太陽能電池、蓄電池等。

4.2 航標遙測遙控終端功能

4.2.1 位置信息采集

GPS 模塊的作用是采集位置信息，讓工作人員可以精確的掌握航標所在的經(jīng)度、緯度、參考點偏移位置等信息，能夠快速的確定速度與時鐘信息，同時能傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。

4.2.2 航標燈及終端運行參數(shù)采集

該工作主要是通過傳感器系統(tǒng)獲取的，通過航標上傳感器能夠及時將航標燈和終端電壓、電流數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧?，可以及時發(fā)現(xiàn)存在的任何故障問題。

4.2.3 數(shù)據(jù)交換

通過GPRS/GSM 進行系統(tǒng)的通信功能，完成數(shù)據(jù)交換使用，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的模式，系統(tǒng)可以達到自動化傳輸數(shù)據(jù)的作用，直接上報數(shù)據(jù)信息，達到遠程控制的效果。綜合分析費用方面的因素，優(yōu)先選擇使用成本相對較低的GPRS 通信模式，如果該模式無法達到通信的要求，可以自動轉(zhuǎn)化為GSM 模塊通信，實現(xiàn)傳輸?shù)姆€(wěn)定和效果提升[2]。

4.2.4 遠程控制

航道動態(tài)監(jiān)測平臺以工作實際需要為出發(fā)點，給系統(tǒng)終端直接發(fā)送控制、設(shè)置以及查詢的相關(guān)信息，具體功能就是改變RTU 模式、設(shè)置工作參數(shù)、設(shè)置航標運行參數(shù)，對于系統(tǒng)的運行和控制起到關(guān)鍵性作用。

5 數(shù)字航道在航標監(jiān)測與維護中的應(yīng)用效果

5.1 實現(xiàn)航標監(jiān)測與維護效率的提高

其一，通過使用航道信息化系統(tǒng)建設(shè)，可以快速完善航標遙測遙控功能，對于該航道內(nèi)的1600 余座航標實施全面的遠程監(jiān)測與控制，然后建立完善的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，從而可以對整個區(qū)域內(nèi)的航標基礎(chǔ)信息準確定位和使用，為航標管理信息化水平提升奠定基礎(chǔ)。其二，航標信息化建設(shè)，提高維護管理信息化水平，可以全面監(jiān)測工作人員的日常工作情況，發(fā)揮出平臺監(jiān)測的作用，了解航標運行的狀態(tài)。在航道監(jiān)測管理中，通過對前期試點工作的總結(jié)分析，在系統(tǒng)建設(shè)前期，每日巡查一次，系統(tǒng)運行后，每周巡查一次，人力資源節(jié)約比較明顯，工作強度下降，還能夠減輕維護管理的成本[3]。此外，航道管理單位通過遠程監(jiān)控使管理更加方便，操作也會更加有效，從而提高了監(jiān)控效果。其三，全面提升航標維護管理水平。利用航標信息化管理系統(tǒng)，可以快速的獲取報警信息，精準確定失常航標的位置，給失常航標的恢復(fù)提供基礎(chǔ)，尤其是在洪水期內(nèi)，以往發(fā)生標志移動的情況，航道維護管理單位并不能獲取足夠的信息，給航道安全產(chǎn)生不利的影響，且標志船水流作用下會移動較遠的距離，長度可達幾十里，無法及時恢復(fù)航標而影響航道安全，尋找過程也會消耗較多的人力、物力。因此，在航標管理信息化系統(tǒng)建設(shè)后，能夠縮短航標恢復(fù)時間，給航道運行安全性水平提升提供了有力支撐[4]。

5.2 外部公共服務(wù)能力得到提升

5.2.1 提高了船舶安全航行的保障率

利用系統(tǒng)的運行，隨時監(jiān)控航標運行的狀態(tài)，達到動態(tài)化信息的掌握，及時了解航標工作情況，縮短航標失常的恢復(fù)時間間隔。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，在設(shè)備安裝工作結(jié)束后，失常標志重新恢復(fù)時間從原先的30min 縮短為1min，航標失常時間從原先的2h 縮短為30min，從而保證船舶通行達到安全性的要求，對于保證航道運行質(zhì)量有著重要的意義。

5.2.2 航道公共服務(wù)能力得到保障

系統(tǒng)全面掌握運行數(shù)據(jù)信息、統(tǒng)計歷史數(shù)據(jù)，能夠?qū)κСr間、失常情況有充分的了解，快速準確地發(fā)現(xiàn)航標運行的規(guī)律，從而能夠在最短時間內(nèi)獲取航標失常的信息，對重點時段進行監(jiān)控，使管理和維護效果更加出色，對于提升后續(xù)的服務(wù)功能水平起到積極的作用，也會更好地促進我國航道事業(yè)的發(fā)展，進而推動經(jīng)濟發(fā)展。

6 存在的問題及原因分析

6.1 航標終端（RTU）功能存在不足和短板

由于終端（RTU）直接安裝到航標上，尤其是一些長期處于水面運行的航標，這些航標所處地域環(huán)境比較惡劣，長期受到不良天氣的干擾和影響，由于濕度大、溫度高，且要面臨著晝夜溫差的變化，極易干擾其功能的正常運行，給航道運行安全性帶來負面影響。因為終端系統(tǒng)設(shè)計本身就存在著一定的短板，比如超時報警、航標偏移等，給正常運行管理帶來不便。

6.2 通信網(wǎng)絡(luò)不暢通制約功能的發(fā)揮

通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是進行航標遙控遙測的核心組成部分，就目前的運行實際情況分析，不管是聯(lián)通，還是移動的GPRS／GSM 移動信號，因為系統(tǒng)運行的原因，都容易出現(xiàn)信號傳輸中斷或者不穩(wěn)定的情況。因為通信網(wǎng)絡(luò)往往是不通暢的，遙測數(shù)據(jù)不能及時傳輸該服務(wù)器，也會導致指令機堵塞而發(fā)生死機的情況，功能無法發(fā)揮出來使系統(tǒng)運行效果變差。

6.3 系統(tǒng)平臺穩(wěn)定性有待提高

在日常的工作中，系統(tǒng)設(shè)計以及應(yīng)用方面都存在一定的缺陷，比如服務(wù)器死機、指令數(shù)據(jù)不準確、監(jiān)控平臺無法及時刷新數(shù)據(jù)等。

7 完善航標遠程遙控遙測系統(tǒng)的設(shè)想

7.1 建立多功能航標智能系統(tǒng)

通過系統(tǒng)合理設(shè)置，進行感知范圍的擴大，從而提高感知數(shù)據(jù)精度?；诖?，在航標終端設(shè)置中安裝相應(yīng)的傳感器系統(tǒng)，比如航標檢測系統(tǒng)、碰撞系統(tǒng)、水深探測系統(tǒng)、風速檢測系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，用以保證系統(tǒng)運行功能性。

7.2 構(gòu)建強有力的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)（詳見圖1擬構(gòu)建的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)示意圖）

圖1 擬構(gòu)建的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)示意圖

7.3 重建主機系統(tǒng)

為了能夠合理地應(yīng)用計算資源，信息監(jiān)控中心需安裝模擬系統(tǒng)。計算虛擬化的設(shè)置就是在虛擬系統(tǒng)與底層硬件之間抽象出CPU 和內(nèi)存，讓虛擬機的功能得以實現(xiàn)。該技術(shù)是通過計算機創(chuàng)設(shè)出一個操作系統(tǒng)，實現(xiàn)運行環(huán)境的改進與完善的作用，但是其是獨立運行的，不會給其他系統(tǒng)的運行帶來任何的影響。計算虛擬化把主機內(nèi)單個物理核虛擬出多個VRCPU（虛擬處理器），這些VRCPU 就是對功能性的完善，使運行效果得到提升。在底層虛擬化技術(shù)從底層計算資源抽象使用，數(shù)據(jù)中心會形成功能性合格的計算資源池，實現(xiàn)云計算系統(tǒng)的建設(shè)。在池化結(jié)束后，用戶在計算池內(nèi)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，如果用戶退訂資源，會回歸到池中，其他用戶可以正常使用[5]。

7.4 重建存儲系統(tǒng)

服務(wù)器內(nèi)雖然有硬盤，但是存儲空間比較少，信息監(jiān)控系統(tǒng)的存儲還需要通過網(wǎng)絡(luò)存儲手段才能保證功能得以實現(xiàn)。綜合分析航道內(nèi)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，建設(shè)完成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，達到結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)文件等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，直接將數(shù)據(jù)存儲到系統(tǒng)內(nèi)。結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)的作用是存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息，其功能要求比較高，需要使用性能較高的FC 存儲系統(tǒng)。圖片、影像、文本等格式都屬于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息，與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息有著明顯的差異，在存儲系統(tǒng)設(shè)置方面也有很大的不同，目前主要是采用IP 存儲形式。要想保證自動化系統(tǒng)的運行功能滿足要求，需要根據(jù)系統(tǒng)運行的要求進行存儲系統(tǒng)重建，保證存儲效果和性能合格，從而達到自動化系統(tǒng)運行效果，提高運行質(zhì)量水平。

7.5 重建安全系統(tǒng)

按照我國發(fā)布的《網(wǎng)絡(luò)安全法》以及國家相關(guān)的保護標準的要求，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)中，必須要同時建設(shè)安全系統(tǒng)，確保系統(tǒng)運行安全性、穩(wěn)定性符合要求，不會給系統(tǒng)運行產(chǎn)生任何負面的影響。考慮到系統(tǒng)運行的情況，建設(shè)智慧化航道系統(tǒng)，其安全性建設(shè)要根據(jù)二級標準進行，達到運行的質(zhì)量要求。從技術(shù)角度進行分析，安全系統(tǒng)的建設(shè)必須從物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、主機安全、數(shù)據(jù)安全等方面著手；從管理層方面分析，建設(shè)完善的安全組織架構(gòu)體系，建設(shè)安全性系統(tǒng)，提高系統(tǒng)管理安全性水平。

8 結(jié)語

航標遠程遙控遙測系統(tǒng)的建立，以先進的計算機、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為基礎(chǔ)建設(shè)形成的，應(yīng)用到航道航標維護管理實踐中，達到信息化建設(shè)的要求，促進航標管理水平的提升，為航道安全運行提供有效支撐。未來還要進一步推廣應(yīng)用，促進我國水路交通現(xiàn)代化建設(shè)，達到智能化、標準化的要求，為我國現(xiàn)代水路運輸事業(yè)全面發(fā)展推波助瀾。