長江數(shù)字航道和智能航道的分析與思考

呂永祥 何 樂 陳 琳 徐秀梅

（長江航道局 武漢 430010）

1 長江數(shù)字航道

1.1 數(shù)字航道的內(nèi)涵

數(shù)字航道是數(shù)字地球概念在航道領域的具體應用，是對航道管轄區(qū)域、管理對象及管理活動的數(shù)字化表現(xiàn)，是綜合應用地理信息系統(tǒng)、遙感、遙測、寬帶網(wǎng)絡、通訊、虛擬仿真、多媒體等多種技術對航道業(yè)務流程、動態(tài)監(jiān)測管理和輔助決策服務的虛擬化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化的技術系統(tǒng)。

1.2 數(shù)字航道的主要特點

通過對航道要素等航道信息資源的數(shù)字化，實現(xiàn)航道要素等航道信息的有效采集和傳輸，達到信息資源傳輸?shù)倪h程化、及時化、實時化，進而實現(xiàn)服務的多元化。通過豐富的航道要素信息，為船舶的經(jīng)濟運行提供方便，為船舶的安全航行提供保障。

1.3 長江數(shù)字航道總體框架

長江數(shù)字航道的總體框架可以概括為“一主六分七中心、一圖一站三平臺”的7131框架體系，見圖1。

圖1 長江數(shù)字航道總體框架圖

一主中心：長江數(shù)字航道管理中心。

六分中心：在宜賓、瀘州、重慶、宜昌、武漢、南京6個區(qū)域航道局建立數(shù)字航道管理分中心。

一圖：統(tǒng)一的長江干線電子航道圖。

一站：長江航道外網(wǎng)門戶網(wǎng)站。

三平臺：航道動態(tài)監(jiān)測平臺、航道維護管理平臺、航道應急指揮平臺。

2 長江智能航道

2.1 智能航道的內(nèi)涵

“智能航道”（intelligent waterway）是指在數(shù)字航道基礎上，利用智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、自動控制、人工智能等技術，自動獲取航道系統(tǒng)要素信息，通過融合處理與深度挖掘，實現(xiàn)航道規(guī)劃科學化、建養(yǎng)智能化、管理現(xiàn)代化，為水路運輸高效、安全、節(jié)能提供實時、精確、便捷的航道服務。

2.2 智能航道組成［2］

其主要由感知層、傳輸層、支撐平臺層、服務應用層和制度保障層組成。將充分利用航道資源建立全面感知、廣泛互聯(lián)、深度融合、智能應用、機制完善的智能航道運行服務體系，實現(xiàn)航道資源的物聯(lián)化、航道信息的互聯(lián)化和航道管理服務的智能化。長江智能航道架構見圖2。

圖2 長江智能航道架構圖

2.3 智能航道的特點

（1）航道信息感知更為全面、透徹。通過智能傳感器、射頻識別、無線網(wǎng)絡等手段，從空中、水上、水面、水下實現(xiàn)航道要素信息全方位透徹的獲取，對航道航標、水位、河床地形、流速、流態(tài)等立體空間航道要素精細感知。

（2）航道信息交互更為暢通、友好。航道要素信息以不同方式嵌入網(wǎng)絡，實現(xiàn)更全面的互聯(lián)互通。同時基于多功能電子航道圖系統(tǒng)，利用先進的網(wǎng)絡通訊技術實現(xiàn)航道要素信息與應用終端實時、順暢地友好交互。

（3）航道信息服務更為實時、便捷。基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)平臺，結合智能化電子航道圖應用服務系統(tǒng)，對海量數(shù)據(jù)進行整理分析，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)到信息，從信息到知識，從知識到洞察力的過程，進而實現(xiàn)航道信息定制化服務。同時，通過航道信息服務平臺，實現(xiàn)提供實時、便捷的航道信息服務，從而保障船舶安全航行、提高航運監(jiān)管效率、提升航運運輸效益。

（4）航道管理與養(yǎng)護更為科學、低碳。基于航道數(shù)據(jù)庫，利用現(xiàn)代科學技術對航道規(guī)劃、養(yǎng)護、管理等過程進行決策分析，實現(xiàn)航道規(guī)劃科學化、建養(yǎng)智能化、管理現(xiàn)代化。同時利用遙測遙控與現(xiàn)代傳感技術，對航道工程船舶、航標狀態(tài)進行主動監(jiān)測與智能控制，實現(xiàn)航道養(yǎng)護管理過程的智能化。

3 長江電子航道圖

3.1 長江電子航道圖的概念

長江電子航道圖是指利用測繪、地理信息和網(wǎng)絡等技術，用數(shù)字化的形式展現(xiàn)長江航道及兩岸地物要素的綜合性數(shù)字地圖產(chǎn)品。

3.2 電子航道圖的建設情況

2009年11月28日長江航道局實現(xiàn)了長江宜賓合江門至太倉瀏河口河段約2 700 km電子航道圖的全線貫通工作，并將此次制作完成的長江電子航道圖統(tǒng)稱為長江電子航道圖（1.0版）。

2012年4月至8月，長江航道局完成了長江干線宜賓合江門至太倉瀏河口河段2 687.8 km電子航道圖制作，實現(xiàn)了長江電子航道圖（2.0版）的全線貫通，并于2012年10月1日起正式對外試運行。

2012年10月，在對船用終端使用情況進行回訪、調研，搜集使用意見和需求的基礎上，長江電子航道圖（3.0版）系統(tǒng)建設工作正式啟動。

3.3 不同版本長江電子航道圖的功能

（1）1.0版電子航道圖實現(xiàn)了航標等航道要素信息的數(shù)字化，進而使紙質版的航道圖變成電子版，并且可以對相關的航道要素適時更新，實現(xiàn)了部分河段航標信息的遙測遙報等功能。

（2）2.0版電子航道圖在基礎顯示方面，實現(xiàn)了電子航道圖瀏覽與導航、多源目標信息顯示、空間凈空高度信息動態(tài)顯示；在網(wǎng)絡交互方面，實現(xiàn)了電子航道圖的及時更新、航道公共信息服務、其它網(wǎng)站信息瀏覽和基于船舶位置信息服務；在使用功能上，實現(xiàn)了不同水深靈活顯示、偏離航道告警、船舶航行歷史軌跡回放、電子航道圖標注和模擬航行等功能；在高級服務方面，實現(xiàn)了航道可航水深和航寬的動態(tài)顯示、0.1 m精度等深線的實時計算與可航范圍的顯示等高級功能。

（3）3.0版電子航道圖將實現(xiàn)航道流速顯示、船舶自動避碰、山區(qū)河段可視距離顯示等功能。

（4）4.0版電子航道圖將納入更多智能化的要素，通過開展河床演變機理、船舶耗油影響因素等方面的研究，實現(xiàn)近期航道水深預測、輔助航行計劃制定、經(jīng)濟航線推薦等功能。

3.4 電子航道圖與數(shù)字航道及智能航道的關系

數(shù)字航道是智能航道的基礎，數(shù)字航道為智能航道提供了基礎設施及系統(tǒng)硬件支持，為智能航道搭建了應用支撐平臺。數(shù)字航道是航道要素等航道信息的數(shù)字化，為智能航道的數(shù)據(jù)模型提供了數(shù)據(jù)基礎和分析元素。智能航道是數(shù)字航道的擴展，是航道要素功能化、智能化的體現(xiàn)。

電子航道圖是智能航道、數(shù)字航道的載體，也是智能航道、數(shù)字航道的核心內(nèi)容，是實現(xiàn)長江航道信息管理服務的基礎平臺，建設智能航道關鍵在于研發(fā)建設多功能電子航道圖。三者是密切聯(lián)系相互依存的統(tǒng)一整體。

4 建設長江智能航道的意義

從歷史發(fā)展來看，世界上的內(nèi)河航道發(fā)展大體可以劃分為3個發(fā)展階段：低等級航道－高等級航道－智能航道。經(jīng)過幾代長江航道人的艱苦努力，目前長江干線航道經(jīng)過治理，到2011年已經(jīng)全部建成為高等級航道，成功實現(xiàn)了從低等級航道向高等級航道階段的跨越。但是，長江航道科技水平落后于基礎設施發(fā)展水平，已經(jīng)成為影響長江航道整體功能發(fā)揮和整體效率提高的最重要的制約因素。長江與世界一流的內(nèi)河——萊茵河、密西西比河相比，在管理與服務的水平上還有明顯差距；為此，長江航道局提出要加快長江航道發(fā)展轉型升級，在加快長江航道系統(tǒng)治理的同時，同步開展長江數(shù)字航道和智能航道建設，到2015年實現(xiàn)長江航道從傳統(tǒng)航道跨入數(shù)字航道、智能航道，把長江航道基本建設成為世界一流的現(xiàn)代化內(nèi)河航道。這是基于對世界內(nèi)河航道發(fā)展規(guī)律和發(fā)展階段科學判斷基礎上的科學決策。

從社會服務來看，長期以來，長江航道向社會提供公共服務的手段比較單一，主要是提供航道尺度和少量航道信息服務。隨著時代的發(fā)展，特別是現(xiàn)代物流業(yè)和行業(yè)管理的發(fā)展，社會各界對航道的公共服務能力、服務手段都提出了新的需求，沿江地方政府、港航管理部門、航運企業(yè)和營運船舶都迫切希望最大限度地利用航道資源，全面及時地了解和感知航道乃至長江水運各要素的狀態(tài)，并充分實現(xiàn)信息資源的交流共享。

從內(nèi)河水運行業(yè)來看，在航道、港口、船舶和支持保障系統(tǒng)等內(nèi)河水運要素中，航道是基礎。在國務院《關于加快長江等內(nèi)河水運發(fā)展的意見》中，明確提出利用10年左右的時間，基本建成“暢通、高效、安全、綠色”的現(xiàn)代化內(nèi)河水運體系。實現(xiàn)內(nèi)河水運的現(xiàn)代化首先必須實現(xiàn)航道的現(xiàn)代化。而實現(xiàn)長江干線航道的現(xiàn)代化，最重要的就是要提高長江航道管理和服務的科技水平，建設數(shù)字航道、智能航道，最根本性的標志就是智能化。

5 長江智能航道全面建成后的效果預期

建成后的長江智能航道其主要效果為全面感知、廣泛互聯(lián)、深度融合、智能應用、機制完善和高效服務。

（1）全面感知。在數(shù)字航道基礎上，利用智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、自動控制、人工智能等技術，自動獲取航道系統(tǒng)要素信息，借助高空、水面、水下傳感設備，實現(xiàn)水位、氣象、助航設施、橋梁凈空等信息的動態(tài)采集，實時地為航道維護管理、船舶航行提供可靠的航道信息。見圖3。

圖3 長江智能航道全面感知示意圖

（2）深度融合。在全面感知的基礎上，通過廣泛互聯(lián)、使得各種航道信息交互作用并充分挖掘、深度融合，在充分挖掘、深度融合的基礎上智能應用，主要表現(xiàn)是航道信息感知更為全面、透徹，航道信息交互更為通暢、友好、充分。

（3）智能管理。通過長江智能航道綜合服務平臺，為規(guī)劃與建設、管理養(yǎng)護、智能機務、安全管理等應用的開展提供智能管理平臺，提升智能化管理水平，使航道管理與養(yǎng)護更為科學、低碳。

（4）高效服務。以多功能電子航道圖為載體，借助長江智能航道綜合服務平臺提供信息服務、智能助航、應急服務等，使航道服務更為實時、便捷。

6 結語

目前，長江數(shù)字航道的建設已經(jīng)在長江干線分段實施，智能航道的載體電子航道圖2.0版正在試運行，電子航道圖3.0版的關鍵技術正在研發(fā)，長江數(shù)字航道、智能航道的建設，必將深化長江高等級航道建設和發(fā)展的內(nèi)涵，有力地推動我國內(nèi)河水運的轉型升級和現(xiàn)代化，為建成世界一流的現(xiàn)代化內(nèi)河航道提供有力的支撐。

［1］ 國務院.關于加快長江等內(nèi)河水運發(fā)展的意見［Z］.國發(fā)〔2011〕2號，2011－01

［2］ 長江航道局.長江智能航道專題研究［R］.武漢：長江航道局，2012.