三峡河段智能通航框架与评价体系构建

王海滨 龚德龙 陈维

摘 要：智能通航是现代新技术在航运领域的综合应用。针对目前尚无明确的评价指标体系来评判通航智能化程度和指导智能通航建设，基于三峡河段通航发展基础，建立系统自主等级评价，提出智能通航系统的定义与总体框架;建立评价指标体系，确定各因素对智能通航影响的权重值。结果表明，影响较大的因素有人船智能识别水平、信息采集水平、航行异常告警效率、智能排档、船舶协同调度水平。通过研究，进一步丰富智能通航理论体系，对三峡河段智能通航试点实施具有重要参考价值。

关键词：智能通航;影响因素;层次分析;德尔菲法

中图分类号：U25              文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）11-0080-02

三峡河段作为长江航运的重要通道是贯通长江黄金水道中西部地区水上物流的关键节点，开展三峡河段智能通航研究和建设对长江航运发展具有举足轻重的作用。

目前，智能通航的概念与内涵还没有明确的定义，暂无可以用来评判通航智能化程度的评价指标体系。同时，基于三峡通航远期发展需求分析，信息采集与整合共享、通航监管与保障、高技术装备应用等往往还不能完全满足三峡通航飞速发展的需求。因此，有必要进一步建立三峡河段智能通航水平评价体系，指导三峡智能通航建设。开展三峡河段智能通航试点建设，促进通航管理与互联网以及人工智能的融合发展，发挥三峡通航在全国内河运输的窗口引领示范作用。

1 系统自主等级评价

目前国内外针对智能通航的研究较少，李定国[1]分析了近年来三峡通航在信息化方面的快速发展，但是现有的信息整合共享、信息系统的应用水平、标准规范体系的建设水平还没有适应三峡通航迅速发展的需求，郑钧[2]为满足航道水位的实时监控以及预警开发了一种远程水位观测系统，为智能通航调度管理提供了强大的信息支持，对三峡智能通航的理解具有极大的借鉴意义和学习参考价值。

目前国内外对于智能通航的评价研究上属于空白。现有的对于系统的自主化水平评价可以为研究提供一定的借鉴。Parasuraman等[3]以特定类型和水平的自动化对人的性能的影响作为使用该模型进行自动化设计的主要评价标准、以自动化可靠性和行动后果的成本作为次要评价标准，为解决哪些系统功能应该自动化和评价自动化程度如何提供了一个框架和客观的基础，包括十个等级。

2 三峡河段智能通航方案设计

根据智能航运发展需求，对三峡河段智能通航系统进行重新规划设计，重新界定三峡智能通航的内涵，梳理系统逻辑，定义面向交通强国背景下的三峡河段智能通航。总体技术框架如图1所示。

智能通航定义需要体现智能系统的主要特点：自感知、自决策、自控制、自反馈、自进化。在定义智能通航的基础上，对三峡河段通航情况进行分析，识别智能通航场景和对象，划分不同层级，构建智能通航系统逻辑框架，阐述智能通航内涵，整个系统是一个MAS（Multi-Agent System）。智能通航系统逻辑框架如图1所示。

物理实体中的船舶、环境、传感网络等物理对象进行自主性分析。主要根据物理对象在感知、交互、决策和控制五种行为中的执行主体的自主程度分析物理对象的自主性。首先分析智能通航相关的各种方法与手段，如基础性导助航设施、智能航道、智能船闸、智能航标、自主航行、自主规划、协同调度等方法与手段，根据在这些行为中实现的形式建立对象智能水平评价指标，如由相关管理人员实现、由有智能辅助决策支持的管理人员决策、自主决策加管理人员监督协助、完全自主决策等。然后结合专家知识，分析使用这些方法和手段的通航系统的智能水平，进一步完善评价指标体系。

3 模型建立

第一步应建立层次结构模型。将所选影响因素进行关联分析，对影响因素进行分组，每组则为1个层级，各层级分别为目标层、准则层和指标层，再建立三峡河段智能通航影响因素层次结构模型。本文通过对文献[4-5]进行全面分析，综合地对三峡河段智能通航影响因素进行研究，从智能监管因素、智能管理因素、基础设施因素及通航保障因素4个方面构建了3个层次，共17个指标（表1）。

4 结果与分析

根据上述结果，可得各因素对三峡河段智能通航影响的相对重要程度。一级和二级影响因素对船闸通过能力影响的相对重要程度见图2。

由图2a）可知，一级影响因素对三峡智能通航影响大小排序为：智能监管因素>智能管理因素>基础设施因素>通航保障因素，由2b）可知，二级影响因素中，人船智能识别水平、信息采集水平、航行异常告警效率、智能排挡、船舶协同调度水平、自动发航对三峡河段智能通航影响较大;油污排放自动识别水平、VHF通信基站、CCTV视频监控点、通航指挥中心、安检设施数量对三峡河段智能通航影响也相当明显;其他二级影响因素对智能通航影响相对较小。

通过对上述影响因素重要性比較，可得出对三峡河段智能通航影响较大的因素有人船智能识别水平、信息采集水平、航行异常告警效率、智能排档、船舶协同调度水平、自动发航是确定的，进而建立智能通航水平评价体系，指导三峡智能通航建设。

5 结论

（1）本文从智能监管因素、智能管理因素、基础设施因素及通航保障因素4个方面构建了3个层次17个指标的三峡河段智能通航影响因素层次结构模型，通过构建各因素间的判断矩阵，确定了各因素对三峡河段智能通航影响的权重值。得出二级影响因素中，人船智能识别水平、信息采集水平、航行异常告警效率、智能排档、船舶协同调度水平、自动发航对三峡河段智能通航影响较大。

（2）通过各因素对三峡河段智能通航影响重要性比较，进一步丰富智能通航理论体系，为长江航运高质量发展、实施长航系统交通强国建设试点项目及三峡智能通航建设提供技术支撑。

（3）基于智能通航的定义和内涵，结合三峡河段自身通航特征，和目前智能通航相关技术研发进度，设计全过程、全覆盖、全互联的智能调度、智能交管、智能运维、智能服务的三峡河段智能通航系统框架，细化物理对象层、通讯层、感知层、决策层技术架构，提出三峡河段智能通航的建设方案建议稿。

参考文献：

[1]李定国，陈学文.信息化“顶层设计”助力数字三峡智能通航——浅析三峡坝区通航管理综合信息系统工程建设成效[J].中国水运，2014（02）：40-41..

[2]郑钧，陈东，姜冲，纪红军，陈继杰.通航水位智能监测与预警应用[J].水利科技与经济，2016，22（08）：117-120..

[3]Parasuraman，R.，T.B.Sheridan，andC.D.Wickens，Amodelfortypesandlevelsofhumaninteractionwithautomation.IEEETransactionsonSystems，Man，andCybernetics-PartA：SystemsandHumans，2000.30（3）：p.286-297.

[4]Patraiko D， Wake P， Weintrit A， et al. e-Navigation and the Human Element[J]. Mar. Navig. Saf. Sea Transp， 2009， 4： 29.

[5]肖恒辉，三峡—葛洲坝联合通航调度问题的研究. 2008， 华中科技大学.