三峽河段智能通航框架與評價體系構建

王海濱 龔德龍 陳維

摘 要：智能通航是現(xiàn)代新技術在航運領域的綜合應用。針對目前尚無明確的評價指標體系來評判通航智能化程度和指導智能通航建設，基于三峽河段通航發(fā)展基礎，建立系統(tǒng)自主等級評價，提出智能通航系統(tǒng)的定義與總體框架;建立評價指標體系，確定各因素對智能通航影響的權重值。結果表明，影響較大的因素有人船智能識別水平、信息采集水平、航行異常告警效率、智能排檔、船舶協(xié)同調度水平。通過研究，進一步豐富智能通航理論體系，對三峽河段智能通航試點實施具有重要參考價值。

關鍵詞：智能通航;影響因素;層次分析;德爾菲法

中圖分類號：U25? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）11-0080-02

三峽河段作為長江航運的重要通道是貫通長江黃金水道中西部地區(qū)水上物流的關鍵節(jié)點，開展三峽河段智能通航研究和建設對長江航運發(fā)展具有舉足輕重的作用。

目前，智能通航的概念與內涵還沒有明確的定義，暫無可以用來評判通航智能化程度的評價指標體系。同時，基于三峽通航遠期發(fā)展需求分析，信息采集與整合共享、通航監(jiān)管與保障、高技術裝備應用等往往還不能完全滿足三峽通航飛速發(fā)展的需求。因此，有必要進一步建立三峽河段智能通航水平評價體系，指導三峽智能通航建設。開展三峽河段智能通航試點建設，促進通航管理與互聯(lián)網(wǎng)以及人工智能的融合發(fā)展，發(fā)揮三峽通航在全國內河運輸?shù)拇翱谝I示范作用。

1 系統(tǒng)自主等級評價

目前國內外針對智能通航的研究較少，李定國[1]分析了近年來三峽通航在信息化方面的快速發(fā)展，但是現(xiàn)有的信息整合共享、信息系統(tǒng)的應用水平、標準規(guī)范體系的建設水平還沒有適應三峽通航迅速發(fā)展的需求，鄭鈞[2]為滿足航道水位的實時監(jiān)控以及預警開發(fā)了一種遠程水位觀測系統(tǒng)，為智能通航調度管理提供了強大的信息支持，對三峽智能通航的理解具有極大的借鑒意義和學習參考價值。

目前國內外對于智能通航的評價研究上屬于空白。現(xiàn)有的對于系統(tǒng)的自主化水平評價可以為研究提供一定的借鑒。Parasuraman等[3]以特定類型和水平的自動化對人的性能的影響作為使用該模型進行自動化設計的主要評價標準、以自動化可靠性和行動后果的成本作為次要評價標準，為解決哪些系統(tǒng)功能應該自動化和評價自動化程度如何提供了一個框架和客觀的基礎，包括十個等級。

2 三峽河段智能通航方案設計

根據(jù)智能航運發(fā)展需求，對三峽河段智能通航系統(tǒng)進行重新規(guī)劃設計，重新界定三峽智能通航的內涵，梳理系統(tǒng)邏輯，定義面向交通強國背景下的三峽河段智能通航。總體技術框架如圖1所示。

智能通航定義需要體現(xiàn)智能系統(tǒng)的主要特點：自感知、自決策、自控制、自反饋、自進化。在定義智能通航的基礎上，對三峽河段通航情況進行分析，識別智能通航場景和對象，劃分不同層級，構建智能通航系統(tǒng)邏輯框架，闡述智能通航內涵，整個系統(tǒng)是一個MAS（Multi-Agent System）。智能通航系統(tǒng)邏輯框架如圖1所示。

物理實體中的船舶、環(huán)境、傳感網(wǎng)絡等物理對象進行自主性分析。主要根據(jù)物理對象在感知、交互、決策和控制五種行為中的執(zhí)行主體的自主程度分析物理對象的自主性。首先分析智能通航相關的各種方法與手段，如基礎性導助航設施、智能航道、智能船閘、智能航標、自主航行、自主規(guī)劃、協(xié)同調度等方法與手段，根據(jù)在這些行為中實現(xiàn)的形式建立對象智能水平評價指標，如由相關管理人員實現(xiàn)、由有智能輔助決策支持的管理人員決策、自主決策加管理人員監(jiān)督協(xié)助、完全自主決策等。然后結合專家知識，分析使用這些方法和手段的通航系統(tǒng)的智能水平，進一步完善評價指標體系。

3 模型建立

第一步應建立層次結構模型。將所選影響因素進行關聯(lián)分析，對影響因素進行分組，每組則為1個層級，各層級分別為目標層、準則層和指標層，再建立三峽河段智能通航影響因素層次結構模型。本文通過對文獻[4-5]進行全面分析，綜合地對三峽河段智能通航影響因素進行研究，從智能監(jiān)管因素、智能管理因素、基礎設施因素及通航保障因素4個方面構建了3個層次，共17個指標（表1）。

4 結果與分析

根據(jù)上述結果，可得各因素對三峽河段智能通航影響的相對重要程度。一級和二級影響因素對船閘通過能力影響的相對重要程度見圖2。

由圖2a）可知，一級影響因素對三峽智能通航影響大小排序為：智能監(jiān)管因素>智能管理因素>基礎設施因素>通航保障因素，由2b）可知，二級影響因素中，人船智能識別水平、信息采集水平、航行異常告警效率、智能排擋、船舶協(xié)同調度水平、自動發(fā)航對三峽河段智能通航影響較大;油污排放自動識別水平、VHF通信基站、CCTV視頻監(jiān)控點、通航指揮中心、安檢設施數(shù)量對三峽河段智能通航影響也相當明顯;其他二級影響因素對智能通航影響相對較小。

通過對上述影響因素重要性比較，可得出對三峽河段智能通航影響較大的因素有人船智能識別水平、信息采集水平、航行異常告警效率、智能排檔、船舶協(xié)同調度水平、自動發(fā)航是確定的，進而建立智能通航水平評價體系，指導三峽智能通航建設。

5 結論

（1）本文從智能監(jiān)管因素、智能管理因素、基礎設施因素及通航保障因素4個方面構建了3個層次17個指標的三峽河段智能通航影響因素層次結構模型，通過構建各因素間的判斷矩陣，確定了各因素對三峽河段智能通航影響的權重值。得出二級影響因素中，人船智能識別水平、信息采集水平、航行異常告警效率、智能排檔、船舶協(xié)同調度水平、自動發(fā)航對三峽河段智能通航影響較大。

（2）通過各因素對三峽河段智能通航影響重要性比較，進一步豐富智能通航理論體系，為長江航運高質量發(fā)展、實施長航系統(tǒng)交通強國建設試點項目及三峽智能通航建設提供技術支撐。

（3）基于智能通航的定義和內涵，結合三峽河段自身通航特征，和目前智能通航相關技術研發(fā)進度，設計全過程、全覆蓋、全互聯(lián)的智能調度、智能交管、智能運維、智能服務的三峽河段智能通航系統(tǒng)框架，細化物理對象層、通訊層、感知層、決策層技術架構，提出三峽河段智能通航的建設方案建議稿。

參考文獻：

[1]李定國，陳學文.信息化“頂層設計”助力數(shù)字三峽智能通航——淺析三峽壩區(qū)通航管理綜合信息系統(tǒng)工程建設成效[J].中國水運，2014（02）：40-41..

[2]鄭鈞，陳東，姜沖，紀紅軍，陳繼杰.通航水位智能監(jiān)測與預警應用[J].水利科技與經(jīng)濟，2016，22（08）：117-120..

[3]Parasuraman，R.，T.B.Sheridan，andC.D.Wickens，Amodelfortypesandlevelsofhumaninteractionwithautomation.IEEETransactionsonSystems，Man，andCybernetics-PartA：SystemsandHumans，2000.30（3）：p.286-297.

[4]Patraiko D， Wake P， Weintrit A， et al. e-Navigation and the Human Element[J]. Mar. Navig. Saf. Sea Transp， 2009， 4： 29.

[5]肖恒輝，三峽—葛洲壩聯(lián)合通航調度問題的研究. 2008， 華中科技大學.