三峡船闸上游锚地监控管理系统设计

邹金松

(中交第二航务工程勘察设计院有限公司　武汉　430071)

三峡船闸上游锚地监控管理系统设计

邹金松

(中交第二航务工程勘察设计院有限公司武汉430071)

摘要三峡船闸上游锚地监控管理系统的建设可以帮助提高船舶过闸效率，充分发挥三峡工程的通航效益。对三峡坝区的安全监管现状进行分析，设计了三峡船闸上游锚地监控管理系统的架构，根据系统主体需求对主要功能模块进行设计。该系统主要包括监控数据采集、通航环境信息发布、锚地状态动态监控和锚地业务管理等子系统。该系统可实现对三峡库区航道、船闸、码头和渡口等重点水域的监控。

关键词三峡船闸锚地安全监控管理

内河船舶监控管理系统是实现内河航运信息感知的重要技术手段与方法。近年来，加快长江等内河的水运发展已上升为国家战略。同时，随着信息化的发展与大数据时代的到来，内河船舶安全监管系统成为保障内河航行安全的重要手段之一。

在国外的内河航运监控系统中，德国的ARGO(Advanced River Navigation)系统[1]主要为莱茵河中部的狭窄河道航行的船舶提供信息服务，向船舶驾驶员提供实时的航道条件信息和安全水深范围信息。美国海岸警卫队建立的IRVMC (inland rivers vessel movement Center)系统[2]整合了GPS系统、AIS系统和电子航道图系统，基于准确的船舶位置跟踪保证了船舶的有效监管，通过电子航道图系统和共享船舶位置信息辅助船舶航行，为船舶调度、船闸运行管理、安全监控、环境保护等提供信息服务支持。

针对内河水域的特点，我国在国外信息服务系统基础上，已经初步建立了由船舶交通管理系统(vessel traffic services,VTS)、船舶自动识别系统(automatic identification system，AIS)、闭路电视系统(closed circuit tele vision,CCTV)和无线射频识别系统(radio frequency identification devices,RFID)等船舶航行的立体化监管体系[3]。这些监管系统可实现对内河船舶航行信息的采集与分析，提高内河安全监管的力度与信息化服务能力。

锚地作为船舶安全停泊、避风装卸货物等的安全场所，近年来锚地的安全与监管技术得到研究人员的重视。在港口锚地的合理配布和优化、锚地功能改善和规划、船舶进入锚地后对锚地的安全监管等方面开展了大量的研究[4]。

本文通过分析三峡坝区的船舶安全监管现状，对三峡船闸上游锚地的监控管理系统进行了架构分析和功能设计。该系统的实现，可以帮助管理人员更好地利用三峡库区内有限的锚地资源，保障水上交通安全。

1　三峡坝区安全监管现状

三峡船闸上游锚地是为通过三峡船闸船舶等待过闸和上游待闸船舶提供锚泊的专用基地，是三峡通航保障工作的重要内容之一。近年来，对三峡锚地的研究不断深入，国内学者对包括三峡危险品船舶待闸锚地的多元化研究、锚地容量分析、待闸锚地结构分析与建设管理[5-6]等开展了大量的研究工作，但是对于三峡锚地的智能化监管手段研究较少，锚地信息化监控管理手段的缺失，给三峡待闸锚地的有效管理带来诸多困难和问题，迫切需要建设锚地监控管理系统。通过三峡坝区通航管理综合信息系统工程CCTV监视系统的建设，现阶段已初步实现对三峡河段航道、船闸、码头和渡口等重点水域的视频监控。但是，仍存在以下不足之处。

(1) 目前三峡局大部分锚地及锚泊区域未实现视频监控系统的覆盖。未覆盖区域不能实现与待闸船舶及锚泊趸船信息交互及通信、远程可视监控，难以提高三峡通航的综合管理与公众服务水平。

(2) 已建CCTV系统不能满足三峡局管理集中化的需求。管理集中化的目的是对信息收集、分析与发布流程的全局性掌握，进而对三峡坝区通航管理综合信息系统工程CCTV监控系统的服务器及平台软件对前端信号进行统一管理和控制。

针对以上不足，需要结合长江三峡大坝上游河段实际船舶通航情况，为安全通过三峡船闸、船舶等待过闸和上游待闸，设计锚地监控管理系统并最终实现。

2　系统架构分析

三峡船闸上游锚地监控管理系统需要帮助管理人员实现包括进入报告、锚位指泊、锚位确认与船舶信息统计、锚地水域和锚泊秩序监控、船舶发航调度等方面的工作，为加强、完善锚地管理和服务的重要手段和技术支撑。本系统在充分利用现有信息网络、各应用系统等建设成果的基础上，将通信信息网络延伸覆盖到锚地外围站点，开发各功能子系统，实现监控管理系统与现有通航管理业务应用系统的有效衔接，实现与待闸船舶及锚泊趸船信息交互及通信、远程可视监控、待闸申报自动受理及分类、分区指泊、进出锚地时间自动记录、数据自动统计分析、在锚船舶及泊位占用情况浏览等信技术；各锚泊趸船信息化网络全覆盖，各锚地水域可视监控前端采集设备全覆盖等，以增强锚地管理和服务能力，总体提高船闸通航管理与公众服务水平。

系统的总体架构设计见图1。

图1　系统总体结构

系统通过过闸调度等系统数据接口、通航环境实时监测及数据接口系统、泊位监控雷达系统、CCTV视频监控系统分别获取船舶GPS数据、通航环境信息、船舶目标雷达数据和视频监控数据，利用数据库进行数据存储。而系统管理子系统则对数据信息进行分析，并将信息利用不同形式进行发布和使用。

其应用系统关系图见图2。

图2　应用系统关系图

(1) 锚地动态监控系统主要负责对监控区段的船舶AIS信息进行实时动态监测和数据前端采集和管理，并将采集获取的信息分别发送至锚地业务管理系统和三峡通航管理局门户网站，分别供管理员和其他人士进行信息查询，实时了解锚地船舶的动态信息。为锚地业务管理平台和三峡通航管理局公众服务提供数据支撑。

(2) 锚地业务管理系统主要辅助锚地锚泊业务开展，为各类船舶待闸停靠锚地管理提供支撑；管理员通过对锚地业务管理系统的操作，可实时的对监控系统的状态进行调控，对违规违章船舶进行监督和控制；同时通过三峡通航管理局外网门户网站进行信息发布。

(3) 三峡通航管理局外网门户网站主要是管理员信息发布与用户信息查询的交互平台。管理员综合锚地信息，将信息以图像等直观的方式通过网站、移动终端等完成信息发布，为过往船舶、社会公众提供服务。

(4) 外部软件接口保证了应用系统良好的扩展性，可通过接口与其他软件系统相互通讯或获取信息。

3　系统功能分析

三峡船闸上游锚地监控管理系统需要实现对坝区河段航行船舶、航道、锚地、船闸、码头和渡口等重点水域的实时监控管理。

因此本系统需要涵盖锚地监控重要业务，包括受理船舶锚泊申请、指定泊位的业务管理、锚地动态监控、通航环境信息发布、查询统计分析、历史回放、相关系统(过闸调度、锚地数字航标系统等)接口、通信服务、基础信息维护、信息发布网站、系统及安全管理等软件功能。系统功能模块见图3。

图3　系统功能图

本系统主要包括监控数据采集子系统、通航环境信息发布子系统、锚地状态动态监控子系统、锚地业务管理子系统。

3.1监控数据采集子系统

监控数据的采集主要是指通过摄像机、GPRS系统、雷达、AIS等设备与系统获取相应的数据。所采集的数据主要有船位、锚泊状态、锚地泊位状态等信息。船位信息获取包括GPS系统、AIS、雷达、人工输入等方式。监控数据的采集需要与过闸调度等系统、安检系统、数字航标系统交换信息。系统需要实现与其他系统的互联互通，向下能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信。因此系统应具有良好的开放性，提供外部设备的协议驱动接口。当出现新的监控设备时，通过适当定义的数据接口，使系统能实现与该设备正常通信，提取有效数据并对其进行相关的监测和控制。如能够接收GPRS系统传来的船舶位置等数据传送给监控系统。

3.2通航环境信息发布子系统

通航环境信息发布子系统可用来对外发布锚地的动态信息，以提高锚地服务水平与能力。所发布的锚地动态信息包括航道信息、船闸信息、水文信息、气象信息，锚地信息等。发布方式包括手机短信、网站、GPS终端等。

3.3锚地状态动态监控子系统

锚地状态动态监控子系统主要应实现锚地信息的图表展示、走锚监控、锚地视频监控、在锚船舶及泊位占用情况浏览等。具体功能包括：锚地船位及锚泊状态监控、船舶走锚状态监控、锚地视频监控、视频图像分析等模块。

锚地状态动态监控子系统的功能框架见图4。

图4　锚地动态监控系统功能框架图

(1) 锚地船位及锚泊状态监控。本功能主要实现对锚地基本信息和船位信息以及锚泊状态的监控，基本信息包括锚地名称、设计容量、可用容量、锚地性质、泊位占用状态、地点等；船位信息包括船舶号、占用泊位号等。

(2) 船舶走锚状态监控。本功能主要实现对船舶走锚状态的识别及监控。船舶走锚状态信息包括船舶号、所在锚地名称、占用泊位、船舶位置、位置变化阈值等；位置变化阈值是判断船舶是否走锚的标准，若船舶位置变化超过阈值，则判为走锚。可根据船舶位置变化量是否超过阈值来对走锚状态进行识别。船舶位置获取：GPS系统、AIS、雷达、人工输入等。

(3) 锚地视频监控。本功能主要实现对锚地的动态视频监控。监控内容包括锚地名称、监控时间、监控地点、监控对象、监控事件和监控状态、摄像头编号、位置、类型等。

(4) 锚地视频分析。本功能主要通过对视频图像的动态分析获取船位信息、目标跟踪、走锚状态识别、船舶交通流统计等。基本信息包括监控的动态对象位置、航速航向、走锚状态、船舶数量等。同时提取监控视频中关于船舶图像分析信息，获得锚泊的动态状态，以实现对锚泊状态的动态监控和辅助管理。

3.4锚地业务管理子系统

锚地业务管理子系统主要实现船舶过闸前锚地停靠待闸中的进入报告、停泊指定、离开锚地等业务管理。具体包括危险品运输船、普通运输船、临时危险品运输船、临时普通运输船的待闸锚泊管理，VHF通信管理等5个功能模块，主要实现对相应的锚地信息、组织机构代码、起讫点、航道信息、船舶类型、船位信息等的添加、修改和删除功能。每个模块中区分上水和下水2个不同功能。

3.5系统管理

系统管理主要实现基础信息的配置管理，包括锚地基础信息维护、用户管理、日志管理等功能模块。主要实现对各个模块数据的添加、修改和删除功能。

4　结语

本文通过对三峡坝区视频监控覆盖情况、以及坝区管理集中化需求的现状分析，设计并实现了三峡库区锚地监控管理系统。本系统主要包括监控数据采集子系统、通航环境信息发布子系统、锚地状态动态监控子系统、锚地业务管理子系统。本系统可满足目前三峡坝区的监管需求，实现对采集信息的及时处理与发布和锚地业务的监管，实现对三峡库区航道、船闸、码头和渡口等重点水域的监控。从而提升锚地集中指泊、安全监管、信息服务能力，推动三峡通航锚地管理由传统管理方式向信息化管理方式的转型。综合提升了三峡锚地的业务能力与效率，实现了三峡通航管理业务的无缝衔接和流转，以及闸区信息的共享和交换，提高了通过能力，减少了生产管理成本。全面提升了三峡通航管理与服务水平。

参考文献

[1]VOGEL J, WIRTH H, ZENTGRAF R. Advanced River Navigation(ARGO) - A challenging component of the RIS-Concept[C].31st PLANC Congress. Estoril:2006.

[2]HINES K. Inside out: A look at the inland river vessel movement center-protecting America from the inside out[J].U.S Coast Guard Revisit,2006,53(3): 18-21.

[3]桑凌志,毛喆,张文娟,等.内河多桥梁水域船舶安全航行预警系统实现[J].中国航海,2014,37(4):34-39.

[4]杨之梁.船舶进入锚地后的安全监督管理[J].世界海运,2001(5):15-16.

[5]刘明俊,刘佳仑,周立.基于排队论的三峡库区锚地容量分析[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版,2013,37(1):35-38.

[6]胡标兵.三峡库区变动段锚地的建设和管理[J].中国水运,2009(8):9-10.

收稿日期：2015-07-10

Monitoring and Management System Design of the
Anchorage at the Upstream of the Three Gorges Dam

ZouJinsong

(CCCC Second Harbor Consultants Co., Ltd., Wuhan 430071, China)

Abstract：The monitoring and management system construction of the anchorage at the upstream of the Three Gorges Dam Lock can raise the efficiencies of shipping lockage capacity and give full play to the benefits of waterway transportation. The current status of the safety supervision in the Three Gorges Reservoir Region is analyzed for the framework designing of the target system. Furthermore, we can design the monitoring and management system framework of the anchorage at the upstream of the Three Gorges Dam Lock and the main function modules according to the analysis of system requirements. This system includes four functional sub-systems, namely, monitoring data collection sub-system, navigational environment information release sub-system, anchorage status dynamic monitoring sub-system, and anchorage business management sub-system. The designed system can assist in supervising the waterways, ship locks, docks and ferries in the Three Gorges Reservoir Region.

Key words:lock of the three gorges dam; anchorage; safety; monitoring; management

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.057