嘉兴内河航运“船联网”建设的探索与实践

潘 辉

（武汉交通职业学院航海学院）

嘉兴是全国内河水运最发达的地区之一，境内航道密布，是沟通江浙沪水路运输的主干通道，2012年完成港口货物吞吐量1.09亿吨，名列全国内河主要港口第9位，在国家大力建设内河水运发展的背景下，可以预见，嘉兴内河航运在未来还会得到迅猛发展。随着嘉兴内河航运规模总量不断扩大，内河安全畅通保障能力也逐渐面临巨大挑战。利用信息化手段，对已有监管能力进行充分利用和潜力挖掘，提高运行效率，保障水网畅通，已经成为迫在眉睫的重要任务。

全面建设“船联网”，提高内河信息化水平，对于提升港航综合监管与应急事件处理能力有着极为重要的意义。所谓“船联网”［1］，就是指基于航运管理精细化、行业服务全面化、出行体验人性化的目的，以企业、船户、船舶、货物为对象，覆盖航道、船闸、桥梁、港口和码头，融合物联网核心技术，以数据为中心，实现人船互联、船船互联、船货互联及船岸互联的内河智能航运信息综合服务网络。“船联网”的建设目标如图1。

图1 “船联网”建设目标

1 “船联网”的研究发展现状

1.1 国外的发展现状

早在10多年前，欧美等发达国家纷纷建立本国的内河航运信息系统，这些系统在一定程度上促进了欧洲内河航运的发展，但由于在功能体系、标准体系以及结构框架等方面没有统一的标准与规范，甚至同一国家的航运信息系统都不完全兼容，这给跨国、跨区域的航运资源整合带来很多困难。2001年欧盟提出了内河信息服务（River Information Services，RIS）系统的概念［2］。经过多年的建设，如今RIS实现了欧洲内河航运综合信息服务的协同化和规范化，极大地促进了欧洲各国内河航运事业的发展。作为一个集成运用现代信息技术以实现内河航运安全、高效及环保的综合交通系统，RIS的显著特点就是跨区域、跨部门异构系统的资源整合和标准统一。图2 为RIS的体系框架。

图2 欧洲内河航运综合信息服务体系框架

1.2 国内研究发展现状

“十一五”期间，我国大力加强了内河水域的航道整治和建设，各地方水运管理信息服务建设也取得了长足进步。信息服务应用范围覆盖船舶签证、船舶助航、船舶交通管理、航运管理、航运信息服务、航运规费征稽、水上安全监控、应急救援支持等业务领域。长三角等内河航运发达地区已部分建成了基于AIS、GPS、RFID 等技术的内河船舶信息管理系统，并取得一定的社会和经济效益。即便如此，纵观我国内河航运信息化的建设，尚存在内河航运安全形势依然严峻、内河航运效率相对偏低等问题，究其原因，实际上暴露出行业监管和服务上的一些不足，而这些不足又恰恰与内河航运信息化的发展水平不高密切相关［3］。

1.3 嘉兴航区的发展现状

嘉兴港航以建设“数字港航”为目标，“十二五”期间，大力发展内河航运管理信息化水平。在信息化办公方面，目前先后已建成并推广使用了船检信息管理系统、稽征管理系统、海事业务报表系统、运政管理系统、内河港口管理系统等业务系统；在信息终端监控方面，嘉兴航区目前已初步建立由1.23万张RFID、28个危化码头航道视频监控设备组成的综合动态监控网络，初步实现了港航管理艇现场信息化监管。嘉兴航区港航信息化建设现状如图3所示。

图3 嘉兴航区港航信息化建设现状图

2 嘉兴航区“船联网”建设框架

可以看出，嘉兴港航信息化建设在港航管理、水上安全、节能减排、公众服务等方面取得了一定的成效，并走在全国前列。然而，笔者发现，在“船联网”要求的人-船互联、船-船互联、船-货互联及船-岸互联方面，嘉兴航区信息化建设与国外先进的内河航运信息系统相比，还存在较大的差距，特别是船舶与码头物流的互联方面（即船-货互联）。为此，笔者根据国内外在“船联网”建设方面的先进经验，结合嘉兴航区实际情况，对嘉兴航区的“船联网”建设提出以下构想。

2.1 “船联网”总体构架

船联网应具有全面感知、可靠传输和智能处理。本文提出的船联网总体架构如图4 所示，主要包括航运主体（全面感知）、数据采集（可靠传输）、数据处理（可靠传输）以及支撑应用（智能处理）三个层次。其中，航运主体主要内容为船舶通航环境、内河船舶、桥梁等临跨河建筑物和码头；数据采集主要通过RFID、AIS等设备，对航运主体运行时必要的导助航信息、码头货物和物流信等信息进行收集获取；数据处理主要以互联网、无线移动网和专用短程无线通信网络为基础，对所收集的数据进行加工、处理、交换、有效存储等手段，使之成为与航运相关的有效信息；支撑应用将数据处理的有效信息通过水路交通运输情况监测预警系统、水上交通信息服务系统和运输物流信息服务系统进行对外发布，为管理部门、企业和船民等用户提供服务。

图4 “船联网”总体构架图

2.2 船舶-桥梁信息智能感知

根据内河航运船-桥避碰的切实需求，根据嘉兴航区桥梁“密度大、净高低”的特点，实现对桥梁和附近水域船舶的智能感知具有重要意义。感知对象和数据主要包括桥梁、船舶的静态信息以及水深、船舶航行等实时信息。桥梁通航实时感知系统结构图如图5所示。

图5 桥梁通航实时感知系统结构图

对于静态信息的感知，通过安装在桥梁附近岸基RFID 读写器，读取水域中接近的船舶基础信息。同时基础设施综合感知仪器内部数据库保存桥梁净空尺寸，状态等基本信息。

动态数据的感知，通过安装在桥梁附近的动态水深传感器，经过视频监控与分析，判断船只的实时动态通航状态。再根据安装在桥梁、管道上的振动传感器，判断碰撞事故的确切发生。

2.3 船舶-危化品码头信息智能感知

危化品码头是内河航运基础设施中非常重要的部分，利用视频监控和无线传感网络的综合码头监管系统，能够对危化品物资在码头装卸过程中进行实时监控和数据采集，有效防止各类意外事故发生，保障安全作业和正规化管理的实施。危化品码头实时感知系统结构图如图6所示。

利用RFID 技术获取到靠港船舶基本信息，并与港口泊位的水深、尺度进行比对，可对码头装卸过程中违规行为进行判断和感知。同时采用无线压力、液位传感器，对危化品槽罐进行实时数据监控，及时发现和计算危化品装卸过程中数据变化［4］。

图6 危化品码头实时感知系统结构图

2.4 船舶-通航环境信息智能感知

通航环境要素包括气象信息（如风向、风速、温湿度等）、水文信息（如水流、潮汐等）、航道信息（如水位信息、航道障碍物、航道拥堵程度等）等；通航环境异常现象包括水上碍航漂浮物（如浮木、漂浮废弃物等）、船舶异常行为（如违章行驶、船舶走锚）等。这些信息都会对船舶正常运行造成影响。通航环境要素实时感知系统结构图如图7所示。

图7 通航环境要素实时感知系统结构图

利用集成传感网、RFID、AIS 等设备的集成系统，向船舶驾驶人员提供船舶运行环境状态信息，提高船舶航行的安全性。并且通过岸基，对航道水文、气象、异常检测等通航环境进行智能感知，及早发现航道异常现象和船舶异常行为，为船舶做出预警［5］。

3 嘉兴航区“船联网”建设的原则

“船联网”作为物联网背景下的新兴产物，其建设应结合嘉兴航区航运发展实际需求，围绕畅通、高效、平安、绿色的内河航运发展理念，根据国家物联网产业发展政策，立足于“面向服务、标准引领、顶层设计”的发展理念［6］。

同时，在现有的浙江省港航信息化成果的基础上，注重“先进性、开放性、可扩展性”的原则，建立高效、实用的嘉兴航区“船联网”系统。其中，先进性原则主要是把握科学技术的最新方向，构建先进的体系结构，保证系统具有稳定性、安全性、实用性等良好的性能；开放性原则充分发挥与临近省、市之间航运信息数据的交换和共享，扩大信息覆盖面，提高系统的运行效率；可扩展性是指系统设计采用模块化、应用面向对象的设计思路，便于后期的维护和更新。

4 结 语

“十二五”期间是嘉兴港航信息化高速发展的黄金时期，借助当前国家良好的政策环境和现有丰富的信息资源，嘉兴港航在港航资源整合系统、内河船舶射频识别系统（SRIS）、船舶RFID、航道数字化等航运信息化方面，与相关研究机构和院校合作开展了大量研究，并取得了积极的成果，为嘉兴“船联网”系统的发展奠定了良好的技术和资源基础。本文是基于嘉兴航区已有的信息化资源，提出“船联网”的总体构架图，同时对具体子系统提出初步的建设设想和方案。

1 董耀华，孙伟，董丽华，张成雷.我国内河“船联网”建设研究［J］.水运工程，2012，8（8）：146-149.

2 赵颖慧，曹从咏.基于船联网的水路危险货物运输应急信息系统原型设计［J］.中国水运，2011（7）：44-45.

3 罗本成，麦克，蔡丽娟.推进内河航运综合信息服务建设的思考［J］.中国水运，2010（2）：52-53.

4 秦玉，姚振强.危险品集装箱状态实时监测系统设计［J］.机械设计与研究.2008，24（6），98-101.

5 董超群，董芳，孙伟峰等.海洋水文气象综合数据采集器的研制［J］.电子设计工程，2012，20（3）：7-9.

6 刘清，陶存新，郭君.创建长江航道预警应急指挥系统框架［J］，船海工程，2007（4）：32-36.