基于感知技术的水上交通安全监管系统架构研究

李森王枫

（1. 安徽省地方海事局；2. 交通运输部科学研究院）

基于感知技术的水上交通安全监管系统架构研究

李森1王枫2

（1. 安徽省地方海事局；2. 交通运输部科学研究院）

安徽地处华东腹地，紧邻“长三角”水网地区，具有发展内河水运优越的水资源条件，沙颍河是安徽省内河“两干三支”（长江、淮河、合裕线、芜申运河、沙颍河）中的重要一支，安徽省境内航道里程206公里，流域面积4112平方公里,规划等级为IV级。沙颍河作为国家规划的高等级航道网的重要组成部分，既是豫皖两省的水运交通要道，也是我国传统的西煤东运的水运要道，对豫皖两省及华东地区的经济发展发挥着重要作用。

1 研究背景

随着沙颍河航道（安徽段）整治工程的实施，沙颍河航道将实现连续通航，皖西北部及豫东南地区丰富的煤炭资源，将大量通过沙颍河航道向长江三角洲地区运输。沙颍河航道经济腹地运输主要依靠铁路和公路，因受网络运输的限制，存在运能不足、运输趋于饱和、运输环节多、运输成本高等问题。沙颍河航道整治工程的建设将打开豫东南的水运大门，形成一条北煤南运、西煤东运、经济合理的水运通道，减轻陇海、京广等铁路和公路的运输压力，便于河南省东南地区与“长三角”地区的物资交流，缓解腹地运输压力，完善腹地综合运输体系。同时腹地固定资产投资也会加大，矿建材料需求量也将增加，势必引发沙颍河航道水运量的增长。

此外，沙颍河航道沿岸分布有化学危险品生产企业和其它煤、化工产品产业，目前大都采用路上运输方式。沙颍河航道整治工程完成以后，水上运输以其相对低廉的价格和风险率必将在未来分担化学危险品、煤和其它化工产品的运输份额，危险品运量将明显增大，对水上交通安全的监管也带来极大挑战。此外，船舶超载运输现象、船舶碰撞事故，危险品运输船舶数量增大、油污染和危险品污染等都对水上交通安全和环境保护的严峻考验。

随着沙颍河全线开通复航，水上运输船舶数量和危险货物运输会快速增长，水上船舶呈现密度增大，船型增加的态势，与监管手段相对缺乏矛盾日益凸显。主要表现在：

（1）救援体系不健全，巡航救助基础设施不完备，不能满足快速反应和应急救援的要求。

（2）水上交通安全管理监测和预警手段欠缺，不能满足快速发展的安全监管要求。

（3）船舶污染防控监管能力缺乏手段。

2 感知技术的应用趋势分析

物联网作为信息技术的深度扩展使用，是新一代信息技术应用突破的重点发展方向之一，近年来，我国对物联网的发展极为重视，2010年将物联网的研发应用写进了政府工作报告，定义为战略性新兴产业，2013年2月在《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》（国发〔2013〕7号）提出发展原则、目标、主要任务、措施，促进物联网在各个行业健康发展。

交通运输是物联网深入应用的重要领域之一，在《公路水路交通运输信息化“十二五”发展规划》为物联网、云计算、软件信息服务等新一代信息技术发展提供了突破口和广阔的应用空间。感知技术作为物联网技术体系的基础，目前已经在交通基础设施建设、养护、以及各类交通工具运输中得到部分应用。在水上交通安全监管中涉及的船舶运行状态、航道设施状态、通航环境状态的感知技术主要有RFID技术、GPS技术、传感器技术、视频识别与监控技术、激光技术、红外技术等。

3 基于感知技术在的水上交通安全监管系统总体架构

水上交通安全监管系统的作用是对水上航行、停泊、作业船舶和设施进行监控管理，实施水上交通安全监督管理、维持水上船舶交通秩序，从而防止船舶交通事故发生。通过感知技术在水上交通安全监管系统中的应用，能够很好地满足业务管理的功能需求。

3.1 水上交通安全监管系统的功能需求

（1）需实时掌握水域内重要桥梁、航道、危险品码头作业情况、船闸引航区等关键区域、事故多发区航段的运行状态信息和实时视频图像信息，使监控人员掌握水上交通的现场态势，及时了解监控现场的船舶交通动态，发现和纠正违章操作与事故隐患。通过合理设置视频监控点，还可以加大对船舶污染的监管力度，实现沙颍河水上交通的远程可视化管理。需要视频智能分析手段作为视频图像中异常情况的预警。

（2）为保证对危险品运输船舶和未来的旅游客船的安全监管，实现海事管理机构对危险品运输船和未来的旅游客船的全天候的实时监控，向其发送预警以及通航、气象、水文等各类信息，遇到险情时可对其快速定位等。同时，为加强搜救指挥调度能力，对海巡艇和巡逻车也需加装含卫星定位和无线通信功能的船载（车载）终端，实现对海巡艇和巡逻车位置和轨迹的实时掌控，遇到水上事故时，提高搜救指挥调度效率。

（3）根据相关管理制度，对船舶流量和水位数据的监测可使港航管理部门及时了解船舶流量、航道通航环境状况，可以为船民提供安全航行信息服务，避免拥堵和发生搁浅等事故。

（4）船舶报港具有海事安全管理、规费稽征、船舶指泊调度等多项职能。船舶在各报港站点容易引起船舶拥挤、碰撞和航道堵塞等事故，多次停靠报港需要大量管理人员，管理效率低下，还造成船舶燃油浪费，增加了不安全因素。因此需要船舶免停靠报港服务，提高管理效率，促进节能减排。

3.2 基于感知技术的水上交通安全监管系统总体框架

为满足以上各类需求，结合目前较为成熟的感知技术所构建的水上交通安全监管系统总体框架，包括感知终端、服务网络、数据资源、支撑平台、应用系统、用户接口和保障体系等七个部分。

感知终端。包括摄像头、AIS终端、RFID标签和阅读器、各类传感设备等，实现对航道环境、助航设施状态、航道船舶等进行主动监测与智能控制，摄像头用于采集现场的视频数据，船载终端实现船舶的定位和信息显示功能，RFID电子标签用于船舶身份识别，各类传感设备采集航道设施运行状况和水文气象信息。

网络服务。综合利用GPRS/CDMA/3G无线网络、自组织网络、无线传感网、互联网、串口通信等，为沙颍河水上交通安全监管提供通信服务。

数据层。实现接收、转换和存储智能感知终端采集的数据以及各类应用服务系统中的数据，为系统的正常运行提供数据支撑，同时实现与省、部级海事主管部门和其它领域相关部门的数据交换与共享。数据层分为基础数据库和业务数据库，基础数据库包括船舶基础数据库、船员基础数据库、航道基础数据库、水路空间基础数据库、航道设施基础数据库等，业务数据库包括视频监测数据库、航道设施状态数据库、船舶位置数据库、船舶运行环境数据库、稽查信息数据库、报港信息数据库等。

支撑层。提供统一的基础软件服务，包括内河地理信息系统、安全认证系统、数据交换系统等支撑软件。

应用系统。根据业务需求，开发服务于水上交通管理、应急服务、船舶安全运行、公众出行的应用系统，主要包括：视频智能监测系统、航道设施状态监测系统、船舶运行环境监测系统、船舶防污染监测系统、船舶综合监管和服务系统等。

展示层。面向港航管理部门、港航企业、运输船舶和社会公众等提供多种方式的展现形式。

保障体系。包括安全保障、标准规范、基础设施和运营保障体系。安全保障采用安全技术产品，依据安全管理制度和技术规范，保障系统物理安全、网络安全、系统安全和应用安全。标准规范包括系统建设中应遵守的各种国家、行业、地方标准，为实现资源整合和系统拓展奠定基础。基础设施和运营保障建设基础设施，配备人员和资金，制订长效运行机制，保障系统长期稳定运行和可持续发展。

4 结论

通过采用物联网、智能感知等新技术，对传统交通安全监管和应急救援方式进行改造，构建全方位覆盖、全天候运行、快速反应、智能化的水上交通安全监管系统，对船舶实现有效识别和监测，可提升船舶综合监管与服务水平；在内河地理信息系统的基础上构建“感知航道”，综合利用智能传感、遥测遥控、视频监测和智能分析等技术，对航道环境、助航设施状态、船舶运行环境进行主动监测与智能控制，可实现航道养护和水域环境监测智能化；通过实现船岸间的有效交互和水路运输监测预警、流量拥堵情况分析、不停船稽查、免停靠报港等服务，在提升水上交通安全管理水平和水上突发事件的预警与处置能力具有重要意义。