數字航道綜合監控系統在航道維護管理中的應用研究
「綜合監控系統是數字航道系統建立的重點，本文就數字航道、綜合監控系統及相關功能進行具體介紹，然后以長江建立的數字航道為工程實例，具體分析了數字航道綜合監控系統在長江航道維護管理中的應用，最后對數字航道綜合監控系統的發展情況進行了展望，以期實現航道管理維護的智能化和數字化，推動新時代下長江航道現代化建設發展。(2023-2-25)」
關鍵詞：數字航道;綜合監控系統;航道維護管理;應用研究
1 數字航道綜合監控系統
1.1 數字航道介紹
數字航道是數字地球理念在中國航道領域的運用。數字地球是將地球當作數字模型，從而獲取地球環境及其上活動的數據信息，數字航道則是集多項技術為一體（通信技術、計算機技術、遙感遙測技術、多媒體技術）進行航道管轄區域的數字化管理，具有數字化、智能化、網絡化、可視化等特點，能夠對管轄區域航道進行多方位、多角度的服務和管理。在航道維護管理中應用數字航道的目的是建立健全航道空間信息基礎應用設施，在建成的航道空間基礎信息設施基礎上整合獲取的數據資源并深度開發各種數據信息。數字航道綜合監控系統是數字航道各種系統的核心組成，它能夠為信息管理系統、電子通道地圖系統提供精準的監測數據，同時數字航道綜合監控系統還可以通過船載AIS系統及智能終端對采集的水位、航標、船舶等信息進行集成和分析，為系統支持平臺提供及時準確的數據資料。
位于長江南瀏段的數字航道全長369.5km，是我國建成的第一段數字航道。它是我國航道建設史上重要的里程碑，維護管理區域上起慈湖河口（安徽和江蘇交界），下至江蘇太倉瀏河口，工程主要建設的數字航道系統主要包括電子航道圖系統、系統支撐平臺、綜合監控系統、信息管理系統等。數字航道系統和相關配套設施在航道數據采集、分析、整理下實現航標監控實時化、航道圖數字化及信息服務的網絡化，不斷提高長江河道的信息服務質量。
1.2 數字航道綜合監控系統及相關功能
電子航道圖系統、系統支撐平臺、綜合監控系統、信息管理系統等之間的聯系見圖1，電子航道圖的主要功能是進行圖形化信息的采集，主要包括航道水深、周邊建筑物等信息;信息管理系統主要采集航標的最新設計標位相關信息;系統支撐平臺開展對外服務的重要信息獲取渠道為電子航道圖系統、綜合監控系統、信息管理系統等。數字航道四個系統相互獨立又聯系緊密，形成數字航道系統的基本結構框架。
數字航道綜合監控系統是數字航道系統正常運行時航道維護管理的重要支撐平臺，它主要由船舶監控平臺、航標遙測遙感平臺、水位監控平臺組成，通過電子航道圖系統和信息管理系統獲取的基本數據，再通過搭載的船載AIS、智能終端、電子水尺等相關測量設備將獲取的船舶、航標、水位等動態數據進行分析整理，為航道服務提供精準的數據，從而實現船舶移動位置的動態追蹤、航標的動態監控、水位的動態監測等變化數據的實時采集。
數字航道綜合監控系統的船舶監控平臺主要負責接收船載AIS設備信息，從而實現船舶移動位置的動態監控，見圖2。
數字航道綜合監控系統的航標遙測遙感平臺主要通過在航標上搭載的智能終端獲取航標燈、航標地理位置、電源系統等實時動態數據信息，實時查看航標技術的運行狀態，同時能夠向智能終端發送相關指令進行航標相關信息參數的設置及遠程控制，見圖3。
數字航道綜合監控系統的水位監測平臺通過工作平臺的電子水尺實時監測水位變化數據，見圖4。
2 綜合監控系統在長江航道維護管理中的應用
長江數字航道綜合監控系統正式建成啟動運行后，長江航道維護管理只需要控制綜合監控系統，就能實時獲取整個維護管理航道的航標等工作情況、航標位置、航標工作船的運行軌跡、運行時間、運行狀態等信息。實現足不出戶地了解和掌握整個航道的運行數據參數，彌補航道圖繪制時間長、繪制偏差較大、不能實時了解船舶狀態等管理不足，提高長江航道的信息化服務水平。
2.1 船舶動態監控
以往長江航道部門對工作船舶進行動態監控時通常采取電話聯系獲取工作船舶的方位，這種船舶動態監控方式復雜，且由于航道復雜的地域環境不宜及時準確掌握工作船舶的航行動態，工作船舶的運行調度遲緩，航道整體服務水平較低。自從長江航道開通數字航道信息化服務后，利用數字航道的綜合監控系統，利用船舶搭載的船載AIS設備可以實時獲取工作船舶的詳細位置、航行情況、航行時間等信息，掌握工作船舶的運行情況，根據長江航道的具體情況合理調度船舶，提高整個航道的維護管理水平和工作效率。
另外，在工作船舶執行管理任務時，利用綜合監控系統開啟船舶的實時監控，觀察船舶的工作情況，能夠及時獲取航道信息，排除航道運行故障或問題，并有效監督工作船舶的運行情況，保證工作船舶的運行科學和安全。
2.2 航標信息動態監控
長江數字航道開通后，長江航道部門轉變航道管理方法，分別成立了數字航道監控調度中心及監管指揮中心，實行全天候的航道信息監控。航標搭載智能終端系統每兩個小時（輪詢周期）將采集的航標技術信息傳輸到終端數據庫上，并在數字航道綜合監控系統上顯示。監控人員通過監控系統上顯示的航標地理位置信息、航標燈的運行狀態、電源系統的工作狀態等信息，判斷航標的整體工作情況，保證整個管理航線的航標運行正常。
當航標發生異常時，會觸發報警裝置，并向綜合監控系統的中央處理器發送報警信息，提醒監控人員航標故障。監控人員根據采集的航標故障信息，結合航道的實際情況，及時向外發布航標故障，并第一時間報修解決故障，提高航道維護管理的安全性和實效性，節約航道管理運營成本。
2.3 水位動態監測
數字航道綜合監控系統利用電子水尺，內置溫度傳感器和有線水位數據采集器，可以實時測量工作面的水位及水溫，測量數值穩定，沒有溫漂和時漂限制，基本不受水氣和霧天的影響，其測量值誤差較小。另外電子水尺和綜合監控系統連接，將采集到的水位及水溫等數據信息傳送給綜合監控處理器上，監控人員根據采集到的水位、水溫信息對航道運行情況進行維護管理，實現航道管理的信息化和自動化。 另外，航道監控人員將采集的水位、水溫信息制成圖表，分析近幾年的水位、水溫變化特點，通過對水位變化進行分析研究，預測近期或未來的水位變化情況，提前進行航道管理部署，為航道管理提供科學的水位變化信息。
2.4 航道交通事故調查取證
傳統航道管理當航標被撞發生破損時，只能依靠工作船舶巡航時發現，這時無法確定航標被撞時間，以及對肇事船舶進行及時的調查取證，不利于航道維護管理工作的開展。另外航道發生交通事故后，航道維護管理人員反應較遲緩，不利于事故現場的調查取證及判責，救援工作的開展也比較遲緩。自數字航道開通之后，利用綜合監控系統進行航道管理區域的實時監控，一旦航標發生異常狀況后，會觸發報警系統，監控人員看到航標報警信號后，立即調遣就近工作船舶進行查看，確定航標異常狀況，并及時排除故障。還可以利用綜合監控系統的“區域船舶軌跡查詢”，查看航標失常前后區域船舶的航行軌跡，迅速鎖定肇事船舶，并及時調查取證，提高航道維護管理效率。
數字航道的開通也為航道交通事故調查取證提供可能。在管轄區域內航道發生交通事故后，利用綜合監控系統可以查看到航道異常，監控人員迅速派遣工作船舶趕赴事故現場，進行事故現場的調查取證，還可以利用“船舶軌跡查詢及回放”功能查看事故航道附近船舶的運行情況，進行事故船舶的調查取證，及時進行事故現場判責，維護航道管理秩序。
3 數字航道綜合監控系統的發展及展望
截至2019年6月，長江干線數字航道已經全面上線試運行。長江數字航道的試運行將開啟一場全方位、深層次的技術革命，徹底轉變長江航道傳統管理方式，提高航道管理的信息化、智能化服務水平。綜合監控系統作為數字航道的核心工程，在數字航道試運行期間要不斷升級完善，不斷拓展服務范圍，以適應數字航道的服務需求。
3.1 系統優化及完善
綜合監控系統軟件方面應不斷優化，提高自身的運行速度及穩定性，另外要提高軟件系統的兼容性，方便各電腦系統操作。在軟件功能方面，應增加數字的檢索、統計及導出功能，提高航道管理工作效率。報警系統可以增加語音報警功能，報警聲音可以根據報警信息不同進行設定，提高監控人員對報警情況處理速度。
在硬件方面，應增加其穩定性和兼容性，根據設備要求提高終端信號的接收和發射功率，提高綜合監控系統及設備的運行速度。
3.2 系統應用擴展
數字航道是集多項技術為一體進行航道管轄區域的數字化管理系統，在數字航道綜合監控系統智能終端上安裝視頻監控系統、地理信息分析系統、水深傳感裝置、水文信息實時監控系統等，增加數字航道的綜合功能，深度挖掘數字航道在航道維護管理中的潛力，拓展數字航道的應用范圍，提高數字航道的信息化、智能化、數字化服務水平。
4 結語
數字航道系統是我國建立的航道維護管理智能化系統，在數字航道系統建立中綜合監控系統作為數字航道建立重點，其應用船舶監控平臺、航標遙測遙感平臺、水位監控平臺等三大平臺功能，實現航道管理維護的智能化和數字化，推動新時代下長江航道現代化建設發展。
參考文獻：
[1]卞寧， 張中建， 王德軍， et al.低功耗廣域網絡在長江數字航道應用中的思考[J].中國水運：航道科技， 2018（2）：43-48.
[2]吳晨. 動態管理在航道整治工程中的應用分析[J]. 珠江水運， 2018（17）：93-94.
[3]張鵬，任虹.長江口深水航道AIS虛擬航標的應用和維護[J].水運管理， 2019（7）：17-19.
[4]唐庚，劉振.基于RFID技術的綜合監控管理系統在現代化小區中的應用[J].智能建筑與城市信息，2017（5）：68-70.
[5]張燁.模糊綜合評價數學模型在航道整治工程風險管理中的應用[J].科學技術創新， 2019（6）：105-106.
(哭謀)
1 數字航道綜合監控系統
1.1 數字航道介紹
數字航道是數字地球理念在中國航道領域的運用。數字地球是將地球當作數字模型，從而獲取地球環境及其上活動的數據信息，數字航道則是集多項技術為一體（通信技術、計算機技術、遙感遙測技術、多媒體技術）進行航道管轄區域的數字化管理，具有數字化、智能化、網絡化、可視化等特點，能夠對管轄區域航道進行多方位、多角度的服務和管理。在航道維護管理中應用數字航道的目的是建立健全航道空間信息基礎應用設施，在建成的航道空間基礎信息設施基礎上整合獲取的數據資源并深度開發各種數據信息。數字航道綜合監控系統是數字航道各種系統的核心組成，它能夠為信息管理系統、電子通道地圖系統提供精準的監測數據，同時數字航道綜合監控系統還可以通過船載AIS系統及智能終端對采集的水位、航標、船舶等信息進行集成和分析，為系統支持平臺提供及時準確的數據資料。
位于長江南瀏段的數字航道全長369.5km，是我國建成的第一段數字航道。它是我國航道建設史上重要的里程碑，維護管理區域上起慈湖河口（安徽和江蘇交界），下至江蘇太倉瀏河口，工程主要建設的數字航道系統主要包括電子航道圖系統、系統支撐平臺、綜合監控系統、信息管理系統等。數字航道系統和相關配套設施在航道數據采集、分析、整理下實現航標監控實時化、航道圖數字化及信息服務的網絡化，不斷提高長江河道的信息服務質量。
1.2 數字航道綜合監控系統及相關功能
電子航道圖系統、系統支撐平臺、綜合監控系統、信息管理系統等之間的聯系見圖1，電子航道圖的主要功能是進行圖形化信息的采集，主要包括航道水深、周邊建筑物等信息;信息管理系統主要采集航標的最新設計標位相關信息;系統支撐平臺開展對外服務的重要信息獲取渠道為電子航道圖系統、綜合監控系統、信息管理系統等。數字航道四個系統相互獨立又聯系緊密，形成數字航道系統的基本結構框架。
數字航道綜合監控系統是數字航道系統正常運行時航道維護管理的重要支撐平臺，它主要由船舶監控平臺、航標遙測遙感平臺、水位監控平臺組成，通過電子航道圖系統和信息管理系統獲取的基本數據，再通過搭載的船載AIS、智能終端、電子水尺等相關測量設備將獲取的船舶、航標、水位等動態數據進行分析整理，為航道服務提供精準的數據，從而實現船舶移動位置的動態追蹤、航標的動態監控、水位的動態監測等變化數據的實時采集。
數字航道綜合監控系統的船舶監控平臺主要負責接收船載AIS設備信息，從而實現船舶移動位置的動態監控，見圖2。
數字航道綜合監控系統的航標遙測遙感平臺主要通過在航標上搭載的智能終端獲取航標燈、航標地理位置、電源系統等實時動態數據信息，實時查看航標技術的運行狀態，同時能夠向智能終端發送相關指令進行航標相關信息參數的設置及遠程控制，見圖3。
數字航道綜合監控系統的水位監測平臺通過工作平臺的電子水尺實時監測水位變化數據，見圖4。
2 綜合監控系統在長江航道維護管理中的應用
長江數字航道綜合監控系統正式建成啟動運行后，長江航道維護管理只需要控制綜合監控系統，就能實時獲取整個維護管理航道的航標等工作情況、航標位置、航標工作船的運行軌跡、運行時間、運行狀態等信息。實現足不出戶地了解和掌握整個航道的運行數據參數，彌補航道圖繪制時間長、繪制偏差較大、不能實時了解船舶狀態等管理不足，提高長江航道的信息化服務水平。
2.1 船舶動態監控
以往長江航道部門對工作船舶進行動態監控時通常采取電話聯系獲取工作船舶的方位，這種船舶動態監控方式復雜，且由于航道復雜的地域環境不宜及時準確掌握工作船舶的航行動態，工作船舶的運行調度遲緩，航道整體服務水平較低。自從長江航道開通數字航道信息化服務后，利用數字航道的綜合監控系統，利用船舶搭載的船載AIS設備可以實時獲取工作船舶的詳細位置、航行情況、航行時間等信息，掌握工作船舶的運行情況，根據長江航道的具體情況合理調度船舶，提高整個航道的維護管理水平和工作效率。
另外，在工作船舶執行管理任務時，利用綜合監控系統開啟船舶的實時監控，觀察船舶的工作情況，能夠及時獲取航道信息，排除航道運行故障或問題，并有效監督工作船舶的運行情況，保證工作船舶的運行科學和安全。
2.2 航標信息動態監控
長江數字航道開通后，長江航道部門轉變航道管理方法，分別成立了數字航道監控調度中心及監管指揮中心，實行全天候的航道信息監控。航標搭載智能終端系統每兩個小時（輪詢周期）將采集的航標技術信息傳輸到終端數據庫上，并在數字航道綜合監控系統上顯示。監控人員通過監控系統上顯示的航標地理位置信息、航標燈的運行狀態、電源系統的工作狀態等信息，判斷航標的整體工作情況，保證整個管理航線的航標運行正常。
當航標發生異常時，會觸發報警裝置，并向綜合監控系統的中央處理器發送報警信息，提醒監控人員航標故障。監控人員根據采集的航標故障信息，結合航道的實際情況，及時向外發布航標故障，并第一時間報修解決故障，提高航道維護管理的安全性和實效性，節約航道管理運營成本。
2.3 水位動態監測
數字航道綜合監控系統利用電子水尺，內置溫度傳感器和有線水位數據采集器，可以實時測量工作面的水位及水溫，測量數值穩定，沒有溫漂和時漂限制，基本不受水氣和霧天的影響，其測量值誤差較小。另外電子水尺和綜合監控系統連接，將采集到的水位及水溫等數據信息傳送給綜合監控處理器上，監控人員根據采集到的水位、水溫信息對航道運行情況進行維護管理，實現航道管理的信息化和自動化。 另外，航道監控人員將采集的水位、水溫信息制成圖表，分析近幾年的水位、水溫變化特點，通過對水位變化進行分析研究，預測近期或未來的水位變化情況，提前進行航道管理部署，為航道管理提供科學的水位變化信息。
2.4 航道交通事故調查取證
傳統航道管理當航標被撞發生破損時，只能依靠工作船舶巡航時發現，這時無法確定航標被撞時間，以及對肇事船舶進行及時的調查取證，不利于航道維護管理工作的開展。另外航道發生交通事故后，航道維護管理人員反應較遲緩，不利于事故現場的調查取證及判責，救援工作的開展也比較遲緩。自數字航道開通之后，利用綜合監控系統進行航道管理區域的實時監控，一旦航標發生異常狀況后，會觸發報警系統，監控人員看到航標報警信號后，立即調遣就近工作船舶進行查看，確定航標異常狀況，并及時排除故障。還可以利用綜合監控系統的“區域船舶軌跡查詢”，查看航標失常前后區域船舶的航行軌跡，迅速鎖定肇事船舶，并及時調查取證，提高航道維護管理效率。
數字航道的開通也為航道交通事故調查取證提供可能。在管轄區域內航道發生交通事故后，利用綜合監控系統可以查看到航道異常，監控人員迅速派遣工作船舶趕赴事故現場，進行事故現場的調查取證，還可以利用“船舶軌跡查詢及回放”功能查看事故航道附近船舶的運行情況，進行事故船舶的調查取證，及時進行事故現場判責，維護航道管理秩序。
3 數字航道綜合監控系統的發展及展望
截至2019年6月，長江干線數字航道已經全面上線試運行。長江數字航道的試運行將開啟一場全方位、深層次的技術革命，徹底轉變長江航道傳統管理方式，提高航道管理的信息化、智能化服務水平。綜合監控系統作為數字航道的核心工程，在數字航道試運行期間要不斷升級完善，不斷拓展服務范圍，以適應數字航道的服務需求。
3.1 系統優化及完善
綜合監控系統軟件方面應不斷優化，提高自身的運行速度及穩定性，另外要提高軟件系統的兼容性，方便各電腦系統操作。在軟件功能方面，應增加數字的檢索、統計及導出功能，提高航道管理工作效率。報警系統可以增加語音報警功能，報警聲音可以根據報警信息不同進行設定，提高監控人員對報警情況處理速度。
在硬件方面，應增加其穩定性和兼容性，根據設備要求提高終端信號的接收和發射功率，提高綜合監控系統及設備的運行速度。
3.2 系統應用擴展
數字航道是集多項技術為一體進行航道管轄區域的數字化管理系統，在數字航道綜合監控系統智能終端上安裝視頻監控系統、地理信息分析系統、水深傳感裝置、水文信息實時監控系統等，增加數字航道的綜合功能，深度挖掘數字航道在航道維護管理中的潛力，拓展數字航道的應用范圍，提高數字航道的信息化、智能化、數字化服務水平。
4 結語
數字航道系統是我國建立的航道維護管理智能化系統，在數字航道系統建立中綜合監控系統作為數字航道建立重點，其應用船舶監控平臺、航標遙測遙感平臺、水位監控平臺等三大平臺功能，實現航道管理維護的智能化和數字化，推動新時代下長江航道現代化建設發展。
參考文獻：
[1]卞寧， 張中建， 王德軍， et al.低功耗廣域網絡在長江數字航道應用中的思考[J].中國水運：航道科技， 2018（2）：43-48.
[2]吳晨. 動態管理在航道整治工程中的應用分析[J]. 珠江水運， 2018（17）：93-94.
[3]張鵬，任虹.長江口深水航道AIS虛擬航標的應用和維護[J].水運管理， 2019（7）：17-19.
[4]唐庚，劉振.基于RFID技術的綜合監控管理系統在現代化小區中的應用[J].智能建筑與城市信息，2017（5）：68-70.
[5]張燁.模糊綜合評價數學模型在航道整治工程風險管理中的應用[J].科學技術創新， 2019（6）：105-106.
(哭謀)