淺談內(nèi)河航道數(shù)字化建設(shè)的意義

房新玉+孫艷軍+劉昔+陸偉+劉杰+熊偉

摘 要：進(jìn)入21世紀(jì)、我國(guó)內(nèi)河航道建設(shè)飛速發(fā)展，如何加強(qiáng)內(nèi)河航道數(shù)字化、信息化建設(shè)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，該文通過(guò)對(duì)航道信息化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，對(duì)航道信息化綜合平臺(tái)進(jìn)行分析，從而為內(nèi)河航道信息化具體實(shí)現(xiàn)打下了基礎(chǔ);通過(guò)對(duì)航道信息化建設(shè)的意義進(jìn)行了分析，加強(qiáng)了提高航運(yùn)管理能效的信心。

關(guān)鍵詞：航道數(shù)字化 ?信息化綜合平臺(tái) ?電子航道圖 ?安全應(yīng)急

中圖分類號(hào)：U697 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（c）-0225-02

楊傳堂部長(zhǎng)在2014年的交通運(yùn)輸工作會(huì)上，明確提出，要實(shí)施交通運(yùn)輸創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，深化行業(yè)科技體制改革，加快推進(jìn)科技創(chuàng)新，不斷提升交通運(yùn)輸信息化智能化水平，為加快綜合交通、智慧交通、綠色交通和平安交通建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)支撐。并特別強(qiáng)調(diào)要著力推動(dòng)包括智能航道在內(nèi)的多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域取得技術(shù)新的突破。

航道作為航運(yùn)的三要素之一，是水運(yùn)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，對(duì)航運(yùn)經(jīng)濟(jì)起著關(guān)鍵的支撐保障作用。由于歷史的原因，目前國(guó)內(nèi)航道普遍存在著建設(shè)資金投入不足，基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，與國(guó)家大力發(fā)展航運(yùn)經(jīng)濟(jì)，并實(shí)現(xiàn)航運(yùn)與國(guó)家戰(zhàn)略及流域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展相協(xié)調(diào)的總體趨勢(shì)不相適應(yīng)。

為了提高內(nèi)河航道管理的能效，實(shí)現(xiàn)航道的管理和服務(wù)水平的大幅度提升，推動(dòng)由傳統(tǒng)服務(wù)型向主動(dòng)服務(wù)型轉(zhuǎn)變，養(yǎng)護(hù)方式由勞動(dòng)密集型向技術(shù)管理型轉(zhuǎn)變，管理手段由單純行政管理向依法綜合管理轉(zhuǎn)變，盡早開展內(nèi)河航道信息化的研究、規(guī)劃和建設(shè)，具有十分重要的意義。

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

我國(guó)長(zhǎng)江南京至瀏陽(yáng)河段建立了數(shù)字航道系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“電子航道圖數(shù)字化”、“航標(biāo)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化”、“信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)話”;長(zhǎng)江部分大型航運(yùn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了基于GPS定位的船舶監(jiān)控系統(tǒng)、綜合物流系統(tǒng)和財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)等，部分航運(yùn)企業(yè)還實(shí)現(xiàn)了與通航管理部門信息的互聯(lián)。重慶港建設(shè)了以朝天門港口中心區(qū)局域網(wǎng)為主節(jié)點(diǎn)，覆蓋全港七大生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)公司的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);長(zhǎng)江航務(wù)管理局下屬單位完成了“DGPS手持機(jī)在航標(biāo)定位上的應(yīng)用”、“長(zhǎng)江下游航道電子海圖自動(dòng)測(cè)繪和生成系統(tǒng)”、“航道站船實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)”、“計(jì)算機(jī)過(guò)壩優(yōu)化調(diào)度輔助決策系統(tǒng)”和“長(zhǎng)江三峽工程船閘引航道河床信息系統(tǒng)”等課題。

1.2 國(guó)外現(xiàn)狀

目前，歐洲國(guó)家運(yùn)行的內(nèi)河航運(yùn)信息系統(tǒng)，代表性的有荷蘭的船舶報(bào)關(guān)信息系統(tǒng)（IVS90系統(tǒng)），比利時(shí)的船舶報(bào)關(guān)信息系統(tǒng)（IBIS/GINA系統(tǒng)），法國(guó)的內(nèi)河航運(yùn)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（VNF2000系統(tǒng)），德國(guó)的航程及貨運(yùn)（尤其是危險(xiǎn)品運(yùn)輸）報(bào)關(guān)的航運(yùn)信息系統(tǒng)（MIB/MOVES系統(tǒng)），奧地利的航運(yùn)信息系統(tǒng)（DoRIS系統(tǒng)），匈牙利的航運(yùn)信息服務(wù)及緊急呼救系統(tǒng)（DISR系統(tǒng)），歐盟提出的內(nèi)河航運(yùn)綜合信息服務(wù)系統(tǒng)（River Information Services Sysem）。

從國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀可以看出，數(shù)字航道信息系統(tǒng)在國(guó)外建設(shè)比較成熟，國(guó)內(nèi)航道數(shù)字化建設(shè)僅在長(zhǎng)江流域比較成熟，因此加強(qiáng)對(duì)內(nèi)河航道信息化綜合平臺(tái)的建設(shè)研究，對(duì)國(guó)內(nèi)其他流域航道的建設(shè)具有指導(dǎo)意義。

2 內(nèi)河航道信息化系統(tǒng)建設(shè)框架

內(nèi)河航道信息化系統(tǒng)是以航道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及交通航運(yùn)信息為核心，在信息互通互享的基礎(chǔ)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互連，建立航道信息化綜合平臺(tái)，通過(guò)對(duì)各系統(tǒng)的建設(shè)，對(duì)航道以及航道水情實(shí)現(xiàn)全區(qū)域、全過(guò)程、全方位的及時(shí)、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)、管理和服務(wù)。其總體框架如圖1所示。

3 航道信息化綜合平臺(tái)

航道信息化綜合平臺(tái)主要是向電子臺(tái)賬系統(tǒng)、航道三維顯示、水上應(yīng)急指揮中心、電子航道圖系統(tǒng)、航保設(shè)施管理系統(tǒng)等提供所需的一切靜態(tài)及動(dòng)態(tài)信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)一體化應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)務(wù)管理的信息化智能化。

它依托于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，利用網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字、語(yǔ)音、圖像信息的通信功能，集信息采集系統(tǒng)提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)以及分析功能于一體，以電子航道圖為人機(jī)交互界面，成為全方位的信息中心。在這里，可以通過(guò)電子航道圖直接了解航道全線的水情變化，航槽變化、航標(biāo)移動(dòng)、航道尺度、通航狀況以及各種應(yīng)急預(yù)案的實(shí)施情況，并可以通過(guò)語(yǔ)音、文字等形式實(shí)現(xiàn)航道維護(hù)與管理的電子化調(diào)度。

3.1 電子航道圖系統(tǒng)

電子航道圖系統(tǒng)是以GIS平臺(tái)為系統(tǒng)框架基礎(chǔ)，以大比例尺地形測(cè)繪、水深測(cè)量數(shù)據(jù)和高分辨率衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)圖形為基礎(chǔ)，提供圖層管理、屬性管理、定位查詢服務(wù)。

它包括電子航道圖生成系統(tǒng)，電子航道圖發(fā)布系統(tǒng)，電子航道圖分析系統(tǒng)，電子航道圖二維顯示系統(tǒng)等功能模塊，可用于航道沖淤演變分析、水上應(yīng)急救助指揮。

電子航道圖生成系統(tǒng)包括電子航道圖數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、電子航道圖編輯系統(tǒng)、電子航道圖出版系統(tǒng)?？赏瓿蓪?duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、編輯、輸出等操作;可以對(duì)岸線、航標(biāo)、水位、水深等進(jìn)行二維矢量化顯示。

電子航道圖分析系統(tǒng)研究用于航道邊界變化分析、航道淤積分析、水上應(yīng)急救助指揮等專用電子航道圖應(yīng)用系統(tǒng)。

電子航道圖二維顯示系統(tǒng)為岸線、航標(biāo)、水位、水深等進(jìn)行二維矢量化顯示; 可為洪水預(yù)警系統(tǒng)、水文泥沙信息系統(tǒng)、航保設(shè)施管理系統(tǒng)、水上安全應(yīng)急系統(tǒng)提供直觀的顯示管理窗口。

3.2 電子臺(tái)賬系統(tǒng)

為解決傳統(tǒng)管理工作中所遇到的材料雜而多、紙質(zhì)文檔傳遞困難、無(wú)法快速數(shù)據(jù)查詢、手工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作繁重、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率低、數(shù)據(jù)無(wú)法共享的問(wèn)題，同時(shí)也為了構(gòu)建長(zhǎng)效、科學(xué)管理機(jī)制，滿足實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理的要求，確?？茖W(xué)有序高效推進(jìn)，需要建立電子臺(tái)賬系統(tǒng)。

電子臺(tái)賬系統(tǒng)充分依托現(xiàn)代化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)航道項(xiàng)目實(shí)施動(dòng)態(tài)管理。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)把在不同地區(qū)項(xiàng)目的信息實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地連接起來(lái)，在統(tǒng)一的信息平臺(tái)上進(jìn)行處理。

通過(guò)電子臺(tái)賬系統(tǒng)，可對(duì)航道、岸線、航標(biāo)、碼頭等港口設(shè)施測(cè)量、維修、維護(hù)資料及日常檔案進(jìn)行電子化管理。并具有查詢、分析和統(tǒng)計(jì)等功能，可按時(shí)間軸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，生成報(bào)表。endprint

3.3 航道三維動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)

航道三維動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)能在計(jì)算機(jī)中再現(xiàn)真實(shí)的三維世界，在這種三維世界中，不僅能夠真實(shí)再現(xiàn)航道的三維景觀，同時(shí)可在對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理和開發(fā)基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多種分析和應(yīng)用。

航道三維動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)通過(guò)三維場(chǎng)景的實(shí)時(shí)可視化實(shí)現(xiàn)交互式操作與動(dòng)態(tài)瀏覽。它既利用三維引擎提供的場(chǎng)景渲染功能使得三維效果盡可能逼真，又充分利用多種技術(shù)，加快場(chǎng)景的繪制速度，使得其圖形刷新速率在場(chǎng)景極其復(fù)雜時(shí)仍保持在每秒25幀以上，保證用戶能進(jìn)行實(shí)時(shí)操作和動(dòng)態(tài)瀏覽。

另外航道三維動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)能夠在利用歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上為航道岸線、島嶼岸線演變，水下近岸回淤提供三維顯示窗口系統(tǒng)。對(duì)航運(yùn)管理、航道疏浚與整治、工程設(shè)計(jì)規(guī)劃、水情分析及決策分析等具有十分重要的意義。

3.4 水文泥沙信息系統(tǒng)

水文泥沙是影響航道利用的關(guān)鍵問(wèn)題。反映航道泥沙淤積變化歷程，準(zhǔn)確判定水深變化，實(shí)時(shí)總結(jié)航道泥沙淤積和演變規(guī)律，是航道利用和航運(yùn)調(diào)度正確決策的需要。建立一套能對(duì)航道水文泥沙的觀測(cè)數(shù)據(jù)和科研資料進(jìn)行科學(xué)分類管理和分析使用的系統(tǒng)，便于管理人員及時(shí)了解航道泥沙運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，為航道維護(hù)、合理運(yùn)用提供依據(jù)，從而更加充分地發(fā)揮航道效益。

水文泥沙系統(tǒng)包括以下幾個(gè)功能模塊。水位實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、分析、預(yù)報(bào)系統(tǒng);風(fēng)況實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、分析系統(tǒng);自動(dòng)發(fā)布及報(bào)告系統(tǒng)，自動(dòng)匯總系統(tǒng)監(jiān)控結(jié)論;依據(jù)當(dāng)前和歷史上航道及相關(guān)水域的地形、水文、氣象資料，分析航道沖淤演變的影響動(dòng)力因素，根據(jù)分析結(jié)果制定航道規(guī)劃及維護(hù)建議。

系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)有幾個(gè)方面：一是采用了GIS技術(shù);二是采用了數(shù)據(jù)庫(kù)ORACLE管理技術(shù);三是實(shí)現(xiàn)了GIS平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的無(wú)縫集成;四是數(shù)學(xué)模型和物理模型互為補(bǔ)充，能正確反映航道淤積情況;五是采用三維可視化技術(shù)提高了管理效率;六是該系統(tǒng)的應(yīng)用將大大提高管理水平。

3.5 航保設(shè)施管理系統(tǒng)

航標(biāo)作為重要的航行保障設(shè)施，在港口和航道中扮演著重要角色，是水上運(yùn)輸、海洋開發(fā)等必不可少的安全保障，傳統(tǒng)的依靠巡檢船定時(shí)巡檢和過(guò)往船只的義務(wù)報(bào)告等形式維護(hù)周期長(zhǎng)，特別是由于自然或人為的突發(fā)因素，造成航標(biāo)損壞、漂離，電池老化或航標(biāo)燈器損壞情況時(shí)，往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)，給來(lái)往的船只造成危險(xiǎn)，極大地影響航道安全和航道的使用率。為提高航道管理和航標(biāo)維護(hù)的水平，建設(shè)航保設(shè)施管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)航標(biāo)維護(hù)管理自動(dòng)化、智能化。

航保設(shè)施管理系統(tǒng)是在電子地圖基礎(chǔ)上，利用航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)采集導(dǎo)標(biāo)、浮標(biāo)等設(shè)施基礎(chǔ)信息，進(jìn)行航保設(shè)施的信息管理，監(jiān)控導(dǎo)標(biāo)、浮標(biāo)的工作狀態(tài)，監(jiān)控導(dǎo)標(biāo)、浮標(biāo)的位置狀態(tài)，并進(jìn)行維護(hù)提醒和安全預(yù)警。

3.6 水上安全應(yīng)急系統(tǒng)

水上安全應(yīng)急系統(tǒng)旨在優(yōu)化現(xiàn)有水上交通安全監(jiān)管與應(yīng)急保障流程，解決現(xiàn)有紙質(zhì)安全應(yīng)急預(yù)案文件，信息不暢通，使用不方便的問(wèn)題。在流程設(shè)計(jì)上，實(shí)現(xiàn)報(bào)警人員與接警員之間的多種媒體信息交互，將應(yīng)急預(yù)案文件進(jìn)行分解和數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)根據(jù)自身模型自動(dòng)判定事故等級(jí)，并啟動(dòng)相應(yīng)的處置預(yù)案。在應(yīng)急預(yù)案信息準(zhǔn)備與分發(fā)過(guò)程中擁有具體、迅速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。另一方面水上安全應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)不僅包括水域船舶航行安全管理，也包括水域自然環(huán)境條件的監(jiān)控預(yù)警預(yù)報(bào)。

水上交通安全應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)不只是片面的一個(gè)管理系統(tǒng)或地理信息系統(tǒng)，而是信息化技術(shù)與水上交通安全應(yīng)急預(yù)案的深度融合，是對(duì)水上應(yīng)急數(shù)據(jù)資源的重新規(guī)劃和應(yīng)急處置流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

從推廣前景上看，建設(shè)航道信息化系統(tǒng)可以提高航運(yùn)管理部門的服務(wù)水平，節(jié)省大量的人力物力，大大提高管理部門的管理效率，方便管理部門實(shí)時(shí)了解航道淤積情況，航道變化情況，為航道維護(hù)提供合理化建議。同時(shí)航道信息化系統(tǒng)的使用可以提高航道管理的應(yīng)急安全處理水平，減少了突發(fā)事故造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。

4.2 社會(huì)效益

航道信息化系統(tǒng)能夠強(qiáng)化航道動(dòng)態(tài)管理。通過(guò)內(nèi)河航道信息化，可以使管理部門更加精確、全面、及時(shí)地掌控轄區(qū)內(nèi)航道動(dòng)態(tài)、水情變化，通過(guò)和其他業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，建立有效的水上安全風(fēng)險(xiǎn)控制和預(yù)警機(jī)制，進(jìn)而能更好地保障水上交通運(yùn)輸安全。提高監(jiān)管能力，提高指揮調(diào)度的科學(xué)化程度，提高航道管理決策能力和航道養(yǎng)護(hù)監(jiān)管能力，并為加快建設(shè)水運(yùn)的物流體系提供基礎(chǔ)性支持和有力保障。

5 結(jié)語(yǔ)

內(nèi)河航道數(shù)字化的建設(shè)目標(biāo)是為了在計(jì)算機(jī)中虛擬一個(gè)航道，實(shí)現(xiàn)航道的演變分析、應(yīng)用管理和維護(hù)服務(wù)現(xiàn)代化。本文通過(guò)對(duì)內(nèi)河數(shù)字航道系統(tǒng)框架和綜合平臺(tái)進(jìn)行介紹，為其他內(nèi)河進(jìn)行數(shù)字化航道建設(shè)提供一定的參考意義。

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