合裕線水上交通安全支持保障方案分析

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(1.交通運輸部水運科學(xué)研究所，北京 100088；2.安徽省地方海事局，合肥 230011)

合裕線(合肥—裕溪口航線)水上交通安全支持保障系統(tǒng)建設(shè)項目包括：全線甚高頻通信系統(tǒng)、全線重點區(qū)域視頻監(jiān)控系統(tǒng)、水上綜合執(zhí)法與應(yīng)急救助基地及工作站、巢湖水上搜救中心、全省水上交通地信息系統(tǒng)、省市調(diào)度指揮中心等。

合裕航道起點為合肥市當(dāng)涂路橋，終點為裕溪河入長江河口，由南淝河、巢湖、裕溪河三段組成，全長139.8 km。其中：當(dāng)涂路橋至南淝河入口24 km(當(dāng)涂路橋至312國道橋7 km，312國路橋下17 km);巢湖湖區(qū)段54 km;巢湖閘至裕溪河入江口61.8 km。合裕航道跨合肥、巢湖兩市，涉及瑤海、包河、居巢三區(qū)和肥東、含山、和縣、無為四縣。

合裕線航道通航歷史悠久，早在夏商之際就曾是舟楫相通，秦漢以后，水運已較為發(fā)達，三國時期，是魏吳重要的漕運通道，歷史上的巢肥運河，指的就是合裕航道。興于三國，衰于南北朝以后。建國初期合裕航道只常年通航50 t以下木船，季節(jié)性通航50～80 t木船，自1954年起水利、交通部門為綜合利用水資源，改善巢湖流域水利和航運落后面貌，對南淝河、巢湖、裕溪河進行了一系列治理，經(jīng)過近50余年治理，合裕線航道已成為國家干線航道網(wǎng)之一。安徽省骨干航道網(wǎng)“兩干三支”中的一支，省會經(jīng)濟圈惟一入江航道，合肥港也發(fā)展成全國28個內(nèi)河主要港口之一。

合裕線為《全國內(nèi)河航道與港口布局規(guī)劃(2006～2020年)》國家高等級航道網(wǎng)“兩橫一縱兩網(wǎng)十八線”中長江水系“一橫一網(wǎng)十線”中的一線，規(guī)劃等級為三級。

合裕航道升級改造自2008年以后逐步展開。先是在裕溪船閘、巢湖船閘處建復(fù)線船閘，接著將對航道進行全面疏浚。復(fù)線船閘的標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計三級，兼顧二級水深。通過整治，合裕線航道現(xiàn)可常年通行500～1 000 t級船舶，該工程既滿足了合巢蕪區(qū)域經(jīng)濟和社會發(fā)展需要，又完善了以合肥為中心的鐵路、公路、航空、水運綜合運輸網(wǎng)絡(luò)。同時，對改善巢湖水域的生態(tài)環(huán)境、增加裕溪河泄洪能力，促進巢湖旅游事業(yè)發(fā)展都具有重要的意義。

升級后的合裕線航運能力有了更大的提升。與此同時，也帶來了全航線因船只充滿率的加大、船舶噸位的提高和船員操縱能力待提高等方面的影響因素，存在安全性隱患[1]。因此，合裕線水上交通安全支持保障系統(tǒng)建設(shè)就顯得意義重大。從各方面優(yōu)化系統(tǒng)對于安全性、經(jīng)濟性和管理合理性都有有效的幫助。

1 合裕線水上交通安全支持保障系統(tǒng)

關(guān)于合裕航道交通安全動態(tài)監(jiān)控，目前已在24 km的南淝河航段和重要碼頭設(shè)置20個全天候攝像頭，由與監(jiān)測網(wǎng)配套的水上交管中心實施監(jiān)測。海事人員在水上交管中心可24 h實時監(jiān)控南淝河的船舶航行、水上施工和各碼頭船舶作業(yè)等，一旦發(fā)生緊急事故，可立即安排搜救艇前往。

隨著合裕線全線航道升級工程的全面完成，安徽省地方海事局與交通部水運規(guī)劃設(shè)計研究院研發(fā)完成了合裕線全線水上交通安全支持保障系統(tǒng)，可對140 km合裕線航道全程監(jiān)控。該系統(tǒng)是整個工程的配套管理子系統(tǒng)。

合裕線航道交通安全支持保障系統(tǒng)的研究與建設(shè)，主要有下面幾方面的內(nèi)容。

1)建立合裕線航道交通監(jiān)控與指揮系統(tǒng)。主要包括省市(合肥市、巢湖市)調(diào)度指揮中心、全線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

2)建立全線的VHF系統(tǒng)、VTS系統(tǒng)以及RFID系統(tǒng)等。這是合裕線水上交通安全支持保障系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)保障。

建立VTS系統(tǒng)是整個系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵和重點，內(nèi)容包括：提供雷達系統(tǒng)技術(shù)方案，配置各雷達站設(shè)備；配置指揮中心設(shè)備；研發(fā)繪制系統(tǒng)和各子系統(tǒng)信號流程圖；對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行技術(shù)處理；研發(fā)AIS子系統(tǒng)；研發(fā)交通顯示控制及記錄重放子系統(tǒng)；建立系統(tǒng)各類接口、標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式；完成系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)計算(雷達檢測能力含雷達覆蓋模擬圖，系統(tǒng)分辨力，單雷達站及系統(tǒng)跟蹤處理容量)。

研發(fā)VHF系統(tǒng)包括：配置各VHF基站設(shè)備；配置VHF中心設(shè)備；建立系統(tǒng)各類接口、標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式；計算VHF基站通信覆蓋能力。

RFID系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的技術(shù)平臺與核心，研發(fā)內(nèi)容包括：配置RFID系統(tǒng)硬件設(shè)備；研發(fā)RFID系統(tǒng)管理軟件與數(shù)據(jù)接口；配備船載RFID設(shè)備。

3)地理信息、電子巡航系統(tǒng)。主要包括全省地理信息系統(tǒng)平臺建設(shè)、合裕線電子航道圖建設(shè)、電子巡航系統(tǒng)建設(shè)等。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 VTS系統(tǒng)

船舶交通服務(wù)(vessel traffic services,VTS)系統(tǒng)是采用先進的技術(shù)，實現(xiàn)對重點水域的雷達覆蓋，對重點船舶實施跟蹤，通過糾正船舶違章來減少險情和事故發(fā)生，并為船舶提供信息服務(wù)、助航服務(wù)和交通組織服務(wù)等，支持與其他部門的聯(lián)合行動。

合裕全線甚高頻(very high frequency,VHF)系統(tǒng)由一個VTS中心和若干雷達站構(gòu)成。其中的關(guān)鍵是巢湖VTS系統(tǒng)。整個系統(tǒng)要求雷達波涵蓋西北的合肥市和東南的裕溪河入江口。根據(jù)設(shè)計選型，雷達信號的最大覆蓋半徑為18 km，西北VHF通信基站建在大興集；東南站建在運漕鎮(zhèn)。巢湖VTS系統(tǒng)中，VTS中心建于原中廟港航所內(nèi)。巢湖VTS系統(tǒng)的管理范圍為：巢湖湖區(qū)，所有雷達站通過租用公用網(wǎng)傳輸鏈路的方式將信息傳輸至巢湖VTS中心，在巢湖VTS中心進行綜合處理與顯示，由VTS中心統(tǒng)一負責(zé)VTS的值班和運行。

合裕線水上交通安全支持保障系統(tǒng)的重點區(qū)域是巢湖水域。而該水域建設(shè)保障系統(tǒng)的關(guān)鍵是雷達站點的布置。從現(xiàn)實條件出發(fā)，湖區(qū)雷達站可有不同方案選擇，見圖1。

圖1 雷達站方案

方案一。設(shè)大興、中廟(VTS中心)、散兵和運漕4個雷達站。該方案的特點是利用中廟這一巢湖的突出部，建立中廟站，同時作為VTS中心。雷達波幾乎能覆蓋面到整個巢湖水域。但中廟站的海拔相對較低，站點的基礎(chǔ)設(shè)施工程量較大。

方案二。將VTS站選點在巢湖南岸的袁家山，該處海拔優(yōu)勢明顯。

方案三。將VTS站選點在巢湖南岸的青龍咀，該處交通便利、施工方便。另一站置于巢湖市南的龜山上，此處海拔較高，且靠近鐵路線，便于施工建設(shè)。

根據(jù)合裕線水上甚高頻系統(tǒng)基站總體布局原則，甚高頻雷達站址選擇應(yīng)保證功能與經(jīng)濟效益的最大化。具體應(yīng)考慮如下幾方面因素。

1)滿足功能要求。在可能的條件下應(yīng)選擇制高點，增大覆蓋范圍，保證信號覆蓋整個湖區(qū)。

2)應(yīng)具有良好的電磁環(huán)境。應(yīng)該是站點最少、路徑最短、傳輸穩(wěn)定、信號損失最小的環(huán)境。

3)利用社會通信運營商的基礎(chǔ)設(shè)施進行建設(shè)，工程建設(shè)與運行維護成本低、效益好。

4)應(yīng)考慮值守人員交通及生活的方便性。

從地理上看，巢湖地處皖中，東臨長江，北面距105省道僅3 km、距合蕪杭城際鐵路最近處(巢湖龜山)不足1 km；東面的316省道沿湖而行，其中散兵鎮(zhèn)省道穿鎮(zhèn)而過；南面距316和103省道10 km，且環(huán)湖人煙稠密，生活便利。

利用最優(yōu)樹理論[2]，以建站選點高度、信息傳遞路程長度、電磁環(huán)境、交通條件、生活條件和初投入成本等為權(quán)因子，權(quán)值最大者為綜合效果最好，根據(jù)表1統(tǒng)計結(jié)果，方案一為最終方案。

表1 各方案權(quán)因子及權(quán)值

方案一中，建有兩個雷達基站，即中廟通信基站和散兵通信基站。VTS中心也建于中廟。 中廟基站雖然相對海拔不高，但其所在的半島位置，信號基本上可以覆蓋大部分湖區(qū)。與VTS中心同處一地，與其他方案比較，傳輸路徑最短、傳輸穩(wěn)定、信號損失最小，見圖2。

圖2 信號傳輸路徑示意

兩個基站均在居民居住區(qū)域，交通便利、生活方便。距主要交通線很近，基礎(chǔ)建設(shè)與運行維護成本最低、效益最好。

2.2 VHF系統(tǒng)

根據(jù)合裕線水上VHF系統(tǒng)基站總體布局原則和VTS系統(tǒng)優(yōu)化的結(jié)果，據(jù)此全線擬建設(shè)VHF通信基站4座，分別是：大興集甚高頻基站、中廟甚高頻基站、散兵甚高頻基站、運漕甚高頻基站。

大興基站位于合裕線南淝河河?xùn)|，靠近安徽省會合肥。便于與省航運部門通信及聯(lián)系。該基站雷達波可以覆蓋合肥市，也包括了南淝河入巢湖的入湖口即船舶由湖入河的瓶頸之處。同時，基站建在南淝河水流方向自東向西改變?yōu)橛杀毕蚰系墓拯c處，河道彎曲、船舶容易擁堵。在此建站，有利于管理和控制水上交通。

中廟VHF基站建于巢湖北岸半島形的突出部位，該站發(fā)出的雷達波幾乎可以覆蓋整個巢湖水域，對于監(jiān)控管理十分有利。而且雷達波對周邊居民的輻射影響面相對較小。作為整個監(jiān)制系統(tǒng)的信息傳輸(VTS)中心，位于全航線的中部，便于收集各個方向的信息進行處理，是整個系統(tǒng)的大腦。

散兵基站建于巢湖西面裕溪河口，是另一處交通瓶頸水域。雷達波覆蓋范圍可彌補中廟覆蓋區(qū)的不足，也能覆蓋裕溪河?xùn)|部近1/3的河段。

運漕基站建在裕溪河西段，雷達波覆蓋區(qū)東與散兵基站相銜接，西包括裕溪河進長江的入江口，也是主要的水上交通控制點。

2.3 RFID系統(tǒng)

無線射頻識別(radio frequency identification,RFID)系統(tǒng)主要針對小型船舶，此類船舶大多無供電設(shè)備，無法安裝AIS終端；此外，由于RFID船載設(shè)備成本較低，也適用于大量布置，從而便于進行統(tǒng)計分析。RFID系統(tǒng)由數(shù)據(jù)上收部分(船舶電子標(biāo)簽)、數(shù)據(jù)接收與傳輸部分(基站)和數(shù)據(jù)管理中心3大部分組成。

基站將電子標(biāo)簽上報的數(shù)據(jù)通過本地的局域網(wǎng)或3G CDMA網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)管理處理中心。執(zhí)法人員根據(jù)電子標(biāo)簽，對船舶進行身份識別及數(shù)據(jù)查詢?yōu)g覽，違章船舶、年檢過期、證書過期等問題船舶將無處遁形，是判定是否開出現(xiàn)場處罰的憑證。

數(shù)據(jù)管理中心主要是負責(zé)對上傳的數(shù)據(jù)進行解析、處理，給出各種顯示報表、日志，實現(xiàn)管理人員對小型旅游船人性化、智能化的管理。

根據(jù)合裕線水上交通的基本情況，在南淝河進巢湖的入口處、裕溪河與巢湖的交匯處(巢湖閘)、裕溪口、南淝河大興水上綜合執(zhí)法與應(yīng)急救助基地及南淝河施口水上綜合執(zhí)法與應(yīng)急救助基地、巢湖中廟水上綜合執(zhí)法與應(yīng)急救助基地、巢湖散兵水上綜合執(zhí)法與應(yīng)急救助基地、巢湖閘水上綜合執(zhí)法與應(yīng)急救助基地、裕溪河雍家鎮(zhèn)水上綜合執(zhí)法與應(yīng)急救助基地及裕溪閘水上綜合執(zhí)法與應(yīng)急救助基地等10個重點位置建設(shè)10座RFID基站。

在巢湖搜救中心建設(shè)1套數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和1套應(yīng)用軟件。為合裕線重點運行船舶配置400個有源船載終端。

3 結(jié)束語

合裕線是安徽省會合肥水路通江的重要交通線，建立安全保障系統(tǒng)勢在必行。優(yōu)化布局是保證該系統(tǒng)科學(xué)、經(jīng)濟的必要手段。工程優(yōu)化的方法有很多，本文提出了一種優(yōu)化思路，并通過應(yīng)用實例完成了理論上驗證和實際操作中的指導(dǎo)，對于減少工程建設(shè)的隨意性、盲目性是一種探討和研究。

[1] 董曙光.安徽省合格線過閘運輸船舶標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度研究[J].船海工程，2013，42(3)：188-191.

[2] 迪斯特爾.圖論[M].于青林,譯.北京：高等教育出版社，2013.