三峽船閘上游錨地監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄒金松

(中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司　武漢　430071)

三峽船閘上游錨地監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄒金松

(中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司武漢430071)

摘要三峽船閘上游錨地監(jiān)控管理系統(tǒng)的建設(shè)可以幫助提高船舶過閘效率，充分發(fā)揮三峽工程的通航效益。對三峽壩區(qū)的安全監(jiān)管現(xiàn)狀進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了三峽船閘上游錨地監(jiān)控管理系統(tǒng)的架構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)主體需求對主要功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)主要包括監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集、通航環(huán)境信息發(fā)布、錨地狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)控和錨地業(yè)務(wù)管理等子系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對三峽庫區(qū)航道、船閘、碼頭和渡口等重點(diǎn)水域的監(jiān)控。

關(guān)鍵詞三峽船閘錨地安全監(jiān)控管理

內(nèi)河船舶監(jiān)控管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)內(nèi)河航運(yùn)信息感知的重要技術(shù)手段與方法。近年來，加快長江等內(nèi)河的水運(yùn)發(fā)展已上升為國家戰(zhàn)略。同時(shí)，隨著信息化的發(fā)展與大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，內(nèi)河船舶安全監(jiān)管系統(tǒng)成為保障內(nèi)河航行安全的重要手段之一。

在國外的內(nèi)河航運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)中，德國的ARGO(Advanced River Navigation)系統(tǒng)[1]主要為萊茵河中部的狹窄河道航行的船舶提供信息服務(wù)，向船舶駕駛員提供實(shí)時(shí)的航道條件信息和安全水深范圍信息。美國海岸警衛(wèi)隊(duì)建立的IRVMC (inland rivers vessel movement Center)系統(tǒng)[2]整合了GPS系統(tǒng)、AIS系統(tǒng)和電子航道圖系統(tǒng)，基于準(zhǔn)確的船舶位置跟蹤保證了船舶的有效監(jiān)管，通過電子航道圖系統(tǒng)和共享船舶位置信息輔助船舶航行，為船舶調(diào)度、船閘運(yùn)行管理、安全監(jiān)控、環(huán)境保護(hù)等提供信息服務(wù)支持。

針對內(nèi)河水域的特點(diǎn)，我國在國外信息服務(wù)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，已經(jīng)初步建立了由船舶交通管理系統(tǒng)(vessel traffic services,VTS)、船舶自動(dòng)識別系統(tǒng)(automatic identification system，AIS)、閉路電視系統(tǒng)(closed circuit tele vision,CCTV)和無線射頻識別系統(tǒng)(radio frequency identification devices,RFID)等船舶航行的立體化監(jiān)管體系[3]。這些監(jiān)管系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對內(nèi)河船舶航行信息的采集與分析，提高內(nèi)河安全監(jiān)管的力度與信息化服務(wù)能力。

錨地作為船舶安全停泊、避風(fēng)裝卸貨物等的安全場所，近年來錨地的安全與監(jiān)管技術(shù)得到研究人員的重視。在港口錨地的合理配布和優(yōu)化、錨地功能改善和規(guī)劃、船舶進(jìn)入錨地后對錨地的安全監(jiān)管等方面開展了大量的研究[4]。

本文通過分析三峽壩區(qū)的船舶安全監(jiān)管現(xiàn)狀，對三峽船閘上游錨地的監(jiān)控管理系統(tǒng)進(jìn)行了架構(gòu)分析和功能設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，可以幫助管理人員更好地利用三峽庫區(qū)內(nèi)有限的錨地資源，保障水上交通安全。

1　三峽壩區(qū)安全監(jiān)管現(xiàn)狀

三峽船閘上游錨地是為通過三峽船閘船舶等待過閘和上游待閘船舶提供錨泊的專用基地，是三峽通航保障工作的重要內(nèi)容之一。近年來，對三峽錨地的研究不斷深入，國內(nèi)學(xué)者對包括三峽危險(xiǎn)品船舶待閘錨地的多元化研究、錨地容量分析、待閘錨地結(jié)構(gòu)分析與建設(shè)管理[5-6]等開展了大量的研究工作，但是對于三峽錨地的智能化監(jiān)管手段研究較少，錨地信息化監(jiān)控管理手段的缺失，給三峽待閘錨地的有效管理帶來諸多困難和問題，迫切需要建設(shè)錨地監(jiān)控管理系統(tǒng)。通過三峽壩區(qū)通航管理綜合信息系統(tǒng)工程CCTV監(jiān)視系統(tǒng)的建設(shè)，現(xiàn)階段已初步實(shí)現(xiàn)對三峽河段航道、船閘、碼頭和渡口等重點(diǎn)水域的視頻監(jiān)控。但是，仍存在以下不足之處。

(1) 目前三峽局大部分錨地及錨泊區(qū)域未實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的覆蓋。未覆蓋區(qū)域不能實(shí)現(xiàn)與待閘船舶及錨泊躉船信息交互及通信、遠(yuǎn)程可視監(jiān)控，難以提高三峽通航的綜合管理與公眾服務(wù)水平。

(2) 已建CCTV系統(tǒng)不能滿足三峽局管理集中化的需求。管理集中化的目的是對信息收集、分析與發(fā)布流程的全局性掌握，進(jìn)而對三峽壩區(qū)通航管理綜合信息系統(tǒng)工程CCTV監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器及平臺軟件對前端信號進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制。

針對以上不足，需要結(jié)合長江三峽大壩上游河段實(shí)際船舶通航情況，為安全通過三峽船閘、船舶等待過閘和上游待閘，設(shè)計(jì)錨地監(jiān)控管理系統(tǒng)并最終實(shí)現(xiàn)。

2　系統(tǒng)架構(gòu)分析

三峽船閘上游錨地監(jiān)控管理系統(tǒng)需要幫助管理人員實(shí)現(xiàn)包括進(jìn)入報(bào)告、錨位指泊、錨位確認(rèn)與船舶信息統(tǒng)計(jì)、錨地水域和錨泊秩序監(jiān)控、船舶發(fā)航調(diào)度等方面的工作，為加強(qiáng)、完善錨地管理和服務(wù)的重要手段和技術(shù)支撐。本系統(tǒng)在充分利用現(xiàn)有信息網(wǎng)絡(luò)、各應(yīng)用系統(tǒng)等建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，將通信信息網(wǎng)絡(luò)延伸覆蓋到錨地外圍站點(diǎn)，開發(fā)各功能子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理系統(tǒng)與現(xiàn)有通航管理業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的有效銜接，實(shí)現(xiàn)與待閘船舶及錨泊躉船信息交互及通信、遠(yuǎn)程可視監(jiān)控、待閘申報(bào)自動(dòng)受理及分類、分區(qū)指泊、進(jìn)出錨地時(shí)間自動(dòng)記錄、數(shù)據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析、在錨船舶及泊位占用情況瀏覽等信技術(shù)；各錨泊躉船信息化網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，各錨地水域可視監(jiān)控前端采集設(shè)備全覆蓋等，以增強(qiáng)錨地管理和服務(wù)能力，總體提高船閘通航管理與公眾服務(wù)水平。

系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1。

圖1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)通過過閘調(diào)度等系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口、通航環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測及數(shù)據(jù)接口系統(tǒng)、泊位監(jiān)控雷達(dá)系統(tǒng)、CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)分別獲取船舶GPS數(shù)據(jù)、通航環(huán)境信息、船舶目標(biāo)雷達(dá)數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。而系統(tǒng)管理子系統(tǒng)則對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，并將信息利用不同形式進(jìn)行發(fā)布和使用。

其應(yīng)用系統(tǒng)關(guān)系圖見圖2。

圖2　應(yīng)用系統(tǒng)關(guān)系圖

(1) 錨地動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對監(jiān)控區(qū)段的船舶AIS信息進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)前端采集和管理，并將采集獲取的信息分別發(fā)送至錨地業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和三峽通航管理局門戶網(wǎng)站，分別供管理員和其他人士進(jìn)行信息查詢，實(shí)時(shí)了解錨地船舶的動(dòng)態(tài)信息。為錨地業(yè)務(wù)管理平臺和三峽通航管理局公眾服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。

(2) 錨地業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)主要輔助錨地錨泊業(yè)務(wù)開展，為各類船舶待閘停靠錨地管理提供支撐；管理員通過對錨地業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的操作，可實(shí)時(shí)的對監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控，對違規(guī)違章船舶進(jìn)行監(jiān)督和控制；同時(shí)通過三峽通航管理局外網(wǎng)門戶網(wǎng)站進(jìn)行信息發(fā)布。

(3) 三峽通航管理局外網(wǎng)門戶網(wǎng)站主要是管理員信息發(fā)布與用戶信息查詢的交互平臺。管理員綜合錨地信息，將信息以圖像等直觀的方式通過網(wǎng)站、移動(dòng)終端等完成信息發(fā)布，為過往船舶、社會公眾提供服務(wù)。

(4) 外部軟件接口保證了應(yīng)用系統(tǒng)良好的擴(kuò)展性，可通過接口與其他軟件系統(tǒng)相互通訊或獲取信息。

3　系統(tǒng)功能分析

三峽船閘上游錨地監(jiān)控管理系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對壩區(qū)河段航行船舶、航道、錨地、船閘、碼頭和渡口等重點(diǎn)水域的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。

因此本系統(tǒng)需要涵蓋錨地監(jiān)控重要業(yè)務(wù)，包括受理船舶錨泊申請、指定泊位的業(yè)務(wù)管理、錨地動(dòng)態(tài)監(jiān)控、通航環(huán)境信息發(fā)布、查詢統(tǒng)計(jì)分析、歷史回放、相關(guān)系統(tǒng)(過閘調(diào)度、錨地?cái)?shù)字航標(biāo)系統(tǒng)等)接口、通信服務(wù)、基礎(chǔ)信息維護(hù)、信息發(fā)布網(wǎng)站、系統(tǒng)及安全管理等軟件功能。系統(tǒng)功能模塊見圖3。

圖3　系統(tǒng)功能圖

本系統(tǒng)主要包括監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、通航環(huán)境信息發(fā)布子系統(tǒng)、錨地狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)、錨地業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)。

3.1監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集主要是指通過攝像機(jī)、GPRS系統(tǒng)、雷達(dá)、AIS等設(shè)備與系統(tǒng)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。所采集的數(shù)據(jù)主要有船位、錨泊狀態(tài)、錨地泊位狀態(tài)等信息。船位信息獲取包括GPS系統(tǒng)、AIS、雷達(dá)、人工輸入等方式。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集需要與過閘調(diào)度等系統(tǒng)、安檢系統(tǒng)、數(shù)字航標(biāo)系統(tǒng)交換信息。系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的互聯(lián)互通，向下能與低層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，向上能與管理層通信。因此系統(tǒng)應(yīng)具有良好的開放性，提供外部設(shè)備的協(xié)議驅(qū)動(dòng)接口。當(dāng)出現(xiàn)新的監(jiān)控設(shè)備時(shí)，通過適當(dāng)定義的數(shù)據(jù)接口，使系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)與該設(shè)備正常通信，提取有效數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行相關(guān)的監(jiān)測和控制。如能夠接收GPRS系統(tǒng)傳來的船舶位置等數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2通航環(huán)境信息發(fā)布子系統(tǒng)

通航環(huán)境信息發(fā)布子系統(tǒng)可用來對外發(fā)布錨地的動(dòng)態(tài)信息，以提高錨地服務(wù)水平與能力。所發(fā)布的錨地動(dòng)態(tài)信息包括航道信息、船閘信息、水文信息、氣象信息，錨地信息等。發(fā)布方式包括手機(jī)短信、網(wǎng)站、GPS終端等。

3.3錨地狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)

錨地狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)主要應(yīng)實(shí)現(xiàn)錨地信息的圖表展示、走錨監(jiān)控、錨地視頻監(jiān)控、在錨船舶及泊位占用情況瀏覽等。具體功能包括：錨地船位及錨泊狀態(tài)監(jiān)控、船舶走錨狀態(tài)監(jiān)控、錨地視頻監(jiān)控、視頻圖像分析等模塊。

錨地狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)的功能框架見圖4。

圖4　錨地動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)功能框架圖

(1) 錨地船位及錨泊狀態(tài)監(jiān)控。本功能主要實(shí)現(xiàn)對錨地基本信息和船位信息以及錨泊狀態(tài)的監(jiān)控，基本信息包括錨地名稱、設(shè)計(jì)容量、可用容量、錨地性質(zhì)、泊位占用狀態(tài)、地點(diǎn)等；船位信息包括船舶號、占用泊位號等。

(2) 船舶走錨狀態(tài)監(jiān)控。本功能主要實(shí)現(xiàn)對船舶走錨狀態(tài)的識別及監(jiān)控。船舶走錨狀態(tài)信息包括船舶號、所在錨地名稱、占用泊位、船舶位置、位置變化閾值等；位置變化閾值是判斷船舶是否走錨的標(biāo)準(zhǔn)，若船舶位置變化超過閾值，則判為走錨。可根據(jù)船舶位置變化量是否超過閾值來對走錨狀態(tài)進(jìn)行識別。船舶位置獲取：GPS系統(tǒng)、AIS、雷達(dá)、人工輸入等。

(3) 錨地視頻監(jiān)控。本功能主要實(shí)現(xiàn)對錨地的動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控。監(jiān)控內(nèi)容包括錨地名稱、監(jiān)控時(shí)間、監(jiān)控地點(diǎn)、監(jiān)控對象、監(jiān)控事件和監(jiān)控狀態(tài)、攝像頭編號、位置、類型等。

(4) 錨地視頻分析。本功能主要通過對視頻圖像的動(dòng)態(tài)分析獲取船位信息、目標(biāo)跟蹤、走錨狀態(tài)識別、船舶交通流統(tǒng)計(jì)等。基本信息包括監(jiān)控的動(dòng)態(tài)對象位置、航速航向、走錨狀態(tài)、船舶數(shù)量等。同時(shí)提取監(jiān)控視頻中關(guān)于船舶圖像分析信息，獲得錨泊的動(dòng)態(tài)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對錨泊狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和輔助管理。

3.4錨地業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)

錨地業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)船舶過閘前錨地停靠待閘中的進(jìn)入報(bào)告、停泊指定、離開錨地等業(yè)務(wù)管理。具體包括危險(xiǎn)品運(yùn)輸船、普通運(yùn)輸船、臨時(shí)危險(xiǎn)品運(yùn)輸船、臨時(shí)普通運(yùn)輸船的待閘錨泊管理，VHF通信管理等5個(gè)功能模塊，主要實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)的錨地信息、組織機(jī)構(gòu)代碼、起訖點(diǎn)、航道信息、船舶類型、船位信息等的添加、修改和刪除功能。每個(gè)模塊中區(qū)分上水和下水2個(gè)不同功能。

3.5系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息的配置管理，包括錨地基礎(chǔ)信息維護(hù)、用戶管理、日志管理等功能模塊。主要實(shí)現(xiàn)對各個(gè)模塊數(shù)據(jù)的添加、修改和刪除功能。

4　結(jié)語

本文通過對三峽壩區(qū)視頻監(jiān)控覆蓋情況、以及壩區(qū)管理集中化需求的現(xiàn)狀分析，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了三峽庫區(qū)錨地監(jiān)控管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要包括監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、通航環(huán)境信息發(fā)布子系統(tǒng)、錨地狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)、錨地業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)。本系統(tǒng)可滿足目前三峽壩區(qū)的監(jiān)管需求，實(shí)現(xiàn)對采集信息的及時(shí)處理與發(fā)布和錨地業(yè)務(wù)的監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)對三峽庫區(qū)航道、船閘、碼頭和渡口等重點(diǎn)水域的監(jiān)控。從而提升錨地集中指泊、安全監(jiān)管、信息服務(wù)能力，推動(dòng)三峽通航錨地管理由傳統(tǒng)管理方式向信息化管理方式的轉(zhuǎn)型。綜合提升了三峽錨地的業(yè)務(wù)能力與效率，實(shí)現(xiàn)了三峽通航管理業(yè)務(wù)的無縫銜接和流轉(zhuǎn)，以及閘區(qū)信息的共享和交換，提高了通過能力，減少了生產(chǎn)管理成本。全面提升了三峽通航管理與服務(wù)水平。

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收稿日期：2015-07-10

Monitoring and Management System Design of the
Anchorage at the Upstream of the Three Gorges Dam

ZouJinsong

(CCCC Second Harbor Consultants Co., Ltd., Wuhan 430071, China)

Abstract：The monitoring and management system construction of the anchorage at the upstream of the Three Gorges Dam Lock can raise the efficiencies of shipping lockage capacity and give full play to the benefits of waterway transportation. The current status of the safety supervision in the Three Gorges Reservoir Region is analyzed for the framework designing of the target system. Furthermore, we can design the monitoring and management system framework of the anchorage at the upstream of the Three Gorges Dam Lock and the main function modules according to the analysis of system requirements. This system includes four functional sub-systems, namely, monitoring data collection sub-system, navigational environment information release sub-system, anchorage status dynamic monitoring sub-system, and anchorage business management sub-system. The designed system can assist in supervising the waterways, ship locks, docks and ferries in the Three Gorges Reservoir Region.

Key words:lock of the three gorges dam; anchorage; safety; monitoring; management

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.057