新時期智能航道科技工作思路

宋珊珊

摘 要：內(nèi)河航道的未來發(fā)展方向是智能航道，智能航道技術(shù)已經(jīng)被交通運輸部列為未來重點研究方向，智能航道的建設(shè)將進一步推動長江航道的維護管理由傳統(tǒng)模式向現(xiàn)代化服務(wù)模式轉(zhuǎn)型升級。本文闡述了智能航道的基本概念和特點，提出了科技工作在智能航道建設(shè)中的重要性，針對于智能航道的關(guān)鍵技術(shù)，提出了智能航道下的科技工作的思路，以更好地為智能航道的建設(shè)提供技術(shù)支撐和引領(lǐng)作用。

關(guān)鍵詞：智能航道；科技；工作思路

中圖分類號：U612.32 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2016）12-0037-03

長江航運是我國綜合交通運輸服務(wù)體系的重要組成部分，相比較于民航、公路、鐵路等其它運輸方式，長江航運的信息化水平還有較大差距，尚不能滿足現(xiàn)代化長江航運服務(wù)的需求，制約著綜合交通運輸發(fā)展的推進，在內(nèi)河航道擴能和安全保障服務(wù)能力方面都有較大的提升空間。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，黨和國家政府高度重視長江航運的發(fā)展，在大力發(fā)展長江等內(nèi)河航運的基礎(chǔ)上，將依托長江黃金水道建設(shè)長江經(jīng)濟帶提升至國家戰(zhàn)略，長江航運的發(fā)展迎來了歷史性機遇。

十二五以來，長江數(shù)字航道建設(shè)正式啟動，長江航道科技及信息化建設(shè)快速發(fā)展，數(shù)字航道的建設(shè)將會顯著提升長江航道維護管理能力和服務(wù)水平，實現(xiàn)航標(biāo)、水位、工作船舶等航道要素動態(tài)監(jiān)測和及時維護，航道維護資源的科學(xué)配置和聯(lián)網(wǎng)調(diào)度，主要航道要素信息的可靠發(fā)布，對長江干線航道安全暢通及信息服務(wù)水平提升起到明顯作用。航道數(shù)字化的高級發(fā)展階段是智能化，未來內(nèi)河航道的發(fā)展方向必然是智能航道，交通運輸部已將智能航道技術(shù)列為未來重點研究方向。數(shù)字航道的建設(shè)成果為智能航道建設(shè)奠定了基礎(chǔ)，智能航道將在數(shù)字航道的基礎(chǔ)上，利用傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，智能感知航道要素信息，通過數(shù)據(jù)分析及挖掘等技術(shù)，實現(xiàn)航道規(guī)劃科學(xué)化、管理現(xiàn)代化，為長江航運提供準(zhǔn)確、實時、便捷的航道服務(wù)。

長江智能航道的發(fā)展方向也對航道科技工作提出了新的要求，科技工作在長江航道發(fā)展中起到支撐和引領(lǐng)的作用，智能航道的建設(shè)離不開航道科技工作，而航道科技工作也會推動智能航道的建設(shè)。為此，本文分析了長江智能航道的概念和特點，針對智能航道的關(guān)鍵技術(shù)提出了航道科技工作的思路。

1 智能航道

1.1 智能航道概念

目前智能航道在發(fā)展方向、基本概念等方面都取得了初步的突破，但是整體研究還處于起步的階段。智能航道是以數(shù)字航道建設(shè)為基礎(chǔ)的，智能感知航道要素數(shù)據(jù)，利用航道要素數(shù)據(jù)建立廣泛互聯(lián)、深度融合、智能應(yīng)用、機制完善的智能航道運行服務(wù)體系，實現(xiàn)航道資源的物聯(lián)化、航道信息的互聯(lián)化和航道管理服務(wù)的智能化。

數(shù)字航道的建設(shè)解決了航標(biāo)、水位、船舶等航道要素信息的自動獲取，智能航道在此基礎(chǔ)上，擴大航道要素感知種類數(shù)量，進一步提升各類航道要素數(shù)據(jù)的智能感知能力，形成全河段、全天候航道要素感知能力，為航道維護管理決策和社會公共服務(wù)提供實時的、全面的航道數(shù)據(jù)。同時智能航道利用數(shù)據(jù)分析及挖掘等技術(shù)，將海量的航道數(shù)據(jù)實現(xiàn)從數(shù)據(jù)到到洞察力的過程，達到典型航道要素的短期預(yù)測預(yù)報，提升航道維護管理研判及決策能力，為社會公共大眾提供個性化、可定制的航道信息服務(wù)，從而真正體現(xiàn)出智能航道的智能化。

1.2 智能航道的特點

（1）系統(tǒng)全面感知航道要素。通過各類智能感知方式，形成固定式與移動式、接觸式與遙感式、專業(yè)化與社會化相結(jié)合的感知系統(tǒng)，從水上、水下等全方位實現(xiàn)航道要素信息全河段、全天候獲取，對航標(biāo)、水位、水流、洲灘岸線、河床地形、霧情、能見度、典型河段監(jiān)控、航道整治建筑物、控制河段交通流等航道要素實現(xiàn)自動獲取。

（2）便捷友好交互航道信息。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將外場終端、控制終端、服務(wù)系統(tǒng)等各類設(shè)備連入長江航道廣域網(wǎng)，基于智能航道的平臺，實現(xiàn)全面的互聯(lián)互通以及航道信息的便捷友好交互。

（3）實時提供航道信息服務(wù)。航道信息服務(wù)的重要特點之一就是實時性，具有實時性的航道信息服務(wù)才是有價值的。利用數(shù)據(jù)挖掘等人工智能技術(shù)，對海量的航道資源數(shù)據(jù)進行分析處理，挖掘數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值，實現(xiàn)航道信息定制化服務(wù)。

（4）低碳環(huán)保養(yǎng)護航道。智能航道利用遙測遙控與現(xiàn)代傳感技術(shù)，實現(xiàn)各類航道要素的自動獲取，達到航道遠程監(jiān)管，改變了傳統(tǒng)維護管理模式，減低了資源消耗。同時利用航道要素信息為長江航道的維護管理提供決策分析，更加低碳經(jīng)濟地開展航道維護管理工作。

2 智能航道下科技工作思路

2.1 加強數(shù)據(jù)庫頂層設(shè)計研究

智能航道的核心在于“智能”二字，“智能”的表現(xiàn)在于將航道要素數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一種預(yù)判和洞察力，從而為航道維護管理提供研判和決策，以及預(yù)測航道要素的未來發(fā)展趨勢。要實現(xiàn)“智能”二字，需要海量的航道要素數(shù)據(jù)作為支撐，通過數(shù)據(jù)融合和挖掘等技術(shù)實現(xiàn)智能化。對于海量的航道要素數(shù)據(jù)，要做到有據(jù)可查、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、集中管理、交換便捷等需求，必須做好數(shù)據(jù)庫頂層設(shè)計。

一個良好的頂層設(shè)計有助于航道要素數(shù)據(jù)的存儲、融合、提取、分析以及挖掘。數(shù)據(jù)庫頂層設(shè)計關(guān)注的不僅僅是數(shù)據(jù)本身，是要建立一個數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的基礎(chǔ)是各類基礎(chǔ)IT設(shè)施，平臺將其虛擬化為設(shè)備資源服務(wù)，為航道要素數(shù)據(jù)分析和挖掘所需要的計算能力提供基礎(chǔ)支撐。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的核心是各類航道要素數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進行融合、整合形成符合預(yù)定數(shù)據(jù)規(guī)范的數(shù)據(jù)庫。在設(shè)備資源和數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，結(jié)合各類專家數(shù)學(xué)模型，對所獲得的航道要素等數(shù)據(jù)進行實時分析和處理，實現(xiàn)航道演變趨勢預(yù)測、航運通航狀態(tài)預(yù)測等智能化功能，最終通過PC、平板電腦、智能手機等終端將分析結(jié)果發(fā)布給用戶，不同的用戶根據(jù)各自不同的需求利用分析結(jié)果進行綜合評判或者獲取自己需要的數(shù)據(jù)，同時系統(tǒng)能夠獲取用戶使用內(nèi)容、使用習(xí)慣等，后續(xù)為用戶提供個性化的定制服務(wù)。

2.2 加強航道要素智能感知研究

航道動態(tài)監(jiān)測平臺是數(shù)字航道建設(shè)工程的重要建設(shè)內(nèi)容，航道動態(tài)監(jiān)測平臺全面、實時掌握航道各類動靜態(tài)信息監(jiān)測與控制，是航道部門開展各類業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，平臺基于統(tǒng)一的電子航道圖數(shù)據(jù)和GIS平臺，輔助航道管理部門實現(xiàn)航標(biāo)遙測遙控、水位遙測遙報、航道維護尺度監(jiān)測等功能。航道動態(tài)監(jiān)測平臺包含航標(biāo)動態(tài)監(jiān)測、水位動態(tài)監(jiān)測、工作船舶動態(tài)監(jiān)測等功能。

航道動態(tài)監(jiān)測平臺解決了航標(biāo)、水位、工作船舶等航道要素信息的實時采集和展示，但是僅僅以上三種航道要素的智能感知遠遠不能滿足智能航道的需求，智能航道需要建立包含多種航道要素數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)平臺，用于數(shù)據(jù)融合處理和數(shù)據(jù)挖掘，從而從數(shù)據(jù)中獲得數(shù)據(jù)變化的規(guī)律。要建立航道要素數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)，需要能夠及時獲取當(dāng)前航道要素信息的瞬時值。為此，需要進一步加強航道要素智能感知研究，在數(shù)字航道建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，擴大感知航道要素的范圍，提高航道要素感知的實時性、準(zhǔn)確性以及穩(wěn)定性。智能航道需要的感知航道要素不僅僅是航標(biāo)、水位、工作船舶等，還需要包含水流、洲灘岸線、河床地形、霧情、能見度、典型河段監(jiān)控、航道整治建筑物、控制河段交通流等航道要素數(shù)據(jù)，實現(xiàn)航道要素的數(shù)字化采集以及預(yù)處理的能力，形成各類要素數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。完成各類感知系統(tǒng)的整合，

航道要素的感知還要體現(xiàn)出智能化，各類航道要素數(shù)據(jù)包括用戶行為建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。與航道相關(guān)的文檔數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)等結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)都要錄入航道要素數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)的全面性非常重要，只有感知全部數(shù)據(jù)，才可能掌控航道狀態(tài)，預(yù)測航道狀態(tài)和發(fā)展趨勢。

2.3 加強演變分析和預(yù)測預(yù)報能力研究

智能化是指現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)匯集而成的針對某一個方面的應(yīng)用。智能化的主要特點有具有感知能力、具有記憶和思維能力、具有學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力、具有行為決策能力，具備以上特點則稱為智能化系統(tǒng)。智能航道是一個智能化系統(tǒng)，前文所述的航道要素智能感知指的是感知能力，如何讓智能航道具備記憶和思維、學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、行為決策等能力，是現(xiàn)階段航道科技工作的研究重點，同樣也是難點。

記憶和思維、學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、行為決策等能力是智能化的核心，是利用已有的知識對信息進行分析、計算、比較、判斷、聯(lián)想、決策，是一種思維和智慧的結(jié)果。從智能航道的角度來說，就是對未來航道的一種洞察力，包含演變分析和預(yù)測預(yù)報的能力，通過基于大數(shù)據(jù)的融合和挖掘，逐步形成水位、水深、水流泥沙沖淤等要素信息的模擬分析、預(yù)測預(yù)報及綜合利用能力，著重建立長江干線航道水位短期預(yù)測技術(shù)體系以及長江干線航道水位感知點布設(shè)方法；實現(xiàn)航道運行狀態(tài)的模擬分析及航道條件的預(yù)測預(yù)報，支撐航道的精細化養(yǎng)護和航行安全的提前主動預(yù)警

2.4 加強航道綜合信息服務(wù)能力研究

長江航道維護管理是一項公益事業(yè)，最直接的服務(wù)對象就是通航船舶，因此提高航道綜合信息服務(wù)能力是建設(shè)智能航道的最終目的。加強航道綜合信息服務(wù)能力的研究，要從服務(wù)的手段、服務(wù)的形式、服務(wù)的內(nèi)容等方面著手。

目前電子航道圖是長江航道非常重要的對外服務(wù)手段，在智能航道的條件下，當(dāng)前電子航道圖的功能還有較大的提升空間，增加電子航道圖的航道變化模擬分析的功能，進一步提升電子航道圖的智能性、功能性和實用性；同時加強長江航道測繪技術(shù)的發(fā)展，特別是一體化測繪和快速測繪，提高電子航道圖的快速更新能力。此外充分借鑒當(dāng)前信息化領(lǐng)域的現(xiàn)代科技手段，著力提升信息服務(wù)的多樣性、移動性、實時性，實現(xiàn)以電子航道圖為內(nèi)容、移動智能終端、船舶終端、門戶網(wǎng)站等多平臺的智能個性化服務(wù)。

3 展望

智能航道技術(shù)將會推動我國內(nèi)河水運的加速發(fā)展，極大地提升長江航道的信息化和科技水平，將長江航道的傳統(tǒng)維護管理方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芊?wù)模式。智能航道的建設(shè)離不開航道科技，航道科技為智能航道建設(shè)起到技術(shù)支撐和引領(lǐng)的作用，其為智能航道提供信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)思路，也為智能航道關(guān)鍵技術(shù)研究提供技術(shù)支持，為此，本文闡述了智能航道所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，針對關(guān)鍵技術(shù)提出了智能航道下航道科技工作的思路，充分發(fā)揮科技的推動作用，為智能航道建設(shè)打好基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]劉懷漢，李學(xué)祥，楊品福，等.長江智能航道關(guān)鍵技術(shù)體系研[J].水運工程，2014（12） ： 6-9.

[2]長江干線（大埠街至上巢湖段）數(shù)字航道初步設(shè)計，長江航道局，2014年3月.

[3]李學(xué)祥，李昕，徐秀梅. 物聯(lián)網(wǎng)在長江干線航道的應(yīng)用研究[J].航道科技，2014（7） ： 13-16.

[4]郭濤.長江智能航道關(guān)鍵技術(shù)分析，水運工程，2016（1）：99-103.

[5]楊品福. 長江航道基本要素信息采集與服務(wù)數(shù)據(jù)交互技術(shù)[J].水運工程，2013（5） ： 137-141.