嘉陵江数字航道构建与预警技术的实际应用研究

刘柯

摘 要：在信息化建设加快的今天，航道部门如何应用新型技术来实现数字航道理论体系成为了航道部门发展的一个重要课题。通过建立专业的数字模型的方式，能够帮助工作人员更好地掌握整个航道的工作状态并且通过模型演算对航道运行过程中出现的隐患能够进行提前的警告。数字航道在依附于工作人员的工作经验基础上更好地发挥了信息化技术独有的信息处理能力，市航道部门的工作人员在日常的工作过程中，能够以更高效的工作狀态完成相应的工作，并提高了航道的使用效率和安全效果。便于相关工作人员进行决策，并对工程的实施提供有效的信息基础。

关键词：数字航道;地理信息系统;预警技术

中图分类号：U615           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）03-0035-02

数字航道能够帮助工作人员全面直观的了解到整条航道以及相关地区的一系列数字化研究环境，通过建立相应的数字模型，对航道的日常运转进行规划和管理，并对航道运转过程中出现的各种可能情况进行提前的方案预演，并置备相应的应急方案，一共航道正常管理使用。通过建立模型并对模型内容进行分析研究，能够让工作人员更好的了解到行道的相应信息，并在有关规划、开发、维护管理等工作中提供关键信息。目前我国的航道整治与航运战略正处于高速发展期，我国的航道总长数量规模巨大，想要应对如此庞大的系统就需要尽快完善数字航道管理信息系统由数字航道系统协助工作人员来管理整条航道的日常工作。在进行决策时为决策者提供可视化依据，提高决策的正确性和科学性。通过对数字模型进行模拟和推算大幅度提高了整个推算的效率，同时最终结果也更加可靠。

1 数字航道理论体系

数字航道的主要内容包括对航道的综合规划与开发提供必要的数据支持，提升工作人员对于航道日常的管理维护的工作效率，通过模拟不同情况，航道的使用状态保证航道内的船只运行更加安全便捷，最后数字航道也能够实现航运可持续发展。数字航道主要的功能有4个，分别为数字航道治理与开发，数字航道管理与维护，数字航道海事管理和数字航道港务规划管理4种功能。为了保证这4个功能模块能够正常的运转，系统中还配置有数字航道虚拟仿真平台以及相应的数据库一共分为6大部分。其中数据库向仿真平台提供平台模拟推算所需的一切数据信息。平台通过模拟航道的正常运转，对航道的4种功能提供相应的数据结果。

2 数字航道治理与开发

2.1数字航道勘测

通过集合大地测量数据、遥感影像资料和水下地形图等数据信息，让数字航道形成的航道内地形信息达到全面完善的效果，进一步提高数字模拟平台推算结果的准确性。

2.2数字航道地形

水文泥沙资料的处理与分析通常航道水下地形图的测量结果是由CAD形式进行储存的，需要对其进行进一步的加工，让信息能够更加容易的提取和应用。通过对CAD数据信息进行提取得出数字高程模型数据。

水文泥沙资料的处理与分析也是数字航道日常运转中处理的基本信息内容之一，过过去关过去为了保证航道的运转正常工作人员需要对能够收集到的历年水文泥沙资料进行整理，以Excel表格的形式进行数据保存。虽然能够保证数据信息长时间得到有效的保存，但是通过该格式进行保存的数据在管理、查询、分析、处理以及安全性上都存在不足。数字航道系统无法直接对其中的数据进行高效的分析利用，影响到系统整体运转效率，而行道的总里程规模决定了系统无法采用如此缓慢的工作形式来进行水文泥沙信息的处理。数字航道中关于水文泥沙分析的相关内容包括对全部Excel表格中的数据进行处理和转存，并与水文测量站进行信息沟通，实时查询历年的水位流量和输沙量，进行水位流量关系自动拟合分析以及最新的水情查询。

航道地图查询漫游，通过建立GIS应用服务器。采用多种比例尺对地图数据进行融合，提供空间查询和复合条件查询的技术。

2.3数字航道河床演变分析

在河道数字地形系统的基础上，对河道历史地形演变进行模拟和分析，结合水文过程和已有的水沙模型研究流水沙作用与历史河床演变的关系。将分析的结果使用到河床演变充于时空变化信息加工处理过程中。

2.4数字航道治理与开发决策支持

在GIS平台的支持下，能够实现航道整治工程一维和二维水流泥沙数字模型的建立和运转。由数字高程模型实现一维的数字模型计算和二维水流泥沙数字模型计算网格的剖分生成。计算在进行施工前后该区域的水位发生变化情况，分析航道整治工程的实际效果。通过模型演算，对于可能发生事故的区域进行预警，并按照模型演算结果实施针对性的措施进行处理。

3 案例概况

为了方便读者理解，本文将列举某工程实例，通过对其中的细节内容进行介绍，帮助读者理解数字航道的构建与预警作用在实际的工作过程中将会发挥怎样的作用。

嘉陵江航道处负责管理维护的嘉陵江河口至草街段，共计68.2km航道;辖区范围内共有5个航道站，分别是曾家岩、石马河、悦来、水土、北碚航道站。

3.1建设目标

（1）完善嘉陵江航道助航设施，制作嘉陵江航行参考图，填补嘉陵江航行规则制定方面的空白，并以之为基础制作嘉陵江电子航道图，为数字航道提供技术支撑。

（2）在电子航道图的基础上，推广应用航道动态监测平台、航道维护管理平台、水上安全监管系统，实现嘉陵江辖区内182座航标的遥测遥控、68km航道的水位监测与重点水域的雾情监测及预警;实现航道维护生产人员、物资、器材、生产任务的数字化管理，工作船的动态管理与控制河段航行船舶动态监控，实现一线工作船航道维护作业与后台生产任务管理的协同，实现9个控制河段船舶通行的辅助指挥;初步建成数据资源平台，形成嘉陵江航道处数字航道基础数据库群，实现对航道动态监测、航道维护管理、公众服务等应用的支撑;建成数字航道管理嘉陵江分中心（功能上包括数据分中心、航道监测和生产调度分中心）、5个航道站监控室及部署于15艘航道工作船的移动工作站，为航道处、现场航道维护人员开展航道动态监测及航道维护管理提供信息化工作环境。

3.2应用系统

航道动态监测平台主要负责数字航道工程数据前端采集和管理，为航道维护管理平台和重庆市港航局公众服务提供数据支撑;航道维护管理平台主要辅助嘉陵江航道维护管理部门内部业务开展，为生产计划制定、生產任务下发、物资器材管理、航道维护尺度管理提供支撑;重庆市港航局外网门户网站改造主要是综合区域局数字航道信息，通过网站、航道信息定制为港航企业、社会公众提供服务。

航道动态监测平台作为全面、实时掌握航道各类动静态信息监测与控制平台，是航道部门开展各类业务应用的基础。航道动态监测平台将基于统一的电子航道图，辅助航道管理部门实现航标遥测遥控、水位遥测遥报、雾情遥测遥报、桥区视频监控、工作船舶动态监测等功能，切实提高航道动态监测和管理能力。同时，随着技术进步和新需求的产生不断丰富完善，本系统应具备良好的开放性和可扩展性，充分考虑未来可能包括的水文气象、航道视频监控等信息的接入。航道动态监测平台主要包括航道动态信息查询分析、航道动态预警、航道监测终端控制等3个系统。航道动态信息查询分析系统

航道动态信息查询分析系统基于电子航道图，为航道管理人员提供全面、便捷的航道信息查询、浏览和分析功能，功能包括航标信息查询统计、水位信息查询统计、雾情信息查询统计、桥区视频查询浏览、工作船舶信息查询统计等5个功能模块。

（1）航标信息查询统计。支持列表和电子航道图两种方式显示航标实时状态，用户通过地图点击或者相关条件查询能够浏览每个航标信息，主要包括浮标经纬度位置和漂移时的速度、航标灯的灯质、航标灯的工作状态（运行/关闭）、航标灯电源工作状况（工作电流、工作电压）等，能回放和显示浮标移动轨迹。系统提供对航标工作日志、报警日志等进行查询，并采用报表、趋势图等方式对航标的实时和历史数据进行查询和统计分析。

（2）水位信息查询统计。支持列表和电子航道图两种方式显示水位实时数据，用户通过地图点击或者相关条件查询能够浏览某个时间段内所选水位监测点的水位值列表。①雾情信息查询统计。支持列表和电子航道图两种方式显示雾情实时状态，用户通过地图点击或者相关条件查询能够浏览某个时间段内所选雾情监测点的雾情列表。②桥区视频查询浏览。根据设置可同时显示多个桥区的视频。支持列表和电子航道图中显示摄像头图标，用户通过点击或者相关条件查能够浏览选中桥区摄像头的实时视频图像，并支持图像抓拍。系统支持录像存储、分组管理等，支持录像数据查询、回放、导出、分割、合成等功能。③工作船舶信息查询统计。支持列表和电子航道图两种方式显示工作船舶动态信息，用户通过地图点击或者相关条件查询能够浏览每条工作船舶的基本信息、工作状态信息、生产作业记录信息等，并能在电子地图显示工作船舶运动矢量及其经纬度、船艏向、航速等信息，支持对船舶航行轨迹进行检索查询。

4结束语

通过数字化技术的加持而诞生的数字航道应用能够大幅度提升航道管理工作的效率，保证航道安全，提高模型进行结果的准确性。

参考文献：

[1]乐世华.三维数字航道构建与预警技术研究[D].华北电力大学;华北电力大学（北京），2013.

[2]龙艾芳.数字航道运维服务系统中的推送服务设计与实现[D].重庆大学，2017.

[3]李文勇，陈向进，崔更申， 等.天然河道高精度航标遥测遥控系统与数字航道综合应用系统研发及应用[Z].桂林电子科技大学， 广西远长公路桥梁工程有限公司.2015.