航道維護(hù)管理中航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)應(yīng)用

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(hù)管理工作開(kāi)展階段中，航標(biāo)技術(shù)狀態(tài)將直接影響船舶行駛的安全性。長(zhǎng)江上下游的地勢(shì)起伏變化是比較大的，一般來(lái)說(shuō)，航道的彎、窄、淺、險(xiǎn)，導(dǎo)致航行困難，又因較多礁石分布在其中，所以安全航行就對(duì)航標(biāo)有著較高的依賴(lài)性。對(duì)于天然的航道狀態(tài)來(lái)說(shuō)，一般水流速度比較大，不良流態(tài)比較集中，加上汛期時(shí)航道內(nèi)存在較多的漂浮物，極易出現(xiàn)標(biāo)志流失、傾覆等情況，航標(biāo)失常的問(wèn)題頻發(fā)，如果不能及時(shí)的恢復(fù)處理，容易引發(fā)安全隱患和突發(fā)問(wèn)題。因此，需要隨時(shí)監(jiān)測(cè)和跟蹤航標(biāo)的狀態(tài)，做好航標(biāo)的監(jiān)測(cè)、有效的維護(hù)和航道的管理。傳統(tǒng)航道維護(hù)管理環(huán)節(jié)，航道管理部門(mén)主要是通過(guò)日查航、甚高頻電話(huà)詢(xún)問(wèn)、監(jiān)聽(tīng)的方式，了解航標(biāo)目前的情況，但是監(jiān)測(cè)水平較低、手段也比較有限，無(wú)法確保航標(biāo)的穩(wěn)定運(yùn)行。航標(biāo)遙測(cè)系統(tǒng)是長(zhǎng)江數(shù)字化航道建設(shè)的重要組成部分，可以隨時(shí)監(jiān)控、了解航標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)，只要是監(jiān)測(cè)到異常情況，將及時(shí)發(fā)布警報(bào)，為航道部門(mén)恢復(fù)正常航標(biāo)運(yùn)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(biāo)巡檢維護(hù)相關(guān)規(guī)定

為了保證海區(qū)航標(biāo)作業(yè)可以順利的進(jìn)行，我國(guó)的交通管理部門(mén)發(fā)布了一系列的管理制度和措施，作為我國(guó)的各個(gè)海區(qū)航標(biāo)作業(yè)的指導(dǎo)、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(jué)航標(biāo)必須達(dá)到準(zhǔn)確、清晰、鮮明、結(jié)構(gòu)性能良好的要求。二是音響航標(biāo)必須有準(zhǔn)確的信號(hào)發(fā)送，并且能夠及時(shí)發(fā)出信號(hào)，為預(yù)警和管理起到積極的作用。三是航標(biāo)正常率在99.6%以上。四是航標(biāo)維護(hù)正常率超過(guò)99.8%，南海海區(qū)超過(guò)99%。第二，燈柱、導(dǎo)標(biāo)、立標(biāo)、浮標(biāo)等需要符合管理維護(hù)的要求。一是每月進(jìn)行一次巡查和檢測(cè)，港內(nèi)標(biāo)志增加夜間巡視一次。二是如果有超過(guò)十級(jí)的大風(fēng)過(guò)境或者有較多的自然災(zāi)害，對(duì)于轄區(qū)內(nèi)的全部燈標(biāo)、浮標(biāo)、導(dǎo)標(biāo)等全面巡查檢測(cè)，保證沒(méi)有發(fā)生損壞或者運(yùn)行失常的情況。

2 某航運(yùn)段數(shù)字航道

對(duì)于該段的航道來(lái)說(shuō)，需要建設(shè)數(shù)字化航道系統(tǒng)滿(mǎn)足運(yùn)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(duì)于整個(gè)航道范圍可以實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)測(cè)和管理，航道信息采集的能力得到全面提升，航道維護(hù)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(yùn)段傳統(tǒng)航標(biāo)監(jiān)測(cè)及維護(hù)

該航道段由庫(kù)區(qū)航道、回水變動(dòng)區(qū)航道、天然航道部分組成，航道特點(diǎn)比較明顯。當(dāng)前設(shè)置的各種航標(biāo)有1600 余座，其中浮標(biāo)有1200 余座。管理區(qū)域范圍內(nèi)采取的管理原則為一類(lèi)航標(biāo)配布，一類(lèi)航道維護(hù)，天然河道段內(nèi)航標(biāo)設(shè)置密度為5.8 座/km，所以維護(hù)管理的工作量較大[1]。數(shù)字航道建設(shè)運(yùn)行前，該河道段一直采用的是傳統(tǒng)航道維護(hù)手段，航道維護(hù)作業(yè)班組進(jìn)行日檢查管理，航道與燈標(biāo)采用每日巡查的管理方式，同時(shí)還要聯(lián)合甚高頻電話(huà)詢(xún)問(wèn)過(guò)往船只的方式展開(kāi)維護(hù)管理。每年汛期需要檢查失常航標(biāo)，如果發(fā)現(xiàn)失常的問(wèn)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(jìn)行檢查，尋找到失常的浮標(biāo)。這種方式雖然效果較好，但是工作量巨大，且操作煩瑣，維護(hù)工作效率較低，維護(hù)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(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)

航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)的作用就是進(jìn)行航標(biāo)基礎(chǔ)位置信息、航標(biāo)動(dòng)態(tài)信息以及歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)與利用，如果發(fā)生航標(biāo)異常的情況，系統(tǒng)會(huì)快速發(fā)布信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙測(cè)和控制，其目的就是建設(shè)航標(biāo)遙測(cè)遙控終端系統(tǒng)。

4.1 航標(biāo)遙測(cè)遙控終端組成及結(jié)構(gòu)

航標(biāo)遙測(cè)遙控終端系統(tǒng)內(nèi)的航標(biāo)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(chǔ)和GPRS/GSM 等模塊，可以隨時(shí)監(jiān)控航標(biāo)位移、航標(biāo)燈狀態(tài)等參數(shù)，就有遠(yuǎn)程控制的能力，同時(shí)能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)胶降绖?dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互使用。航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)功能完善，其包含遠(yuǎn)程終端單元（英文名稱(chēng)Remote Terminal Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)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(jì)方案的要求選用的是分體式航標(biāo)遙測(cè)遙控終端RTU，系統(tǒng)功能非常的完善，檢測(cè)、通信功能完整，且能耗較低，完全滿(mǎn)足長(zhǎng)期的運(yùn)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(cè)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?yàn)榫S護(hù)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(xiàng)功能可以正常運(yùn)行的能量基礎(chǔ)。分體式航標(biāo)航測(cè)系統(tǒng)的終端RTU 系統(tǒng)安裝到一體化航標(biāo)燈的外部，不會(huì)占用航標(biāo)燈的能源，其能源主要來(lái)自電力系統(tǒng)供應(yīng)和太陽(yáng)能系統(tǒng)的供應(yīng)，所以?xún)?nèi)部主要組成部分是太陽(yáng)能電池、蓄電池等。

4.2 航標(biāo)遙測(cè)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(biāo)所在的經(jīng)度、緯度、參考點(diǎn)偏移位置等信息，能夠快速的確定速度與時(shí)鐘信息，同時(shí)能傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。

4.2.2 航標(biāo)燈及終端運(yùn)行參數(shù)采集

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

4.2.3 數(shù)據(jù)交換

通過(guò)GPRS/GSM 進(jìn)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(dá)到自動(dòng)化傳輸數(shù)據(jù)的作用，直接上報(bào)數(shù)據(jù)信息，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的效果。綜合分析費(fèi)用方面的因素，優(yōu)先選擇使用成本相對(duì)較低的GPRS 通信模式，如果該模式無(wú)法達(dá)到通信的要求，可以自動(dòng)轉(zhuǎn)化為GSM 模塊通信，實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)姆€(wěn)定和效果提升[2]。

4.2.4 遠(yuǎn)程控制

航道動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)以工作實(shí)際需要為出發(fā)點(diǎn)，給系統(tǒng)終端直接發(fā)送控制、設(shè)置以及查詢(xún)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(biāo)運(yùn)行參數(shù)，對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行和控制起到關(guān)鍵性作用。

5 數(shù)字航道在航標(biāo)監(jiān)測(cè)與維護(hù)中的應(yīng)用效果

5.1 實(shí)現(xiàn)航標(biāo)監(jiān)測(cè)與維護(hù)效率的提高

其一，通過(guò)使用航道信息化系統(tǒng)建設(shè)，可以快速完善航標(biāo)遙測(cè)遙控功能，對(duì)于該航道內(nèi)的1600 余座航標(biāo)實(shí)施全面的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，然后建立完善的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，從而可以對(duì)整個(gè)區(qū)域內(nèi)的航標(biāo)基礎(chǔ)信息準(zhǔn)確定位和使用，為航標(biāo)管理信息化水平提升奠定基礎(chǔ)。其二，航標(biāo)信息化建設(shè)，提高維護(hù)管理信息化水平，可以全面監(jiān)測(cè)工作人員的日常工作情況，發(fā)揮出平臺(tái)監(jiān)測(cè)的作用，了解航標(biāo)運(yùn)行的狀態(tài)。在航道監(jiān)測(cè)管理中，通過(guò)對(duì)前期試點(diǎn)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(yùn)行后，每周巡查一次，人力資源節(jié)約比較明顯，工作強(qiáng)度下降，還能夠減輕維護(hù)管理的成本[3]。此外，航道管理單位通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控使管理更加方便，操作也會(huì)更加有效，從而提高了監(jiān)控效果。其三，全面提升航標(biāo)維護(hù)管理水平。利用航標(biāo)信息化管理系統(tǒng)，可以快速的獲取報(bào)警信息，精準(zhǔn)確定失常航標(biāo)的位置，給失常航標(biāo)的恢復(fù)提供基礎(chǔ)，尤其是在洪水期內(nèi)，以往發(fā)生標(biāo)志移動(dòng)的情況，航道維護(hù)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(biāo)志船水流作用下會(huì)移動(dòng)較遠(yuǎn)的距離，長(zhǎng)度可達(dá)幾十里，無(wú)法及時(shí)恢復(fù)航標(biāo)而影響航道安全，尋找過(guò)程也會(huì)消耗較多的人力、物力。因此，在航標(biāo)管理信息化系統(tǒng)建設(shè)后，能夠縮短航標(biāo)恢復(fù)時(shí)間，給航道運(yùn)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(yùn)行，隨時(shí)監(jiān)控航標(biāo)運(yùn)行的狀態(tài)，達(dá)到動(dòng)態(tài)化信息的掌握，及時(shí)了解航標(biāo)工作情況，縮短航標(biāo)失常的恢復(fù)時(shí)間間隔。通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在設(shè)備安裝工作結(jié)束后，失常標(biāo)志重新恢復(fù)時(shí)間從原先的30min 縮短為1min，航標(biāo)失常時(shí)間從原先的2h 縮短為30min，從而保證船舶通行達(dá)到安全性的要求，對(duì)于保證航道運(yùn)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(yùn)行數(shù)據(jù)信息、統(tǒng)計(jì)歷史數(shù)據(jù)，能夠?qū)κСr(shí)間、失常情況有充分的了解，快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)航標(biāo)運(yùn)行的規(guī)律，從而能夠在最短時(shí)間內(nèi)獲取航標(biāo)失常的信息，對(duì)重點(diǎn)時(shí)段進(jìn)行監(jiān)控，使管理和維護(hù)效果更加出色，對(duì)于提升后續(xù)的服務(wù)功能水平起到積極的作用，也會(huì)更好地促進(jìn)我國(guó)航道事業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

6 存在的問(wèn)題及原因分析

6.1 航標(biāo)終端（RTU）功能存在不足和短板

由于終端（RTU）直接安裝到航標(biāo)上，尤其是一些長(zhǎng)期處于水面運(yùn)行的航標(biāo)，這些航標(biāo)所處地域環(huán)境比較惡劣，長(zhǎng)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(yùn)行，給航道運(yùn)行安全性帶來(lái)負(fù)面影響。因?yàn)榻K端系統(tǒng)設(shè)計(jì)本身就存在著一定的短板，比如超時(shí)報(bào)警、航標(biāo)偏移等，給正常運(yùn)行管理帶來(lái)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(jìn)行航標(biāo)遙控遙測(cè)的核心組成部分，就目前的運(yùn)行實(shí)際情況分析，不管是聯(lián)通，還是移動(dòng)的GPRS／GSM 移動(dòng)信號(hào)，因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行的原因，都容易出現(xiàn)信號(hào)傳輸中斷或者不穩(wěn)定的情況。因?yàn)橥ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)往往是不通暢的，遙測(cè)數(shù)據(jù)不能及時(shí)傳輸該服務(wù)器，也會(huì)導(dǎo)致指令機(jī)堵塞而發(fā)生死機(jī)的情況，功能無(wú)法發(fā)揮出來(lái)使系統(tǒng)運(yùn)行效果變差。

6.3 系統(tǒng)平臺(tái)穩(wěn)定性有待提高

在日常的工作中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及應(yīng)用方面都存在一定的缺陷，比如服務(wù)器死機(jī)、指令數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、監(jiān)控平臺(tái)無(wú)法及時(shí)刷新數(shù)據(jù)等。

7 完善航標(biāo)遠(yuǎn)程遙控遙測(cè)系統(tǒng)的設(shè)想

7.1 建立多功能航標(biāo)智能系統(tǒng)

通過(guò)系統(tǒng)合理設(shè)置，進(jìn)行感知范圍的擴(kuò)大，從而提高感知數(shù)據(jù)精度?；诖?，在航標(biāo)終端設(shè)置中安裝相應(yīng)的傳感器系統(tǒng)，比如航標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)、碰撞系統(tǒng)、水深探測(cè)系統(tǒng)、風(fēng)速檢測(cè)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，用以保證系統(tǒng)運(yùn)行功能性。

7.2 構(gòu)建強(qiáng)有力的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)（詳見(jiàn)圖1擬構(gòu)建的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)示意圖）

圖1 擬構(gòu)建的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)示意圖

7.3 重建主機(jī)系統(tǒng)

為了能夠合理地應(yīng)用計(jì)算資源，信息監(jiān)控中心需安裝模擬系統(tǒng)。計(jì)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(jī)的功能得以實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)創(chuàng)設(shè)出一個(gè)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行環(huán)境的改進(jìn)與完善的作用，但是其是獨(dú)立運(yùn)行的，不會(huì)給其他系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)任何的影響。計(jì)算虛擬化把主機(jī)內(nèi)單個(gè)物理核虛擬出多個(gè)VRCPU（虛擬處理器），這些VRCPU 就是對(duì)功能性的完善，使運(yùn)行效果得到提升。在底層虛擬化技術(shù)從底層計(jì)算資源抽象使用，數(shù)據(jù)中心會(huì)形成功能性合格的計(jì)算資源池，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算系統(tǒng)的建設(shè)。在池化結(jié)束后，用戶(hù)在計(jì)算池內(nèi)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，如果用戶(hù)退訂資源，會(huì)回歸到池中，其他用戶(hù)可以正常使用[5]。

7.4 重建存儲(chǔ)系統(tǒng)

服務(wù)器內(nèi)雖然有硬盤(pán)，但是存儲(chǔ)空間比較少，信息監(jiān)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)還需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)手段才能保證功能得以實(shí)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(kù)系統(tǒng)，達(dá)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(chǔ)到系統(tǒng)內(nèi)。結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)的作用是存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)形式。要想保證自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行功能滿(mǎn)足要求，需要根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的要求進(jìn)行存儲(chǔ)系統(tǒng)重建，保證存儲(chǔ)效果和性能合格，從而達(dá)到自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行效果，提高運(yùn)行質(zhì)量水平。

7.5 重建安全系統(tǒng)

按照我國(guó)發(fā)布的《網(wǎng)絡(luò)安全法》以及國(guó)家相關(guān)的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)中，必須要同時(shí)建設(shè)安全系統(tǒng)，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性符合要求，不會(huì)給系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生任何負(fù)面的影響?？紤]到系統(tǒng)運(yùn)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，達(dá)到運(yùn)行的質(zhì)量要求。從技術(shù)角度進(jìn)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(jī)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(yǔ)

航標(biāo)遠(yuǎn)程遙控遙測(cè)系統(tǒng)的建立，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、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(biāo)維護(hù)管理實(shí)踐中，達(dá)到信息化建設(shè)的要求，促進(jìn)航標(biāo)管理水平的提升，為航道安全運(yùn)行提供有效支撐。未來(lái)還要進(jìn)一步推廣應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)水路交通現(xiàn)代化建設(shè)，達(dá)到智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的要求，為我國(guó)現(xiàn)代水路運(yùn)輸事業(yè)全面發(fā)展推波助瀾。