摘? 要：文中以杭州航區(qū)武林頭“十”字形交叉口水域?yàn)槔鶕?jù)航道實(shí)際情況，按照《中華人民共和國內(nèi)河避碰規(guī)則》原則制定避讓細(xì)則，消除了該水域船舶避讓關(guān)系中的模糊點(diǎn)，形成適用的避碰規(guī)則。通過安裝小型相控陣?yán)走_(dá)，利用多信號(hào)源融合處理技術(shù)將雷達(dá)與AIS、卡口激光掃測的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，獲得船舶的實(shí)時(shí)流量、流向數(shù)據(jù)。選擇成熟可靠的技術(shù)，整合多平臺(tái)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了一套完備而實(shí)用的交通引導(dǎo)和預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)方案，利用數(shù)字化、信息化、智能化手段，充分發(fā)揮“預(yù)警+引導(dǎo)+遠(yuǎn)程管控”綜合手段的融合治理優(yōu)勢，提升水上事故多發(fā)段武林頭岔口水域的通航秩序，降低事故率。

關(guān)鍵詞：“十”字形交叉;武林頭;避碰規(guī)則;智能引導(dǎo)

0 引 言

航道交叉主要有“T”字形交叉，“Y”字形交叉，“十”字形交叉幾種，其中以“十”字形交叉最為復(fù)雜。在長三角高等級(jí)內(nèi)河航道網(wǎng)中，航道交叉大量存在，這些交叉點(diǎn)往往交通繁忙，船舶流量較大，易于發(fā)生事故，影響航道暢通，從而影響整個(gè)航道網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。

以筆者所在的杭州航區(qū)為例，航道里程達(dá)到2 006 km，主要有京杭運(yùn)河、杭甬運(yùn)河、杭湖錫線、杭申線、錢塘江等骨干航道通航，不可避免的會(huì)形成大量交叉口。其骨干航道形成的交叉口因?yàn)榇傲髁看?，船舶尺度大，操縱性相對(duì)較差，在通視性較差的情況下，更容易形成碰撞事故。杭州航區(qū)武林頭水域就是其中典型的“十”字形交叉口，交叉口多種不利因素的疊加，使得該水域年均發(fā)生船舶碰撞等事故20余次，是杭州航區(qū)水上交通事故發(fā)生最多的岔口之一。

多年來，杭州港航部門極為重視此類水域的安全通航，在管理模式創(chuàng)新和技術(shù)手段運(yùn)用上不斷摸索，力求提高通航安全性，提升通航秩序。經(jīng)過多年努力和經(jīng)驗(yàn)積累，逐漸形成了一整套技術(shù)方案，并經(jīng)過詳細(xì)論證，成為2021年度浙江省40個(gè)交通數(shù)字化改革基層應(yīng)用場景之一。

1 現(xiàn) 狀

1.1 武林頭岔口情況

武林頭岔口水域位于杭州市余杭區(qū)、臨平區(qū)及湖州德清的交界點(diǎn)，是杭州水上交通要道的北大門，水上交通的重要樞紐，處于杭湖錫線（現(xiàn)狀Ⅳ級(jí)，規(guī)劃Ⅲ級(jí)）、京杭運(yùn)河（現(xiàn)狀Ⅲ級(jí)）、武獐線（現(xiàn)狀Ⅵ級(jí)，規(guī)劃Ⅳ級(jí)）三條航道的交叉口。此處京杭運(yùn)河自南側(cè)轉(zhuǎn)向東北，形成右拐，北側(cè)為杭湖錫線，西側(cè)為武獐線，呈不規(guī)則的“十”字交叉，航道寬度僅超100 m，日均常態(tài)流量1 500艘次以上，是杭州航區(qū)最為繁忙的水上交通岔口。

1.2 現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施

杭州市港航行政執(zhí)法隊(duì)目前主要依托截面管理系統(tǒng)（水上智能卡口），采用激光掃描+AIS匹配的方式對(duì)過往船舶進(jìn)行身份識(shí)別。根據(jù)該系統(tǒng)獲得的船舶流量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警和引導(dǎo)。同時(shí)依靠攝像頭監(jiān)控作為輔助手段。

杭州市港航行政執(zhí)法隊(duì)在武林頭四岔口水域四個(gè)方向均設(shè)置了管理截面，北側(cè)2.7 km建有十字港截面、東側(cè)3.3 km建有大同橋截面、南側(cè)4.5 km建有鴉雀漾北截面、西側(cè)2.2 km建有觀音橋截面。武林頭水域附近建有AIS基站。

1.3 現(xiàn)有管理規(guī)定

杭州市交通運(yùn)輸局航行通告（杭港航通[2021]26號(hào)文），針對(duì)武林頭區(qū)域的安全管理規(guī)定主要有：

（1）明確了京杭運(yùn)河杭州段接近三堡船閘方向?yàn)樯闲?，遠(yuǎn)離三堡船閘方向?yàn)橄滦小?/p>

（2）將京杭運(yùn)河武林頭四岔口（以交匯點(diǎn)為中心，干支線航道各300 m范圍）設(shè)為交通管制區(qū)。

（3）管制區(qū)內(nèi)禁止同類船舶追越，上行船舶主動(dòng)并有效避讓下行船舶。

（4）接近交匯點(diǎn)時(shí)，船舶應(yīng)加強(qiáng)了望，謹(jǐn)慎駕駛，減速慢行。

（5）航速不得超過15 km/h。

1.4 主要問題

（1）船舶AIS終端的安裝率和開機(jī)率無法達(dá)到100%，意味著無法通過AIS對(duì)水域船舶進(jìn)行100%的跟蹤。

（2）船舶的AIS信號(hào)存在滯后性，根據(jù)AIS規(guī)范，內(nèi)河船舶的AIS報(bào)告頻率在12 s～3 min之間，因此無法通過AIS信號(hào)直接掌握船舶當(dāng)前的位置和航速。

（3）截面管理的工作原理是基于“卡口”性質(zhì)，受限于該工作機(jī)制，只能對(duì)經(jīng)過卡口的船舶進(jìn)行簡單計(jì)數(shù)，能夠估算武林頭水域各方向來船的大致數(shù)量，但無法掌握水域內(nèi)船舶的連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡，從而無法掌握該水域的船舶數(shù)量、速度、航向、密度等信息。

（4）由于前三點(diǎn)的先天不足，交通管控的及時(shí)性和精確性均有不足。

2 管理創(chuàng)新

2.1 流量調(diào)查，摸清實(shí)際通航情況

應(yīng)用場景建設(shè)項(xiàng)目組通過流量調(diào)查，摸清武林頭岔口水域各方向來船情況，為后續(xù)工作奠定研究基礎(chǔ)。

以2021年5月的實(shí)際流量為例，5月份累計(jì)有43 617艘次船舶經(jīng)過岔口，日均1 407.0艘。標(biāo)準(zhǔn)差177.4，變異系數(shù)12.6%，離散程度較小，說明日流量比較均勻。

流向上展現(xiàn)了主支航道的巨大差異，京杭運(yùn)河上往來船舶最多（東向南與南向東），全月達(dá)到17 660艘次，占總數(shù)的40.5%，其次是杭湖錫線與京杭運(yùn)河杭州方向的南北向直航，累計(jì)7 198艘次，占16.5%。再次是杭湖錫線與京杭運(yùn)河塘棲方向的往來船舶（北向東與東向北），累計(jì)4 264艘次，占9.8%。以上合計(jì)占66.8%。另有2957艘次因?yàn)榧夹g(shù)原因無法判斷流向，占6.8%，不影響總體數(shù)據(jù)的規(guī)律性。

實(shí)際流量以國家級(jí)骨干航道（京杭運(yùn)河）與省級(jí)骨干航道（杭湖錫線）之間的船舶進(jìn)出為主，其中京杭運(yùn)河本身的船舶流量是最大的，充分體現(xiàn)了國家級(jí)骨干航道的運(yùn)輸繁忙程度。兩條主干航道進(jìn)出支線航道武獐線都比較少，尤以京杭運(yùn)河杭州方向進(jìn)出武獐線最少。

船舶流向也是大致穩(wěn)定的，以流向統(tǒng)計(jì)中數(shù)量最大的東向南及較少的北向西為例，變異系數(shù)分別為13.9%和26.5%。前者離散程度與總?cè)站髁拷咏?，后者離散程度尚可。

由于船舶的流量流向呈現(xiàn)穩(wěn)定的規(guī)律性，有基礎(chǔ)進(jìn)行較為明確的細(xì)化規(guī)則。在流量相差較大的情況下，盡管杭湖錫線與京杭運(yùn)河航道等級(jí)相同，通過流量仍可進(jìn)一步劃分干支流。

圖3 武林頭水域2021年5月船舶流向記錄（單位，艘次）

2.2 細(xì)化規(guī)則，科學(xué)引導(dǎo)岔口船舶安全航行

《中華人民共和國內(nèi)河避碰規(guī)則》（以下簡稱《內(nèi)河避碰規(guī)則》）、《中華人民共和國內(nèi)河交通安全管理?xiàng)l例》等法規(guī)對(duì)內(nèi)河通航的基本要求進(jìn)行了規(guī)定，但是一些原則性條款，具體應(yīng)用到武林頭岔口，還需要結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行針對(duì)性的專門規(guī)定。

武林頭水域?qū)儆谄皆泳W(wǎng)地帶的運(yùn)河交匯，從性質(zhì)上講，符合《內(nèi)河避碰規(guī)則》關(guān)于“平流區(qū)域”的定義，如果按照“平流區(qū)域”考慮，則交匯規(guī)則最為簡單，在平流區(qū)域航行原則各自靠右的前提下，執(zhí)行居左讓居右的避讓法則。但是簡單的規(guī)則出現(xiàn)了執(zhí)行判斷復(fù)雜的問題，容易出現(xiàn)同樣是某個(gè)方向的來船，對(duì)方速度快，則跑到本船左舷，速度慢，則跑到右舷，產(chǎn)生一定的隨機(jī)性，在岔口本身通視性一般的情況下，加大誰讓誰判斷失誤的可能，從而導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)。在高流量的岔口，容錯(cuò)率是很低的，因此帶有不明確性，需要隨機(jī)判斷的規(guī)則是不合適的。同時(shí)，該水域每一個(gè)方向的來船分別對(duì)應(yīng)著9個(gè)方向的來船，僅從兩兩交匯的角度分析，就會(huì)存在著108種避讓關(guān)系，三船交匯的情況更加復(fù)雜，所以我們著重分析流量最大的東向南的關(guān)系。

經(jīng)過海事部門的研究，并征集有經(jīng)驗(yàn)船長的意見，大家一致認(rèn)為按有流向的非平流區(qū)域的干支流交匯法則更為適合，考慮到京杭運(yùn)河上往來船舶的數(shù)量占比，能夠解決京杭運(yùn)河上航行的船舶與進(jìn)出其它航道船舶的避讓關(guān)系，是問題的關(guān)鍵。

建議采用的規(guī)則是在前述海事通告基礎(chǔ)上，進(jìn)一步規(guī)定：

（1）水流方向?yàn)槲溻€、杭湖錫線匯合，流向京杭運(yùn)河向東。此時(shí)，除京杭運(yùn)河塘棲方向來船外，其余方向駛出的船均被定義為下行船。

（2）武獐線和杭湖錫線為支流，京杭運(yùn)河為干流，此時(shí)只有京杭運(yùn)河上航行的船舶為干流船。干流船執(zhí)行上行讓下行并互以左舷會(huì)船的規(guī)定。

（3）在前兩條基礎(chǔ)上，干流與支流船的避讓關(guān)系按照《內(nèi)河避碰規(guī)則》第十五條規(guī)定執(zhí)行，是非常明確的。

（4）補(bǔ)充規(guī)定武獐線和杭湖錫線的避讓關(guān)系，屬于支流與支流交匯，水流方向相同，避讓關(guān)系以居左讓居右原則。

（5）京杭運(yùn)河塘棲方向來船避讓所有方向來船，這個(gè)也是本課題認(rèn)為最具有實(shí)施性的一條規(guī)則，易于被船員理解和在現(xiàn)場管理時(shí)易于操作，也可能對(duì)于水域事故率的降低起到重要的作用。

這樣的5條規(guī)定，沒有機(jī)械地執(zhí)行《內(nèi)河避碰規(guī)則》，但通過細(xì)分干支流，規(guī)定交叉水域的流向和補(bǔ)充支流與支流交匯的避讓關(guān)系，消除了該水域船舶避讓關(guān)系中的模糊點(diǎn)，既能符合《內(nèi)河避碰規(guī)則》原則，又能體現(xiàn)“簡單明了、便于操作、切實(shí)有效”的特點(diǎn)，使交通管理和組織變的更為有效。

3 技術(shù)方案

規(guī)則明確的基礎(chǔ)上，需要運(yùn)用多種新技術(shù)手段，對(duì)2.4節(jié)中現(xiàn)有管理模式的缺點(diǎn)針對(duì)性的提升。根據(jù)實(shí)際管理需求，擬建設(shè)一套完備的交通引導(dǎo)和預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)總體架構(gòu)由感知層、算法層、應(yīng)用層三大部分組成，其中應(yīng)用層包含面向管理者和面向船戶兩個(gè)子模塊。

3.1 提升數(shù)字化、信息化水平

3.1.1 獲取其他平臺(tái)數(shù)據(jù)，整合信息平臺(tái)

依托浙江省港航管理中心的電子航道圖數(shù)據(jù)和船舶AIS、GPS數(shù)據(jù)，并集成四個(gè)方向的水上卡口數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，形成武林頭岔口水域信息化基礎(chǔ)。作為載體，疊加引導(dǎo)與預(yù)警所需信息，形成功能完備的信息平臺(tái)。

主要依托部海事局電子報(bào)告系統(tǒng)、浙閘通、杭州港航智慧港航系統(tǒng)獲得船舶電子報(bào)告、報(bào)港、過閘調(diào)度數(shù)據(jù)等，利于提前形成船舶流量預(yù)測。通過獲取水文、氣象數(shù)據(jù)，判斷航道通航條件。

3.1.2 獲取即時(shí)船舶數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、精確預(yù)警

針對(duì)現(xiàn)有獲取數(shù)據(jù)的不足，準(zhǔn)備增加雷達(dá)作為船舶數(shù)據(jù)獲取手段，通過在合適位置安裝四面陣小型相控陣?yán)走_(dá)，達(dá)到360°監(jiān)測船舶的目的，可以有效偵測船舶的數(shù)量、位置、航速，獲得其即時(shí)航行軌跡，解決現(xiàn)有設(shè)備無法獲得船舶數(shù)量、速度、航向、密度等信息的缺陷。

現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)一步改善，提高性能，利用多信號(hào)源融合處理技術(shù)將雷達(dá)與AIS、卡口激光掃測的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，并實(shí)現(xiàn)覆蓋區(qū)域不同條件下的多種手段的接力工作，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控能力。

3.1.3 大數(shù)據(jù)分析，精準(zhǔn)把握規(guī)律

依托歷史船舶流量數(shù)據(jù)、事故數(shù)據(jù)和報(bào)港數(shù)據(jù)等，精準(zhǔn)分析武林頭岔口水域的通航特點(diǎn)、通航規(guī)律、船舶流量流向時(shí)段分布等，實(shí)現(xiàn)船舶流量流向預(yù)測功能。

3.2 智能化多手段綜合利用

3.2.1 預(yù)測預(yù)警與實(shí)時(shí)預(yù)警相結(jié)合，形成預(yù)警體系

通過浙閘通、杭州港航智慧港航等系統(tǒng)獲得船舶報(bào)港、過閘調(diào)度數(shù)據(jù)，做到提前預(yù)測船舶流量，進(jìn)一步結(jié)合大數(shù)據(jù)分析的成果，形成提前預(yù)警能力。通過對(duì)交叉水域500～600 m左右范圍內(nèi)船舶精準(zhǔn)感知的基礎(chǔ)上，在四個(gè)方向航道邊創(chuàng)造性的設(shè)立“電子情報(bào)板”，將雷達(dá)捕獲到的精準(zhǔn)船位數(shù)據(jù)，結(jié)合后臺(tái)算法，提前告知各方向來船未來交匯點(diǎn)的船舶數(shù)量和時(shí)間，進(jìn)行近端的精確預(yù)警。

同時(shí)，擬通過與浙江省數(shù)智交院的“浙里航”等APP開展數(shù)據(jù)交互共享，依托未來水上助航、導(dǎo)航類APP應(yīng)用的發(fā)展，通過移動(dòng)終端提供“地圖+語音”等更加直觀方式的引導(dǎo)與預(yù)警功能。

3.2.2 遠(yuǎn)程管控，依托遠(yuǎn)程調(diào)度調(diào)節(jié)交通流量

充分利用大數(shù)據(jù)的船舶流量、流向分析成果配合信息化的遠(yuǎn)程調(diào)度手段，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)武林頭岔口船舶流量的目的。

通過預(yù)測信息制定遠(yuǎn)程調(diào)度預(yù)案，當(dāng)達(dá)到相應(yīng)條件時(shí)啟動(dòng)。主要手段包括：

（1）依托管控區(qū)以外的錨地形成緩沖，減少短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入武林頭岔口的船舶數(shù)量。

（2）與附近各碼頭建立聯(lián)合調(diào)度機(jī)制，通過調(diào)節(jié)碼頭船舶進(jìn)出的數(shù)量和速度實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)武林頭岔口交通流量的目的。

（3）充分利用武獐線方向支線航道上船舶均為從主干航道短時(shí)進(jìn)出的特點(diǎn)，在必要時(shí)采取限流乃至臨時(shí)關(guān)閉的措施，確保主線航道的通行能力。

（4）與鄰近的內(nèi)河執(zhí)法大隊(duì)、湖州港航部門進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度，擴(kuò)大調(diào)度范圍，提升調(diào)度效果。

4 工作基礎(chǔ)及預(yù)期

浙江數(shù)字港航綜合管理與服務(wù)平臺(tái)、浙閘通、杭州港航智慧港航系統(tǒng)均是已在使用的系統(tǒng)，使用效果良好。項(xiàng)目組已實(shí)地對(duì)四面陣小型相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行了測試，目標(biāo)識(shí)別能力良好。余杭水上交通指揮中心具備較好的設(shè)備基礎(chǔ)。遠(yuǎn)程調(diào)度機(jī)制已在杭州航區(qū)初步形成。依托以上基礎(chǔ)，預(yù)計(jì)本系統(tǒng)的建設(shè)能達(dá)到預(yù)期效果。

5 結(jié) 語

在內(nèi)河十字交叉水域充分利用大數(shù)據(jù)和信息化手段，采取切實(shí)有效管理措施，總結(jié)出可推廣的管理經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)手段，期望能進(jìn)一步降低碰撞事故發(fā)生概率，確保內(nèi)河航道安全、暢通、有序。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳易甲.交叉航道安全通航對(duì)策研究[D].浙江：浙江海洋大學(xué)，2017.

[2] 雷進(jìn)宇，初秀民，何偉等.橋區(qū)船舶交通流可視分析系統(tǒng)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2017（05）：7.

[3] 蔡浩，楊光偉，王丹丹等.內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)解決方案[J].中國水運(yùn)，2020（04）.

作者簡介：

周建，副隊(duì)長，高級(jí)工程師，（E-mail）539801311@qq.com，13805781707