虾子梁控制河段通行控制信号辅助揭示系统研究

长江万州航道处 江学伟

虾子梁控制河段通行控制信号辅助揭示系统研究

长江万州航道处 江学伟

通行信号台是长江上游控制河段船舶通行安全的重要保障，随着长江航运业的快速发展，船舶数量急剧增大，船舶快速化、大型化趋势日益明显，控制河段航道安全保障能力也面临更高的要求。论文以虾子梁控制河段为研究对象，综合利用现代化技术手段，开展通行控制信号辅助揭示系统的研究工作，有效提高工作效率和指挥水平，确保控制河段航道安全畅通。

控制河段；通行指挥；辅助揭示

1 引言

三峡水库175m蓄水之后，长江兰家沱至涪陵有通行控制河段9个，通行信号台18个。在传统的通行指挥过程中，上、下水船舶的船位信息主要依靠信号员通过人工瞭望和 VHF 电话联系等方式获取，由于缺乏有效的技术手段，信号员难以主动掌握船舶的准确位置，造成通行指挥较为被动，导致指挥的准确性较差，人为地降低了船舶通行效率[1]。按照“上水等下水”的通行原则，如下水船舶提前虚报船位，可能会致使本该正常航行的上水船舶长时间等待，人为地降低了控制河段的通航效率；如上水船舶提前虚报船位，可能会致使上水船舶放行后，未能及时进入控制河段，当下水船舶到达上控制断面，受水流作用无法稳船导致其必须调头等候，由于控制河段航道条件有限，调头作业极易引发船舶交通事故，控制河段的通航安全将难以保证。

论文以虾子梁控制河段为研究对象，通过综合利用AIS、视频监控等技术手段，研究通行控制信号辅助揭示系统，为信号台工作人员开展通行指挥提供信息化工作环境。

2 虾子梁控制河段简介

虾子梁控制河段位于长江巴南航道处辖区鱼洞水道（长江上游690.1km-691.0km），是一个平面形态呈约70°的“U”形急弯河段，如图1所示，虾子梁礁石立卧于江心河漕。汛期，该河段水流流态紊乱，泡漩汹涌，通航条件相当恶劣，为安全航行，当鱼洞水银口水位6m以上时，船舶在鱼洞信号台信号员的指挥下单向通过该河段。

图1 虾子梁控制河段示意图

3 系统功能

系统主要面向信号台信号员，基于电子航道图掌握准确的船舶基本信息以及船舶位置、船向、船速等动态信息，对船舶驶入预定范围发出预警提示，辅助信号员科学、精确、方便地对控制河段内的通行船舶进行指挥控制，提高控制河段通行安全[2,3]。

系统功能包括控制河段船舶动态监控、通行信号揭示预警、信号员工作记录管理等3个功能模块。

系统的功能框架如图2所示：

图2 控制河段通行指挥系统功能框架图

3.1 控制河段船舶动态监控

控制河段船舶动态监控通过AIS、视频等监控方式[4,5]，实时获取控制河段通行船舶动态信息，并基于GIS平台展现给信号员，为信号员进行通行控制提供科学支撑。船舶动态监控主要实现以下功能：

（1）当有船舶进入上下指挥断面时，系统自动提示报警，并根据通行指挥原则揭示信号；

（2）对尚未进入上指挥断面的船舶误报船位进行监管；（3）结合电子航道图，实现控制河段通行指挥多级监管。船舶监控手段主要包括AIS、视频两种，分别如下：（1）AIS监控

系统从长江海事局信息中心获取控制河段辖区范围内已安装AIS船台的通行船舶的AIS信号，并将船舶动态位置在GIS平台实时显示出来，包括工作船舶位置、运动矢量及其经纬度、船艏向、航速等，方便信号员进行科学判断和指挥。

（2）视频监控

由于长江仍有部分船舶尚未安装AIS终端，通行指挥视频监控是控制河段监控的重要补充，信号员通过在控制河段关键位置架设的摄像头来直观获取河段重要位置的实时图像信息。

3.2 通行信号揭示预警

信号员可根据控制河段具体情况预设规则，当船舶动态监控模块监测到船舶驶入预定范围（上下指挥断面）时即自动向信号员发出预警提示，并根据预设规则自动生成信号揭示指令，信号员可参考信号揭示指令进行信号揭示操作。

系统实现对尚未进入上指挥断面的船舶误报船位的行为进行重点监管，通过AIS和视频监控，可以跟踪目标船舶的位置和动态，一定程度上减少因船舶误报船位导致通行信号揭示不准确的情况发生。

3.3 信号员工作记录管理

系统可自动保存工作日志，记录信号员使用系统的所有操作过程，便于对信号员通行指挥情况进行监督管理。工作日志包括信号揭示时间、信号揭示内容、信号员、记录时间、水位、船名、拖驳数、上下水、到达特定位置的时间等。

4 系统结构

根据功能需求，通行控制信号辅助揭示系统需监视到控制河段上下鸣笛标外1km范围内的船舶动态。本系统主要通过视频监控技术来主动获取水域船舶动态信号，同时为了有效掌握水域船舶的相关信息，本系统采用AIS系统作为船舶动态监视的信息补充。通过自建视频监控系统、获取AIS数据等方式实现对拟进入控制河段的船舶进行动态监控，直观形象了解控制河段现场情况，为通行信号的辅助揭示提供前端数据支撑。

通行控制信号辅助揭示系统终端主要包括视频监控终端、用于存储数据和部署应用系统的通行控制服务器、PC工作站。系统采集AIS、视频等各类监控信号并数字化处理后，传输至各控制台进行统一处理和转发。系统结构如图3所示，各部分的功能和构成如下：

图3 控制河段系统结构图

（1）视频监控系统

视频监控系统主要包括一体化摄像机、避雷设备、电源设备、控制设备等。摄像机采用适用于水上船舶监控的一体化可见光、热成像、云台控制设备的IP网络摄像机组合。避雷设备主要有网络避雷器、电源避雷器、信号避雷器以及接地装置，电源应配备稳定的市电供应并提供24小时应急后备电源及双路保护。

（2）通行控制服务器

PC服务器主要功能是接收船舶的AIS信号和视频监控数据以及运行控制河段通行指挥子系统。

（3）PC终端

PC终端主要功能是为预告台接收船舶的AIS信号和视频监控数据，以及各个信号台访问控制河段通行指挥子系统。

5 功能实现

5.1 控制河段船舶动态监控

系统通过视频监控系统可实时直观掌握船舶当前位置，如图4所示。通过AIS等信息实时监控控制河段及附近水域内所有AIS船舶位置，并在电子地图上显示，使信号员准确、直观掌握船舶的动态信息，如图5所示。

图4 基于视频监控的控制河段船舶动态监控界面

图5 基于A I S信息的控制河段船舶动态监控界面

5.2 通行信号揭示预警

当系统监测到船舶驶入控制河段水域时，将自动向发出预警提示，并根据预设的通行控制规则自动生成建议揭示信号指令，信号员可参考信号揭示指令进行信号揭示，如图6所示。

图6 通行信号揭示预警界面

5.3 信号员工作记录管理

系统自动记录信号台所有的操作记录，以有效便规范信号员的工作行为。记录主要包括船舶名称、航向、信号揭示时间、船舶进出槽时间和通过控制河段时间等，如图7所示。

图7 信号员工作记录管理界面

6 结论

论文针对控制河段通行指挥存在的一些问题，从航道业务需求出发，对虾子梁控制河段通行控制信号辅助揭示系统进行了研究和开发，有效提高了控制河段指挥的可视化和信息化水平，提高控制河段通行效率，减轻指挥人员负担，切实保障航道运输的安全与畅通。

[1]王德军．控制河段可视化辅助指挥系统设计与实现[D]．重庆大学,2013．

[2]重庆大学．控制河段船舶通行智能辅助指挥系统及指挥方法[P]．中国发明专利CN102236974A,2011,11,09．

[3]毕方全．信号台信号自动揭示与船舶通行智能辅助指挥系统技术研究[J]．信息科技,2011,46(2)：225-226．

[4]靳智,梁山,曹芳平．基于AIS的长江控制河段船舶视觉伺服跟踪研究[J]．计算机应用,2011,31(12)：3414-3417．

[5]李勇,周品,谭建军．基于AIS与GIS的船舶监控管理系统研究[J]．微计算机信息,2007,23(16)：250-252．

江学伟（1970—），男，重庆人，大学本科，现供职于长江万州航道处航道科，助理工程师，主要从事航道、航标管理工作。