新时期智能航道科技工作思路

    宋珊珊

    摘 要：内河航道的未来发展方向是智能航道，智能航道技术已经被交通运输部列为未来重点研究方向，智能航道的建设将进一步推动长江航道的维护管理由传统模式向现代化服务模式转型升级。本文阐述了智能航道的基本概念和特点，提出了科技工作在智能航道建设中的重要性，针对于智能航道的关键技术，提出了智能航道下的科技工作的思路，以更好地为智能航道的建设提供技术支撑和引领作用。

    关键词：智能航道；科技；工作思路

    中图分类号：U612.32 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2016）12-0037-03

    长江航运是我国综合交通运输服务体系的重要组成部分，相比较于民航、公路、铁路等其它运输方式，长江航运的信息化水平还有较大差距，尚不能满足现代化长江航运服务的需求，制约着综合交通运输发展的推进，在内河航道扩能和安全保障服务能力方面都有较大的提升空间。随着国民经济的快速发展，党和国家政府高度重视长江航运的发展，在大力发展长江等内河航运的基础上，将依托长江黄金水道建设长江经济带提升至国家战略，长江航运的发展迎来了历史性机遇。

    十二五以来，长江数字航道建设正式启动，长江航道科技及信息化建设快速发展，数字航道的建设将会显著提升长江航道维护管理能力和服务水平，实现航标、水位、工作船舶等航道要素动态监测和及时维护，航道维护资源的科学配置和联网调度，主要航道要素信息的可靠发布，对长江干线航道安全畅通及信息服务水平提升起到明显作用。航道数字化的高级发展阶段是智能化，未来内河航道的发展方向必然是智能航道，交通运输部已将智能航道技术列为未来重点研究方向。数字航道的建设成果为智能航道建设奠定了基础，智能航道将在数字航道的基础上，利用传感器、物联网、人工智能等技术，智能感知航道要素信息，通过数据分析及挖掘等技术，实现航道规划科学化、管理现代化，为长江航运提供准确、实时、便捷的航道服务。

    长江智能航道的发展方向也对航道科技工作提出了新的要求，科技工作在长江航道发展中起到支撑和引领的作用，智能航道的建设离不开航道科技工作，而航道科技工作也会推动智能航道的建设。为此，本文分析了长江智能航道的概念和特点，针对智能航道的关键技术提出了航道科技工作的思路。

    1 智能航道

    1.1 智能航道概念

    目前智能航道在發展方向、基本概念等方面都取得了初步的突破，但是整体研究还处于起步的阶段。智能航道是以数字航道建设为基础的，智能感知航道要素数据，利用航道要素数据建立广泛互联、深度融合、智能应用、机制完善的智能航道运行服务体系，实现航道资源的物联化、航道信息的互联化和航道管理服务的智能化。

    数字航道的建设解决了航标、水位、船舶等航道要素信息的自动获取，智能航道在此基础上，扩大航道要素感知种类数量，进一步提升各类航道要素数据的智能感知能力，形成全河段、全天候航道要素感知能力，为航道维护管理决策和社会公共服务提供实时的、全面的航道数据。同时智能航道利用数据分析及挖掘等技术，将海量的航道数据实现从数据到到洞察力的过程，达到典型航道要素的短期预测预报，提升航道维护管理研判及决策能力，为社会公共大众提供个性化、可定制的航道信息服务，从而真正体现出智能航道的智能化。

    1.2 智能航道的特点

    （1）系统全面感知航道要素。通过各类智能感知方式，形成固定式与移动式、接触式与遥感式、专业化与社会化相结合的感知系统，从水上、水下等全方位实现航道要素信息全河段、全天候获取，对航标、水位、水流、洲滩岸线、河床地形、雾情、能见度、典型河段监控、航道整治建筑物、控制河段交通流等航道要素实现自动获取。

    （2）便捷友好交互航道信息。通过物联网技术，将外场终端、控制终端、服务系统等各类设备连入长江航道广域网，基于智能航道的平台，实现全面的互联互通以及航道信息的便捷友好交互。

    （3）实时提供航道信息服务。航道信息服务的重要特点之一就是实时性，具有实时性的航道信息服务才是有价值的。利用数据挖掘等人工智能技术，对海量的航道资源数据进行分析处理，挖掘数据的应用价值，实现航道信息定制化服务。

    （4）低碳环保养护航道。智能航道利用遥测遥控与现代传感技术，实现各类航道要素的自动获取，达到航道远程监管，改变了传统维护管理模式，减低了资源消耗。同时利用航道要素信息为长江航道的维护管理提供决策分析，更加低碳经济地开展航道维护管理工作。

    2 智能航道下科技工作思路

    2.1 加强数据库顶层设计研究

    智能航道的核心在于“智能”二字，“智能”的表现在于将航道要素数据转化为一种预判和洞察力，从而为航道维护管理提供研判和决策，以及预测航道要素的未来发展趋势。要实现“智能”二字，需要海量的航道要素数据作为支撑，通过数据融合和挖掘等技术实现智能化。对于海量的航道要素数据，要做到有据可查、标准规范、集中管理、交换便捷等需求，必须做好数据库顶层设计。

    一个良好的顶层设计有助于航道要素数据的存储、融合、提取、分析以及挖掘。数据库顶层设计关注的不仅仅是数据本身，是要建立一个数据管理系统。系统的基础是各类基础IT设施，平台将其虚拟化为设备资源服务，为航道要素数据分析和挖掘所需要的计算能力提供基础支撑。数据管理系统的核心是各类航道要素数据，将数据进行融合、整合形成符合预定数据规范的数据库。在设备资源和数据库的基础上，结合各类专家数学模型，对所获得的航道要素等数据进行实时分析和处理，实现航道演变趋势预测、航运通航状态预测等智能化功能，最终通过PC、平板电脑、智能手机等终端将分析结果发布给用户，不同的用户根据各自不同的需求利用分析结果进行综合评判或者获取自己需要的数据，同时系统能够获取用户使用内容、使用习惯等，后续为用户提供个性化的定制服务。

    2.2 加强航道要素智能感知研究

    航道动态监测平台是数字航道建设工程的重要建设内容，航道动态监测平台全面、实时掌握航道各类动静态信息监测与控制，是航道部门开展各类业务应用的基础，平台基于统一的电子航道图数据和GIS平台，辅助航道管理部门实现航标遥测遥控、水位遥测遥报、航道维护尺度监测等功能。航道动态监测平台包含航标动态监测、水位动态监测、工作船舶动态监测等功能。

    航道动态监测平台解决了航标、水位、工作船舶等航道要素信息的实时采集和展示，但是仅仅以上三种航道要素的智能感知远远不能满足智能航道的需求，智能航道需要建立包含多种航道要素数据的大数据平台，用于数据融合处理和数据挖掘，从而从数据中获得数据变化的规律。要建立航道要素数据的大数据，需要能够及时获取当前航道要素信息的瞬时值。为此，需要进一步加强航道要素智能感知研究，在数字航道建设成果的基础上，扩大感知航道要素的范围，提高航道要素感知的实时性、准确性以及稳定性。智能航道需要的感知航道要素不仅仅是航标、水位、工作船舶等，还需要包含水流、洲滩岸线、河床地形、雾情、能见度、典型河段监控、航道整治建筑物、控制河段交通流等航道要素数据，实现航道要素的数字化采集以及预处理的能力，形成各类要素数据的统一管理。完成各类感知系统的整合，

    航道要素的感知还要体现出智能化，各类航道要素数据包括用户行为建立相应的数据库。与航道相关的文档数据、图片数据、音视频数据等结构化、半结构化、非结构化数据都要录入航道要素数据库。数据的全面性非常重要，只有感知全部数据，才可能掌控航道状态，预测航道状态和发展趋势。

    2.3 加强演变分析和预测预报能力研究

    智能化是指现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用。智能化的主要特点有具有感知能力、具有记忆和思维能力、具有学习能力和自适应能力、具有行为决策能力，具备以上特点则称为智能化系统。智能航道是一个智能化系统，前文所述的航道要素智能感知指的是感知能力，如何让智能航道具备记忆和思维、学习、自适应、行为决策等能力，是现阶段航道科技工作的研究重点，同样也是难点。

    记忆和思维、学习、自适应、行为决策等能力是智能化的核心，是利用已有的知识对信息进行分析、计算、比较、判断、联想、决策，是一种思维和智慧的结果。从智能航道的角度来说，就是对未来航道的一种洞察力，包含演变分析和预测预报的能力，通过基于大数据的融合和挖掘，逐步形成水位、水深、水流泥沙冲淤等要素信息的模拟分析、预测预报及综合利用能力，着重建立长江干线航道水位短期预测技术体系以及长江干线航道水位感知点布设方法；实现航道运行状态的模拟分析及航道条件的预测预报，支撑航道的精细化养护和航行安全的提前主动预警

    2.4 加强航道综合信息服务能力研究

    长江航道维护管理是一项公益事业，最直接的服务对象就是通航船舶，因此提高航道综合信息服务能力是建设智能航道的最终目的。加强航道综合信息服务能力的研究，要从服务的手段、服务的形式、服务的内容等方面着手。

    目前电子航道图是长江航道非常重要的对外服务手段，在智能航道的条件下，当前电子航道图的功能还有较大的提升空间，增加电子航道图的航道变化模拟分析的功能，进一步提升电子航道图的智能性、功能性和实用性；同时加强长江航道测绘技术的发展，特别是一体化测绘和快速测绘，提高电子航道图的快速更新能力。此外充分借鉴当前信息化领域的现代科技手段，着力提升信息服务的多样性、移动性、实时性，实现以电子航道图为内容、移动智能终端、船舶终端、门户网站等多平台的智能个性化服务。

    3 展望

    智能航道技术将会推动我国内河水运的加速发展，極大地提升长江航道的信息化和科技水平，将长江航道的传统维护管理方式转变为智能服务模式。智能航道的建设离不开航道科技，航道科技为智能航道建设起到技术支撑和引领的作用，其为智能航道提供信息化基础设施建设思路，也为智能航道关键技术研究提供技术支持，为此，本文阐述了智能航道所涉及的关键技术，针对关键技术提出了智能航道下航道科技工作的思路，充分发挥科技的推动作用，为智能航道建设打好基础。

    参考文献：

    [1]刘怀汉，李学祥，杨品福，等.长江智能航道关键技术体系研[J].水运工程，2014（12） ： 6-9.

    [2]长江干线（大埠街至上巢湖段）数字航道初步设计，长江航道局，2014年3月.

    [3]李学祥，李昕，徐秀梅. 物联网在长江干线航道的应用研究[J].航道科技，2014（7） ： 13-16.

    [4]郭涛.长江智能航道关键技术分析，水运工程，2016（1）：99-103.

    [5]杨品福. 长江航道基本要素信息采集与服务数据交互技术[J].水运工程，2013（5） ： 137-141.