嘉陵江數(shù)字航道構(gòu)建與預警技術(shù)的實際應用研究

劉柯

摘 要：在信息化建設加快的今天，航道部門如何應用新型技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)字航道理論體系成為了航道部門發(fā)展的一個重要課題。通過建立專業(yè)的數(shù)字模型的方式，能夠幫助工作人員更好地掌握整個航道的工作狀態(tài)并且通過模型演算對航道運行過程中出現(xiàn)的隱患能夠進行提前的警告。數(shù)字航道在依附于工作人員的工作經(jīng)驗基礎上更好地發(fā)揮了信息化技術(shù)獨有的信息處理能力，市航道部門的工作人員在日常的工作過程中，能夠以更高效的工作狀態(tài)完成相應的工作，并提高了航道的使用效率和安全效果。便于相關(guān)工作人員進行決策，并對工程的實施提供有效的信息基礎。

關(guān)鍵詞：數(shù)字航道;地理信息系統(tǒng);預警技術(shù)

中圖分類號：U615? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）03-0035-02

數(shù)字航道能夠幫助工作人員全面直觀的了解到整條航道以及相關(guān)地區(qū)的一系列數(shù)字化研究環(huán)境，通過建立相應的數(shù)字模型，對航道的日常運轉(zhuǎn)進行規(guī)劃和管理，并對航道運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的各種可能情況進行提前的方案預演，并置備相應的應急方案，一共航道正常管理使用。通過建立模型并對模型內(nèi)容進行分析研究，能夠讓工作人員更好的了解到行道的相應信息，并在有關(guān)規(guī)劃、開發(fā)、維護管理等工作中提供關(guān)鍵信息。目前我國的航道整治與航運戰(zhàn)略正處于高速發(fā)展期，我國的航道總長數(shù)量規(guī)模巨大，想要應對如此龐大的系統(tǒng)就需要盡快完善數(shù)字航道管理信息系統(tǒng)由數(shù)字航道系統(tǒng)協(xié)助工作人員來管理整條航道的日常工作。在進行決策時為決策者提供可視化依據(jù)，提高決策的正確性和科學性。通過對數(shù)字模型進行模擬和推算大幅度提高了整個推算的效率，同時最終結(jié)果也更加可靠。

1 數(shù)字航道理論體系

數(shù)字航道的主要內(nèi)容包括對航道的綜合規(guī)劃與開發(fā)提供必要的數(shù)據(jù)支持，提升工作人員對于航道日常的管理維護的工作效率，通過模擬不同情況，航道的使用狀態(tài)保證航道內(nèi)的船只運行更加安全便捷，最后數(shù)字航道也能夠?qū)崿F(xiàn)航運可持續(xù)發(fā)展。數(shù)字航道主要的功能有4個，分別為數(shù)字航道治理與開發(fā)，數(shù)字航道管理與維護，數(shù)字航道海事管理和數(shù)字航道港務規(guī)劃管理4種功能。為了保證這4個功能模塊能夠正常的運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)中還配置有數(shù)字航道虛擬仿真平臺以及相應的數(shù)據(jù)庫一共分為6大部分。其中數(shù)據(jù)庫向仿真平臺提供平臺模擬推算所需的一切數(shù)據(jù)信息。平臺通過模擬航道的正常運轉(zhuǎn)，對航道的4種功能提供相應的數(shù)據(jù)結(jié)果。

2 數(shù)字航道治理與開發(fā)

2.1數(shù)字航道勘測

通過集合大地測量數(shù)據(jù)、遙感影像資料和水下地形圖等數(shù)據(jù)信息，讓數(shù)字航道形成的航道內(nèi)地形信息達到全面完善的效果，進一步提高數(shù)字模擬平臺推算結(jié)果的準確性。

2.2數(shù)字航道地形

水文泥沙資料的處理與分析通常航道水下地形圖的測量結(jié)果是由CAD形式進行儲存的，需要對其進行進一步的加工，讓信息能夠更加容易的提取和應用。通過對CAD數(shù)據(jù)信息進行提取得出數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)。

水文泥沙資料的處理與分析也是數(shù)字航道日常運轉(zhuǎn)中處理的基本信息內(nèi)容之一，過過去關(guān)過去為了保證航道的運轉(zhuǎn)正常工作人員需要對能夠收集到的歷年水文泥沙資料進行整理，以Excel表格的形式進行數(shù)據(jù)保存。雖然能夠保證數(shù)據(jù)信息長時間得到有效的保存，但是通過該格式進行保存的數(shù)據(jù)在管理、查詢、分析、處理以及安全性上都存在不足。數(shù)字航道系統(tǒng)無法直接對其中的數(shù)據(jù)進行高效的分析利用，影響到系統(tǒng)整體運轉(zhuǎn)效率，而行道的總里程規(guī)模決定了系統(tǒng)無法采用如此緩慢的工作形式來進行水文泥沙信息的處理。數(shù)字航道中關(guān)于水文泥沙分析的相關(guān)內(nèi)容包括對全部Excel表格中的數(shù)據(jù)進行處理和轉(zhuǎn)存，并與水文測量站進行信息溝通，實時查詢歷年的水位流量和輸沙量，進行水位流量關(guān)系自動擬合分析以及最新的水情查詢。

航道地圖查詢漫游，通過建立GIS應用服務器。采用多種比例尺對地圖數(shù)據(jù)進行融合，提供空間查詢和復合條件查詢的技術(shù)。

2.3數(shù)字航道河床演變分析

在河道數(shù)字地形系統(tǒng)的基礎上，對河道歷史地形演變進行模擬和分析，結(jié)合水文過程和已有的水沙模型研究流水沙作用與歷史河床演變的關(guān)系。將分析的結(jié)果使用到河床演變充于時空變化信息加工處理過程中。

2.4數(shù)字航道治理與開發(fā)決策支持

在GIS平臺的支持下，能夠?qū)崿F(xiàn)航道整治工程一維和二維水流泥沙數(shù)字模型的建立和運轉(zhuǎn)。由數(shù)字高程模型實現(xiàn)一維的數(shù)字模型計算和二維水流泥沙數(shù)字模型計算網(wǎng)格的剖分生成。計算在進行施工前后該區(qū)域的水位發(fā)生變化情況，分析航道整治工程的實際效果。通過模型演算，對于可能發(fā)生事故的區(qū)域進行預警，并按照模型演算結(jié)果實施針對性的措施進行處理。

3 案例概況

為了方便讀者理解，本文將列舉某工程實例，通過對其中的細節(jié)內(nèi)容進行介紹，幫助讀者理解數(shù)字航道的構(gòu)建與預警作用在實際的工作過程中將會發(fā)揮怎樣的作用。

嘉陵江航道處負責管理維護的嘉陵江河口至草街段，共計68.2km航道;轄區(qū)范圍內(nèi)共有5個航道站，分別是曾家?guī)r、石馬河、悅來、水土、北碚航道站。

3.1建設目標

（1）完善嘉陵江航道助航設施，制作嘉陵江航行參考圖，填補嘉陵江航行規(guī)則制定方面的空白，并以之為基礎制作嘉陵江電子航道圖，為數(shù)字航道提供技術(shù)支撐。

（2）在電子航道圖的基礎上，推廣應用航道動態(tài)監(jiān)測平臺、航道維護管理平臺、水上安全監(jiān)管系統(tǒng)，實現(xiàn)嘉陵江轄區(qū)內(nèi)182座航標的遙測遙控、68km航道的水位監(jiān)測與重點水域的霧情監(jiān)測及預警;實現(xiàn)航道維護生產(chǎn)人員、物資、器材、生產(chǎn)任務的數(shù)字化管理，工作船的動態(tài)管理與控制河段航行船舶動態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)一線工作船航道維護作業(yè)與后臺生產(chǎn)任務管理的協(xié)同，實現(xiàn)9個控制河段船舶通行的輔助指揮;初步建成數(shù)據(jù)資源平臺，形成嘉陵江航道處數(shù)字航道基礎數(shù)據(jù)庫群，實現(xiàn)對航道動態(tài)監(jiān)測、航道維護管理、公眾服務等應用的支撐;建成數(shù)字航道管理嘉陵江分中心（功能上包括數(shù)據(jù)分中心、航道監(jiān)測和生產(chǎn)調(diào)度分中心）、5個航道站監(jiān)控室及部署于15艘航道工作船的移動工作站，為航道處、現(xiàn)場航道維護人員開展航道動態(tài)監(jiān)測及航道維護管理提供信息化工作環(huán)境。

3.2應用系統(tǒng)

航道動態(tài)監(jiān)測平臺主要負責數(shù)字航道工程數(shù)據(jù)前端采集和管理，為航道維護管理平臺和重慶市港航局公眾服務提供數(shù)據(jù)支撐;航道維護管理平臺主要輔助嘉陵江航道維護管理部門內(nèi)部業(yè)務開展，為生產(chǎn)計劃制定、生產(chǎn)任務下發(fā)、物資器材管理、航道維護尺度管理提供支撐;重慶市港航局外網(wǎng)門戶網(wǎng)站改造主要是綜合區(qū)域局數(shù)字航道信息，通過網(wǎng)站、航道信息定制為港航企業(yè)、社會公眾提供服務。

航道動態(tài)監(jiān)測平臺作為全面、實時掌握航道各類動靜態(tài)信息監(jiān)測與控制平臺，是航道部門開展各類業(yè)務應用的基礎。航道動態(tài)監(jiān)測平臺將基于統(tǒng)一的電子航道圖，輔助航道管理部門實現(xiàn)航標遙測遙控、水位遙測遙報、霧情遙測遙報、橋區(qū)視頻監(jiān)控、工作船舶動態(tài)監(jiān)測等功能，切實提高航道動態(tài)監(jiān)測和管理能力。同時，隨著技術(shù)進步和新需求的產(chǎn)生不斷豐富完善，本系統(tǒng)應具備良好的開放性和可擴展性，充分考慮未來可能包括的水文氣象、航道視頻監(jiān)控等信息的接入。航道動態(tài)監(jiān)測平臺主要包括航道動態(tài)信息查詢分析、航道動態(tài)預警、航道監(jiān)測終端控制等3個系統(tǒng)。航道動態(tài)信息查詢分析系統(tǒng)

航道動態(tài)信息查詢分析系統(tǒng)基于電子航道圖，為航道管理人員提供全面、便捷的航道信息查詢、瀏覽和分析功能，功能包括航標信息查詢統(tǒng)計、水位信息查詢統(tǒng)計、霧情信息查詢統(tǒng)計、橋區(qū)視頻查詢?yōu)g覽、工作船舶信息查詢統(tǒng)計等5個功能模塊。

（1）航標信息查詢統(tǒng)計。支持列表和電子航道圖兩種方式顯示航標實時狀態(tài)，用戶通過地圖點擊或者相關(guān)條件查詢能夠瀏覽每個航標信息，主要包括浮標經(jīng)緯度位置和漂移時的速度、航標燈的燈質(zhì)、航標燈的工作狀態(tài)（運行/關(guān)閉）、航標燈電源工作狀況（工作電流、工作電壓）等，能回放和顯示浮標移動軌跡。系統(tǒng)提供對航標工作日志、報警日志等進行查詢，并采用報表、趨勢圖等方式對航標的實時和歷史數(shù)據(jù)進行查詢和統(tǒng)計分析。

（2）水位信息查詢統(tǒng)計。支持列表和電子航道圖兩種方式顯示水位實時數(shù)據(jù)，用戶通過地圖點擊或者相關(guān)條件查詢能夠瀏覽某個時間段內(nèi)所選水位監(jiān)測點的水位值列表。①霧情信息查詢統(tǒng)計。支持列表和電子航道圖兩種方式顯示霧情實時狀態(tài)，用戶通過地圖點擊或者相關(guān)條件查詢能夠瀏覽某個時間段內(nèi)所選霧情監(jiān)測點的霧情列表。②橋區(qū)視頻查詢?yōu)g覽。根據(jù)設置可同時顯示多個橋區(qū)的視頻。支持列表和電子航道圖中顯示攝像頭圖標，用戶通過點擊或者相關(guān)條件查能夠瀏覽選中橋區(qū)攝像頭的實時視頻圖像，并支持圖像抓拍。系統(tǒng)支持錄像存儲、分組管理等，支持錄像數(shù)據(jù)查詢、回放、導出、分割、合成等功能。③工作船舶信息查詢統(tǒng)計。支持列表和電子航道圖兩種方式顯示工作船舶動態(tài)信息，用戶通過地圖點擊或者相關(guān)條件查詢能夠瀏覽每條工作船舶的基本信息、工作狀態(tài)信息、生產(chǎn)作業(yè)記錄信息等，并能在電子地圖顯示工作船舶運動矢量及其經(jīng)緯度、船艏向、航速等信息，支持對船舶航行軌跡進行檢索查詢。

4結(jié)束語

通過數(shù)字化技術(shù)的加持而誕生的數(shù)字航道應用能夠大幅度提升航道管理工作的效率，保證航道安全，提高模型進行結(jié)果的準確性。

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