西江航運干線航道信息化建設探討

趙建轟　何文潤　張建球

摘要：文章以西江航運干線貴港至梧州航道信息化系統為研究對象，通過總結西江航運干線貴港至梧州2 000噸級航道信息化應用系統建設以來所取得的成就，分析了系統在使用過程中出現的軟件硬件、維護管理、系統的適用擴展性方面存在的不足之處，為打造國內領先水平的西江航運干線3 000噸級航道信息化系統提供參考。

關鍵詞：航道信息化;遙控遙測技術;電子航道圖;自動水位站

0 引言

西江航運干線貴港至梧州航道位于其中下游段，近年來，90%的廣西內河運量將通過該段航，是廣西區內最為繁忙的航道。船舶可從貴港直航至廣東，連通港澳。2000年以來，隨著西江航運干線的貨運量不斷增長，運輸船舶也逐漸向大型化方向發展，貴港至梧州航道的管理也面臨著難以適應其航運發展速度的難題，尤其是長洲水利樞紐至梧州界首段，枯水期間多次出現航道水深不足，出現了大型船舶被迫減載航行、港口貨物積壓貨等問題，阻礙了廣西內河航運的發展。

為適應水運快速發展的需要，航道管理除了按照常規養護外，還必須堅持科技興航的理念，建設航道信息化，實現航道管理的數字化、網絡化、可視化，從而達到管理方式從傳統的粗放型向精細化、數字化、科學化轉變[1]。航道信息化系統以電子航道圖為顯示載體，結合航標遙測遙控系統、自動水位站系統、航道管理信息系統等，可通過GIS電子海圖展示航道走向、水深、助航標志及跨河橋梁、跨河纜線、港口碼頭、錨地、船閘等涉水建筑物的有關信息，航道維護實現數字化管理，為科學管理航道提供決策依據[2]。

為改善通航條件，提高航運服務水平，實施了貴港至梧州2 000噸級航道工程建設，并配套開展了航道信息化工程建設。實現了貴港至梧州2 000噸級航道管理工作的數字化、網絡化和可視化，用以輔助航道養護的日常管理工作，有效提升了航道管理水平和服務能力，有力推動了廣西航運事業的現代化建設。

西江航運干線貴港至梧州2 000噸級航道信息化應用系統自其建成使用至今，已有10年之久。雖然長期對系統進行維護和更新工作，但信息化產品具有時效性，系統經過多年的使用和維護難免出現問題。本文通過對航標遙控遙測技術、電子航道圖系統、自動水位站系統以及視頻監控在貴州至梧州2 000噸級航道管理中的應用進行探討總結，為打造國內領先水平的西江航運干線3 000噸級航道信息化系統提供參考、經驗和建議。

1 現有信息化系統簡介

1.1 電子航道圖系統

電子航道圖系統分為管理和應用兩大部分?？筛鶕I務流程分為：采集數據→處理數據、編輯航道圖→審核航道圖→發布航道圖→航道圖應用等五部分。

電子航道圖生產任務管理：依據指令對電子航道圖的生產任務進行安排，包括測量任務、編輯任務、CAD任務、權限管理，并根據電子航道圖數據庫中的數據，輸出生成國際標準的電子航道圖。見圖1。

1.2 航標遙測遙控系統

航標遙測遙控系統的組成包括：航標遙測遙控終端、監控中心、控制中心、GPS差分站、無線通信鏈路。其實現的功能主要有：航標遙測、遙控、報警以及遠程航標管理等。見圖2。

（1）航標遙測：通過對航標的運行狀況以及參數的實時采集，并經過檢測、處理后，數據自動上傳至終端。

（2）報警項目：航標燈的工作狀態出現故障時將自動報警。通過對日光值、工作電流值等進行聯動判斷，若出現航標燈常亮、航標燈夜晚不發光或發光亮度不足等現象時，系統將自動報警，通知工作人員進行處理。

（3）航標遙控：航標管理人員可以通過無線網絡對航標的運行參數和狀況進行遠程設置、查詢及控制等。

1.3 自動水位站系統

自動水位站系統是以GPRS無線通信方式為手段，計算機網絡為載體，水位監測信息系統為基礎，搭建的一套完整的水位信息監測管理系統。該系統具備的主要功能是：實現水位信息的遠程自動采集、水位數據維護、分析處理、發布。見圖3。

1.4 視頻監控系統

視頻監控系統的組成主要包括：前端、傳輸、控制、終端顯示、系統供電。通過視頻終端攝像頭采集圖像信息，圖像信息經壓縮處理，再通過網絡傳回服務器，各終端PC通過訪問服務器，得到實時彩色視頻信息。視頻監控系統流程如圖4所示。

2 航道信息化建設取得的效益

2.1 航標維護效率提高、維護成本降低

傳統的航道站獲知航標狀態的方式，往往是通過定期出航巡檢或者接到航行船舶的電話報告，其時效性相對滯后，通常無法快速響應出航維護失常航標。在獲知側面浮標發生漂流時，可能已經漂流非常遠而難以找回，甚至側面浮標已經發生沉沒而無法找回，需要航道站工作人員開著工作船沿江搜尋，航標損耗和維護成本較大。

航道信息化技術的推廣和應用，在一定程度上增加了航標養護的科技含量。通過航標遙測遙控終端，航道站可以第一時間獲悉航標的異常狀態。航標巡航檢查周期的延長、船舶巡檢出航的次數相應減少，較為顯著地減少了出航需要的油耗、船機設備使用的磨損、減輕了人員出航巡查的負擔等，在一定程度上降低了航標維護的成本，取得較好的經濟效益。

2.2 提升船閘調度能力、優化船閘發電和通航計劃

在貴港至梧州2 000噸級航道信息化建設投入使用之前，因航運企業無法及時獲取淺灘航道水深信息，加上船閘調度能力不足、發電和通航關系不協調等，長洲船閘經常在枯水期間發生船舶滯航事件，其中2010年曾多達上千艘船舶在長洲船閘上下游滯航。

通過航道信息化建設成果的進一步推廣應用，西江航運干線沿線船閘實現了枯水期間分航段調控過閘船舶，避免了過多超深船舶在一個船閘排隊等候，引發滯航事件，甚至是次生安全事故，也減少了船舶的不必要支出。得益于航道信息化應用的建設，近年來船舶通航次數以及船閘過閘核載量顯著增加，2018年長洲船閘過閘核載量與長江三峽船閘過閘核載量逼近。

2.3 社會滿意度顯著提高

航道歷來是立體交通的重要組成部分，但是由于公路高速公路、鐵路的飛速發展，在很大程度上削弱了航道在立體交通中的地位。借助航道的信息化管理，貴港至梧州2 000噸級航道成為廣西目前技術含量最高的航道。信息化建設成果的應用成效有目共睹，位于西江經濟帶的諸多行業、部門，特別是航運企業受益匪淺。

航標遙測遙控系統實現了實時遠程監控，航道管理部門可全天候實時掌控標志的運行狀態，保障了航標作用正常率，有效地增強了航標作用的可靠性，同時自動水位站的應用也促使航道信息服務更高效、可靠，獲得了航運企業的一致認可。

2.4 提升相關管理部門職工幸福與榮譽感

航標遙測遙控系統建成后，實現了對失常航標有針對性、有目標性的維護，航標維護已經由傳統的人工航達巡檢制向監控值守制轉變。同時，淺灘航道水深的揭示也由原來的必須人工探測水深、懸掛水深信號標轉變為自動水位站自動上傳水位數據，在一定程度上減少了一線職工的工作量和工作時長，不需要再頻繁地出航巡查，讓員工享受到科技的便利。

航道信息化系統的應用，對航道管理工作人員的綜合素質也提出了更高的要求，航道航標管理人員需熟練掌握航道信息化系統，激發了職工的干勁，也更好地發揮出個人主觀能動性，增加員工的自豪和榮譽感。

2.5 低碳經濟效益突顯

在航道管理工作中，由于航段線路長、標志多等因素，從工作點到檢查取證現場的路程較遠，需要花費較多的時間。航道信息化系統建設完成后，結合航標和監控系統，能較好地排查不必要因素，而進行針對性地檢查，減少頻繁、遠距離出航帶來的油耗問題，做到節能減排。

通過航道信息化技術的應用，航標航道檢查的周期的延長了1倍，船舶出航的次數相應減少。同時，參考航道水深測報精度可提高約0.2 m，船舶配載增加5%左右，相應地減少了船舶的耗能和碳排放，推動了水上生態環境的保護和可持續發展。

3 信息化系統目前存在的不足

3.1 自動化程度較低，系統管理不夠科學

目前，該系統對于電子航道圖的數據采集，需要耗費較多的時間和人力進行岸線測量、航道掃測、航道水深探測及其他與航道圖相關的地物、構筑物數據的采集?，F有的航道信息化系統中自動水位站僅實現了半自動化，通過壓力傳感器自動采集航道水位信息并定期上傳至航道水情數據庫中，僅初步實現了水位歷史數據曲線展示以及水深換算的功能。

信息化系統自動化程度低，系統管理不夠科學，就意味著需要花費較多的人力物力來進行數據處理、系統維護，制約航道管理向更優質高效的方向發展。

3.2 系統缺乏維護升級、工作不穩定

由于航標遙測遙控系統設置智能化程度較低、現場燈器/終端容易出現電路異常、終端工作不穩定、航標所處地段通信信號過弱等因素影響，通常容易出現下列問題，導致航標遙測遙控工作任務加重，甚至增加航道站出航核查的次數。

3.3 系統整體的兼容性不夠好

貴州至梧州2 000噸級航道信息化系統在設計之初，由于受技術水平、開發環境限制，許多功能只能在特定的Windows server及XP系統環境中才能運行，兼容性較差，不支持任意軟件系統環境下的安裝。而隨著信息化技術的發展，航道管理需要應用到越來越多不同的系統平臺當中，現有的航道信息化系統均難以滿足使用需求，無法做到跨平臺、跨系統運行，制約著航道管理工作效率的進一步提升，難以進一步提升航道信息服務特別是電子航道圖服務及航道導航服務的水平。

3.4 數據的網絡傳輸不穩定、效率較低

信息化系統作為一個覆蓋全區內河航道的系統，有其自身的特殊性，其中航標遙測遙控系統對網絡的要求尤為突出。若遇到通信信號不穩定的情況，將不能保證其數據的準確性、及時性，也無法充分發揮信息化系統的優勢，反而需要花費巨大的資源去進行網絡維護，與信息化系統建設的初衷相悖。

目前的視頻監控系統使用的是大部分有線網絡和個別4G手機網絡，特別是偏遠地區的基本都是4G手機網絡，經常存在信號不穩定而導致監控點離線或者系統響應遲鈍等情況，系統自診斷功能不完善，系統數據還可能出現偏差，需要相關工作人員定期進行專門維護和檢修。

3.5 第三方維護管理服務不到位

航道信息化系統軟件在使用過程中，由于外部環境、數據環境可能發生變化，仍然可能存在一些隱藏的錯誤。這些在使用過程中暴露的隱藏錯誤，以及軟件在性能方面存在的缺陷，被發現后需要及時診斷和糾正錯誤。

據了解，由于第三方維護管理服務通常無法及時對系統出現的錯誤進行診斷和修復，這將導致系統的部分功能處于短期癱瘓狀態。因此，在后續系統升級改造過程中，須進行充分的壓力測試，模擬滿負荷系統使用工況下，確保系統運行情況能達到各項功能運轉正常，不會出現卡頓和功能模塊無法使用、不能響應的情況。

3.6 使用系統的人員及使用載體范圍較窄

貴州至梧州2 000噸級航道信息化系統，其使用對象主體全部為相關管理部門的工作人員，對于航運企業和航行船舶來說，依然僅能憑借航標獲得航行指示信息。對信息化系統的使用及操作也只能借助電腦進行，且隨著系統軟件和設施設備老化，系統的使用不夠便捷。

4 信息化建設思路

4.1 加大資金投入及后期保障

信息數字化產品均存在更新換代快、時效周期短的特點，操作系統為了保證其在運營期內的先進性、實用性和適用性，采用“需求引導、總體規劃、分步實施、逐步完善”的原則，對系統的軟、硬件、網絡等各方面進行不斷完善。同時應注重工作細節，在完善的過程中，進一步優化和提升。系統維護保障資金應相對充裕，且對應在系統的整個使用周期內，該項資金應是持續的。

為保證西江航運干線3 000噸級航道信息化系統的先進性、實用性和適用性，必須加大信息化資金的投入力度。

4.2 促進信息資源共享，提升航道信息服務水平

目前我國在大規模建設5G網絡基礎設施，推進5G行業應用。5G技術可提供高帶寬、低時延和安全隔離，實現對行業應用的支持，滿足“船-船”、“船-岸”高效通信、數據采集、數據監測等活動的數據交互需求，同時滿足航道要素的全面感知、大帶寬高速通信、高質量數據傳送等需求。

在未來西江航運干線3 000噸級航道信息化建設中，應積極探索5G應用通信技術在航道信息化、智能化建設中的廣度和深度;遵循信息化軟件架構理念，從高新先進技術角度設計，提出“采用北斗定位技術，推廣北斗定位、北斗短報文、北斗雙頻定位等技術模式，實現全航段的北斗全面應用”的信息化建設目標。

4.3 豐富通信技術手段，拓展信息化、智能化

航道信息化建設的核心內容是要把航道信息化系統建立成為一個航道、海事、環保、工信等多部門之間信息共享、資源公用、標準共行的數據庫體系。

西江航運干線3 000噸級航道信息化系統應涵蓋航道圖、航標布置、水位實時數據、橋梁通航凈高、現場監控、船閘候閘等全方位的航道信息服務，此類信息和功能對于航運企業、碼頭企業以及其他相關職能部門在運營和管理方面均有很高的使用價值。

未來系統升級改造宜以共建、共育、共享為主旨，共謀打造更具時代性、安全性、開放性的中國特色信息系統生態體系，降低設備的重復投入、精簡冗余數據錄入、減少勞動力，提升航道現代化管理水平、航道信息服務水平。系統所能帶來的社會效益將得到顯著提升。

4.4 加強系統的功能建設

在電子航道圖系統的后續建設中應重點考慮航道圖智能化生產能力的開發，借助標準化的內河航道電子圖制圖標準，實現“數據采集-數據粗加工-地物歸類和賦值-電子航道圖成圖”降低人工生產電子航道圖的巨大消耗，實現電子航道圖的自動化、智能化生產，為未來智慧航道的建設打下堅實的基礎。

同時，借助BIM技術，通過歷史的電子航道圖以及相關的水位數據，系統能自動生成包含各類跨臨河建筑物的電子航道圖3D模型并分析航道整治的效益、河床下切的速度等。

對于自動水位站的建設，應加大航道水文數據采集、水位數據開發利用的功能的開發，使得今后可利用歷史水位數據進行歷史航道水位分析、航道水位趨勢預測、航道構筑物效能分析、生成航道水位年報等，能夠自動根據設置生成航道水位通告或航道水深揭示，經各級人員審查后匯總發布航道水情通報。

4.5 提升系統運行穩定性、豐富系統管理手段

我國長江電子航道圖系統以數據庫為核心，將長江航道水位信息、地理信息、航標信息等各項要素信息融合集成，通過網絡及時傳輸，適時更新信息數據，以指導船舶導航、安全航行、配載并提升航道通過能力，從而科學有效地進行航道養護和航行決策。同時，該系統通過與GPS系統、AIS系統、雷達系統等多系統相融合，為系統運行的整體穩定性提供保障，并可為船舶提供更形象直觀、高效精確的導助航功能，同時還可通過該平臺實現便捷的通信。

目前的貴州至梧州2 000噸級航道信息化系統在數據保密、數據更新、數據發布等方面還有待進行深入研究，電子航道圖數據服務不能較好地滿足社會各界的迫切需求。因此，未來的西江航運干線3 000噸級航道信息化系統，其建設方向需要突破航道感知、可靠傳輸、深度融合、智能服務關鍵技術，將物聯網技術、數字機務、現代通信技術、感知技術、視頻監控等技術有效地融合起來。

5 結語

本文通過對西江航運干線貴港至梧州航道現有的信息化系統建設研究探討，通過總結分析得出：

（1）自航道信息化技術應用以來，航標維護效率在一定程度上得到提高升，同時有效降低了航標維護成本，提升了船閘調度能力，優化了船閘通航計劃，航道通航效率得到提升，航道航標的安全可靠性提升，社會滿意度提高，職工幸福與榮譽感得到提升，低碳經濟效益突顯。

（2）隨著年份增加，系統的更新優化速度遠趕不上信息技術的飛速發展，一些硬件和軟件的擴展性、系統的維護管理等方面的問題，以及系統功能適用性方面的問題相對突出。

（3）今后信息化建設思路應從加大資金投入及后期保障;豐富通信技術手段的應用，進一步拓展信息化、智能化;促進信息資源共享，提升航道信息對外服務水平;加強系統的功能建設;提升系統運行穩定性、豐富系統管理手段等方面著手。

本文可為西江航運干線3 000噸級航道信息化系統的建設提供參考、經驗和建議。

參考文獻：

[1]黃平華，劉曉鋒.港口航道工程的信息化建設[J].中國水運，2017（9）：36-37.

[2]溫 泉.內河航道信息化技術發展綜述[J].中國水運·航道科技，2017（4）：61-68.