嘉興內河航運“船聯網”建設的探索與實踐

潘 輝

（武漢交通職業學院航海學院）

嘉興是全國內河水運最發達的地區之一，境內航道密布，是溝通江浙滬水路運輸的主干通道，2012年完成港口貨物吞吐量1.09億噸，名列全國內河主要港口第9位，在國家大力建設內河水運發展的背景下，可以預見，嘉興內河航運在未來還會得到迅猛發展。隨著嘉興內河航運規模總量不斷擴大，內河安全暢通保障能力也逐漸面臨巨大挑戰。利用信息化手段，對已有監管能力進行充分利用和潛力挖掘，提高運行效率，保障水網暢通，已經成為迫在眉睫的重要任務。

全面建設“船聯網”，提高內河信息化水平，對于提升港航綜合監管與應急事件處理能力有著極為重要的意義。所謂“船聯網”［1］，就是指基于航運管理精細化、行業服務全面化、出行體驗人性化的目的，以企業、船戶、船舶、貨物為對象，覆蓋航道、船閘、橋梁、港口和碼頭，融合物聯網核心技術，以數據為中心，實現人船互聯、船船互聯、船貨互聯及船岸互聯的內河智能航運信息綜合服務網絡。“船聯網”的建設目標如圖1。

圖1 “船聯網”建設目標

1 “船聯網”的研究發展現狀

1.1 國外的發展現狀

早在10多年前，歐美等發達國家紛紛建立本國的內河航運信息系統，這些系統在一定程度上促進了歐洲內河航運的發展，但由于在功能體系、標準體系以及結構框架等方面沒有統一的標準與規范，甚至同一國家的航運信息系統都不完全兼容，這給跨國、跨區域的航運資源整合帶來很多困難。2001年歐盟提出了內河信息服務（River Information Services，RIS）系統的概念［2］。經過多年的建設，如今RIS實現了歐洲內河航運綜合信息服務的協同化和規范化，極大地促進了歐洲各國內河航運事業的發展。作為一個集成運用現代信息技術以實現內河航運安全、高效及環保的綜合交通系統，RIS的顯著特點就是跨區域、跨部門異構系統的資源整合和標準統一。圖2 為RIS的體系框架。

圖2 歐洲內河航運綜合信息服務體系框架

1.2 國內研究發展現狀

“十一五”期間，我國大力加強了內河水域的航道整治和建設，各地方水運管理信息服務建設也取得了長足進步。信息服務應用范圍覆蓋船舶簽證、船舶助航、船舶交通管理、航運管理、航運信息服務、航運規費征稽、水上安全監控、應急救援支持等業務領域。長三角等內河航運發達地區已部分建成了基于AIS、GPS、RFID 等技術的內河船舶信息管理系統，并取得一定的社會和經濟效益。即便如此，縱觀我國內河航運信息化的建設，尚存在內河航運安全形勢依然嚴峻、內河航運效率相對偏低等問題，究其原因，實際上暴露出行業監管和服務上的一些不足，而這些不足又恰恰與內河航運信息化的發展水平不高密切相關［3］。

1.3 嘉興航區的發展現狀

嘉興港航以建設“數字港航”為目標，“十二五”期間，大力發展內河航運管理信息化水平。在信息化辦公方面，目前先后已建成并推廣使用了船檢信息管理系統、稽征管理系統、海事業務報表系統、運政管理系統、內河港口管理系統等業務系統；在信息終端監控方面，嘉興航區目前已初步建立由1.23萬張RFID、28個危化碼頭航道視頻監控設備組成的綜合動態監控網絡，初步實現了港航管理艇現場信息化監管。嘉興航區港航信息化建設現狀如圖3所示。

圖3 嘉興航區港航信息化建設現狀圖

2 嘉興航區“船聯網”建設框架

可以看出，嘉興港航信息化建設在港航管理、水上安全、節能減排、公眾服務等方面取得了一定的成效，并走在全國前列。然而，筆者發現，在“船聯網”要求的人-船互聯、船-船互聯、船-貨互聯及船-岸互聯方面，嘉興航區信息化建設與國外先進的內河航運信息系統相比，還存在較大的差距，特別是船舶與碼頭物流的互聯方面（即船-貨互聯）。為此，筆者根據國內外在“船聯網”建設方面的先進經驗，結合嘉興航區實際情況，對嘉興航區的“船聯網”建設提出以下構想。

2.1 “船聯網”總體構架

船聯網應具有全面感知、可靠傳輸和智能處理。本文提出的船聯網總體架構如圖4 所示，主要包括航運主體（全面感知）、數據采集（可靠傳輸）、數據處理（可靠傳輸）以及支撐應用（智能處理）三個層次。其中，航運主體主要內容為船舶通航環境、內河船舶、橋梁等臨跨河建筑物和碼頭；數據采集主要通過RFID、AIS等設備，對航運主體運行時必要的導助航信息、碼頭貨物和物流信等信息進行收集獲取；數據處理主要以互聯網、無線移動網和專用短程無線通信網絡為基礎，對所收集的數據進行加工、處理、交換、有效存儲等手段，使之成為與航運相關的有效信息；支撐應用將數據處理的有效信息通過水路交通運輸情況監測預警系統、水上交通信息服務系統和運輸物流信息服務系統進行對外發布，為管理部門、企業和船民等用戶提供服務。

圖4 “船聯網”總體構架圖

2.2 船舶-橋梁信息智能感知

根據內河航運船-橋避碰的切實需求，根據嘉興航區橋梁“密度大、凈高低”的特點，實現對橋梁和附近水域船舶的智能感知具有重要意義。感知對象和數據主要包括橋梁、船舶的靜態信息以及水深、船舶航行等實時信息。橋梁通航實時感知系統結構圖如圖5所示。

圖5 橋梁通航實時感知系統結構圖

對于靜態信息的感知，通過安裝在橋梁附近岸基RFID 讀寫器，讀取水域中接近的船舶基礎信息。同時基礎設施綜合感知儀器內部數據庫保存橋梁凈空尺寸，狀態等基本信息。

動態數據的感知，通過安裝在橋梁附近的動態水深傳感器，經過視頻監控與分析，判斷船只的實時動態通航狀態。再根據安裝在橋梁、管道上的振動傳感器，判斷碰撞事故的確切發生。

2.3 船舶-危化品碼頭信息智能感知

危化品碼頭是內河航運基礎設施中非常重要的部分，利用視頻監控和無線傳感網絡的綜合碼頭監管系統，能夠對危化品物資在碼頭裝卸過程中進行實時監控和數據采集，有效防止各類意外事故發生，保障安全作業和正規化管理的實施。危化品碼頭實時感知系統結構圖如圖6所示。

利用RFID 技術獲取到靠港船舶基本信息，并與港口泊位的水深、尺度進行比對，可對碼頭裝卸過程中違規行為進行判斷和感知。同時采用無線壓力、液位傳感器，對危化品槽罐進行實時數據監控，及時發現和計算危化品裝卸過程中數據變化［4］。

圖6 危化品碼頭實時感知系統結構圖

2.4 船舶-通航環境信息智能感知

通航環境要素包括氣象信息（如風向、風速、溫濕度等）、水文信息（如水流、潮汐等）、航道信息（如水位信息、航道障礙物、航道擁堵程度等）等；通航環境異常現象包括水上礙航漂浮物（如浮木、漂浮廢棄物等）、船舶異常行為（如違章行駛、船舶走錨）等。這些信息都會對船舶正常運行造成影響。通航環境要素實時感知系統結構圖如圖7所示。

圖7 通航環境要素實時感知系統結構圖

利用集成傳感網、RFID、AIS 等設備的集成系統，向船舶駕駛人員提供船舶運行環境狀態信息，提高船舶航行的安全性。并且通過岸基，對航道水文、氣象、異常檢測等通航環境進行智能感知，及早發現航道異常現象和船舶異常行為，為船舶做出預警［5］。

3 嘉興航區“船聯網”建設的原則

“船聯網”作為物聯網背景下的新興產物，其建設應結合嘉興航區航運發展實際需求，圍繞暢通、高效、平安、綠色的內河航運發展理念，根據國家物聯網產業發展政策，立足于“面向服務、標準引領、頂層設計”的發展理念［6］。

同時，在現有的浙江省港航信息化成果的基礎上，注重“先進性、開放性、可擴展性”的原則，建立高效、實用的嘉興航區“船聯網”系統。其中，先進性原則主要是把握科學技術的最新方向，構建先進的體系結構，保證系統具有穩定性、安全性、實用性等良好的性能；開放性原則充分發揮與臨近省、市之間航運信息數據的交換和共享，擴大信息覆蓋面，提高系統的運行效率；可擴展性是指系統設計采用模塊化、應用面向對象的設計思路，便于后期的維護和更新。

4 結 語

“十二五”期間是嘉興港航信息化高速發展的黃金時期，借助當前國家良好的政策環境和現有豐富的信息資源，嘉興港航在港航資源整合系統、內河船舶射頻識別系統（SRIS）、船舶RFID、航道數字化等航運信息化方面，與相關研究機構和院校合作開展了大量研究，并取得了積極的成果，為嘉興“船聯網”系統的發展奠定了良好的技術和資源基礎。本文是基于嘉興航區已有的信息化資源，提出“船聯網”的總體構架圖，同時對具體子系統提出初步的建設設想和方案。

1 董耀華，孫偉，董麗華，張成雷.我國內河“船聯網”建設研究［J］.水運工程，2012，8（8）：146-149.

2 趙穎慧，曹從詠.基于船聯網的水路危險貨物運輸應急信息系統原型設計［J］.中國水運，2011（7）：44-45.

3 羅本成，麥克，蔡麗娟.推進內河航運綜合信息服務建設的思考［J］.中國水運，2010（2）：52-53.

4 秦玉，姚振強.危險品集裝箱狀態實時監測系統設計［J］.機械設計與研究.2008，24（6），98-101.

5 董超群，董芳，孫偉峰等.海洋水文氣象綜合數據采集器的研制［J］.電子設計工程，2012，20（3）：7-9.

6 劉清，陶存新，郭君.創建長江航道預警應急指揮系統框架［J］，船海工程，2007（4）：32-36.