內(nèi)河航道信息化技術(shù)的運(yùn)用和展望

趙博博 馬蘭婕

摘 要：水運(yùn)作為重要的交通大動(dòng)脈，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)揮重要的作用。隨著現(xiàn)代科技高速發(fā)展，有著悠久歷史的水運(yùn)也將迎來高科技的助力，作為水運(yùn)的重要承載航道的信息化建設(shè)，也將打開智慧模式。本文在調(diào)研航道信息化設(shè)施的基礎(chǔ)上，結(jié)合交通運(yùn)輸部相關(guān)建議和意見，提出了內(nèi)河航道信息化的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)。

關(guān)鍵詞：航道信息化;RFID;AIS;VHF;船載智能終端

中圖分類號(hào)：U64? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）03-0056-03

水運(yùn)有著無可比擬的天然優(yōu)勢(shì)，具有“綠色”屬性，能耗小運(yùn)力大，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。千百年來，水運(yùn)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)一直發(fā)揮著重大貢獻(xiàn)。但是近年來，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，有著悠久歷史的運(yùn)河，大部分依然還是處于比較自然的狀態(tài)，跟不上經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和現(xiàn)代監(jiān)管的需要。隨著海河聯(lián)運(yùn)規(guī)劃的提出[1]，智慧水運(yùn)的迫切需求需要能跟上日益增長的水運(yùn)業(yè)務(wù)的需要[2-3]。當(dāng)前構(gòu)建了多種感知設(shè)備的試點(diǎn)建設(shè)，囊括了AIS、RFID、GPS、CCTV、激光流量觀測(cè)儀等[4-5]，這些設(shè)備的使用，對(duì)于促進(jìn)水運(yùn)發(fā)揮了積極作用。對(duì)于更高層次的思考，提出航道信息化建設(shè)的可行架構(gòu)，是符合當(dāng)前的需求。

1 內(nèi)河航道信息化架構(gòu)

內(nèi)河航道信息化的架構(gòu)共有5層，分別由各類感知設(shè)備組成的感知層;接著是將獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層;然后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)層進(jìn)行數(shù)據(jù)的加工、交互以及計(jì)算存儲(chǔ);在應(yīng)用層的不同業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分類應(yīng)用;最后利用各種現(xiàn)有的公眾平臺(tái)，諸如微信公眾號(hào)、網(wǎng)站進(jìn)行信息的展示和數(shù)據(jù)消息的發(fā)布（如圖1）。

2 內(nèi)河航道信息化的設(shè)備

內(nèi)河船舶船載設(shè)備一般包括：AIS船載終端、甚高頻無線電裝置（VHF）、船用雷達(dá)、衛(wèi)星定位設(shè)備。浮標(biāo)一般包含無線收發(fā)通信設(shè)備。內(nèi)河航道信息化的設(shè)備包括了船載設(shè)備、內(nèi)河中設(shè)備以及岸上設(shè)備，這些設(shè)備大致的頻率分布如圖2所示，各種頻段的設(shè)備的使用，既合理利用了相關(guān)頻譜資源，又避免了相互間的干擾。

2.1 RFID設(shè)備

中華人民共和國交通運(yùn)輸部發(fā)布：《內(nèi)河船舶射頻識(shí)別2.45GHz技術(shù)規(guī)范》。內(nèi)河船舶射頻識(shí)別系統(tǒng)有兩部分組成，分別是裝在船上的RFID電子船名牌電子標(biāo)簽;安裝在岸邊的RFID電子船名牌讀卡器。根據(jù)規(guī)范，電子標(biāo)簽設(shè)備通過2.45GHz射頻信號(hào)與讀寫器進(jìn)行通訊。讀卡器通過2.45GHz射頻信號(hào)與電子標(biāo)簽進(jìn)行通訊，發(fā)送指令和接收信息。

在有船舶通過時(shí)，距離300米的范圍內(nèi)，岸上的RFID讀卡器就可以讀取船舶上的電子船名牌上的信息，信息包括：船舶識(shí)別號(hào)、船名、船舶類型、總噸等。

2.2 AIS設(shè)備

AIS（Automatic Identification System）是工作在VHF頻段的船舶和岸基廣播數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。它是一種可在船與船之間以及船與岸之間交換數(shù)字信息的新工具。使用AIS設(shè)備的目的是自動(dòng)船舶識(shí)別、避免船舶碰撞、協(xié)助目標(biāo)跟蹤、減少話音報(bào)告、簡化信息交換并提供附加信息以幫助了解船舶交通狀況。

AIS已在越來越多的內(nèi)河船舶配置，用作船舶之間避碰和自動(dòng)交換信息的重要助航工具。AIS是一個(gè)輔助的船舶航行信息源，利用基站AIS收集和交換船舶航行等有關(guān)信息的功能，可使港航部門獲取有關(guān)船舶的裝載貨物、航行計(jì)劃、實(shí)際位置等信息。AIS還可在應(yīng)用在航標(biāo)和搜尋救助等方面。

2.3 VHF設(shè)備

甚高頻無線電設(shè)備（VHF）通信距離為20～30海里，工作頻段為156～163MHz，是實(shí)現(xiàn)水上近距離無線電通信的主要設(shè)備。船舶甚高頻無線電臺(tái)是船舶水上航行的主要通信工具，在保障船舶航行安全和遇險(xiǎn)救助方面發(fā)揮著重要作用。

在岸上安裝了VHF岸臺(tái)，就可以通過廣播方式和船載臺(tái)進(jìn)行消息廣播，也可以通過特定頻率對(duì)預(yù)約頻率的船只進(jìn)行單向通話。

為保障我國沿海和部分內(nèi)河水域的水上交通安全，各級(jí)海事部門在交通運(yùn)輸部和部海事局的大力支持下，陸續(xù)建設(shè)了沿海VHF安全通信系統(tǒng)、內(nèi)河安全通信系統(tǒng)、沿海數(shù)字通信系統(tǒng)等安全監(jiān)管和通信類工程。

2.4視頻抓拍監(jiān)控設(shè)備

為了對(duì)需管控的目標(biāo)，進(jìn)行持續(xù)不間斷的監(jiān)管，視頻監(jiān)控和錄像是首選，可以實(shí)現(xiàn)流量管控、調(diào)度、安全監(jiān)督等功能。視頻拍攝和錄像可以對(duì)特定區(qū)域全天管理，但是僅限于“看”，不能“識(shí)”，可以看得全，難于看到細(xì)節(jié)。這就需要利用視頻拍到的圖像作進(jìn)一步的處理，從圖像當(dāng)中提取所需的細(xì)節(jié)信息，經(jīng)過處理后進(jìn)行識(shí)別。

基于視頻的圖像識(shí)別，一般采用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的方法，通過不斷訓(xùn)練，可以將目標(biāo)的識(shí)別度不斷提升，達(dá)到精確識(shí)別到個(gè)體的功能。

2.5無人平臺(tái)設(shè)備

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，新技術(shù)、新運(yùn)用層出不窮。隨著經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的頻繁和廣泛，需要關(guān)注和管控的地方越來越多，人手就成為了有限資源。這就迫切需要一些其他手段來輔助參與，隨著無人平臺(tái)技術(shù)的成熟和發(fā)展，無人平臺(tái)設(shè)備也成為一個(gè)信息化運(yùn)用的方向。

無人機(jī)平臺(tái)具有部署方式靈活、范圍廣、可長時(shí)間持續(xù)監(jiān)控，還可以根據(jù)需求掛載不同的設(shè)備實(shí)現(xiàn)不同的功能。尤其是在一些與岸隔離的地方，可以有效解決航道數(shù)字化管理系統(tǒng)中信息孤島的問題。隨著無人機(jī)平臺(tái)的傾斜攝影技術(shù)越來越成熟，無人機(jī)平臺(tái)還可以進(jìn)行測(cè)繪。在一些緊急事件發(fā)生時(shí)，通過無人機(jī)掛載通信和視頻模塊，可以完成緊急通信中繼、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌控等功能。

3 內(nèi)河航道信息化的展望

3.1航道信息化平臺(tái)

航道信息化可以通過幾個(gè)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，一個(gè)是岸基的平臺(tái)，其中涵蓋RFID、AIS、視頻、VHF、激光流量監(jiān)測(cè)等傳感設(shè)備，可以對(duì)航道中的目標(biāo)進(jìn)行多頻段、多手段監(jiān)控;另外一個(gè)是空基的平臺(tái)，利用微型無人機(jī)進(jìn)行測(cè)繪和實(shí)時(shí)監(jiān)控;還有就是水基平臺(tái)，通過布置在水面上的航標(biāo)以及浮標(biāo)來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)浮標(biāo)可以通過無線模塊和船舶以及岸基的控制中心進(jìn)行通信。這三個(gè)平臺(tái)可以根據(jù)使用的場(chǎng)合情景分別工作，也可以將三個(gè)平臺(tái)配合成系統(tǒng)使用，發(fā)揮最大效能。

3.2船載智能終端

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，未來的船舶的自動(dòng)化程度越來越高，信息化集成水平也會(huì)越來越高，勢(shì)必促成船舶朝著智能化、無人化趨勢(shì)發(fā)展，那么船岸之間的協(xié)同，信息交互也會(huì)密集。如何有效地利用傳感、物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)定義的船載智能終端是值得研究的。

為了船岸協(xié)同、無縫通信，船載智能終端可以定時(shí)或者到有岸基信息基礎(chǔ)設(shè)施的地方，報(bào)告船舶狀態(tài)，以及航行的路線，這樣岸基可以將實(shí)時(shí)掌控的航道情況（擁堵或者通暢路線）向船舶通報(bào)，形成信息分享和交互。

4 結(jié)論

現(xiàn)代航運(yùn)，應(yīng)該是具有高科技信息化水平的特質(zhì)，具備全息感知功能，可溯源、可跟蹤、全鏈條全程管理。那么在航道信息化建設(shè)當(dāng)中，需要從頂層著手設(shè)計(jì)，考慮各種因素，兼顧經(jīng)濟(jì)性、前瞻性。實(shí)現(xiàn)航道的精準(zhǔn)控制以及多源數(shù)據(jù)的融合，提供更加豐富的應(yīng)用數(shù)據(jù)，為智能航運(yùn)注入高科技信息化基因。

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