内河航道信息化技术的运用和展望

赵博博 马兰婕

摘 要：水运作为重要的交通大动脉，为国民经济发挥重要的作用。随着现代科技高速发展，有着悠久历史的水运也将迎来高科技的助力，作为水运的重要承载航道的信息化建设，也将打开智慧模式。本文在调研航道信息化设施的基础上，结合交通运输部相关建议和意见，提出了内河航道信息化的实现架构。

关键词：航道信息化;RFID;AIS;VHF;船载智能终端

中图分类号：U64           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）03-0056-03

水运有着无可比拟的天然优势，具有“绿色”屬性，能耗小运力大，符合可持续发展的战略要求。千百年来，水运对国民经济一直发挥着重大贡献。但是近年来，随着现代科技的发展，有着悠久历史的运河，大部分依然还是处于比较自然的状态，跟不上经济发展的需要和现代监管的需要。随着海河联运规划的提出[1]，智慧水运的迫切需求需要能跟上日益增长的水运业务的需要[2-3]。当前构建了多种感知设备的试点建设，囊括了AIS、RFID、GPS、CCTV、激光流量观测仪等[4-5]，这些设备的使用，对于促进水运发挥了积极作用。对于更高层次的思考，提出航道信息化建设的可行架构，是符合当前的需求。

1 内河航道信息化架构

内河航道信息化的架构共有5层，分别由各类感知设备组成的感知层;接着是将获取数据进行传输的网络层;然后传输到数据层进行数据的加工、交互以及计算存储;在应用层的不同业务应用领域进行分类应用;最后利用各种现有的公众平台，诸如微信公众号、网站进行信息的展示和数据消息的发布（如图1）。

2 内河航道信息化的设备

内河船舶船载设备一般包括：AIS船载终端、甚高频无线电装置（VHF）、船用雷达、卫星定位设备。浮标一般包含无线收发通信设备。内河航道信息化的设备包括了船载设备、内河中设备以及岸上设备，这些设备大致的频率分布如图2所示，各种频段的设备的使用，既合理利用了相关频谱资源，又避免了相互间的干扰。

2.1 RFID设备

中华人民共和国交通运输部发布：《内河船舶射频识别2.45GHz技术规范》。内河船舶射频识别系统有两部分组成，分别是装在船上的RFID电子船名牌电子标签;安装在岸边的RFID电子船名牌读卡器。根据规范，电子标签设备通过2.45GHz射频信号与读写器进行通讯。读卡器通过2.45GHz射频信号与电子标签进行通讯，发送指令和接收信息。

在有船舶通过时，距离300米的范围内，岸上的RFID读卡器就可以读取船舶上的电子船名牌上的信息，信息包括：船舶识别号、船名、船舶类型、总吨等。

2.2 AIS设备

AIS（Automatic Identification System）是工作在VHF频段的船舶和岸基广播数据传输系统。它是一种可在船与船之间以及船与岸之间交换数字信息的新工具。使用AIS设备的目的是自动船舶识别、避免船舶碰撞、协助目标跟踪、减少话音报告、简化信息交换并提供附加信息以帮助了解船舶交通状况。

AIS已在越来越多的内河船舶配置，用作船舶之间避碰和自动交换信息的重要助航工具。AIS是一个辅助的船舶航行信息源，利用基站AIS收集和交换船舶航行等有关信息的功能，可使港航部门获取有关船舶的装载货物、航行计划、实际位置等信息。AIS还可在应用在航标和搜寻救助等方面。

2.3 VHF设备

甚高频无线电设备（VHF）通信距离为20～30海里，工作频段为156～163MHz，是实现水上近距离无线电通信的主要设备。船舶甚高频无线电台是船舶水上航行的主要通信工具，在保障船舶航行安全和遇险救助方面发挥着重要作用。

在岸上安装了VHF岸台，就可以通过广播方式和船载台进行消息广播，也可以通过特定频率对预约频率的船只进行单向通话。

为保障我国沿海和部分内河水域的水上交通安全，各级海事部门在交通运输部和部海事局的大力支持下，陆续建设了沿海VHF安全通信系统、内河安全通信系统、沿海数字通信系统等安全监管和通信类工程。

2.4视频抓拍监控设备

为了对需管控的目标，进行持续不间断的监管，视频监控和录像是首选，可以实现流量管控、调度、安全监督等功能。视频拍摄和录像可以对特定区域全天管理，但是仅限于“看”，不能“识”，可以看得全，难于看到细节。这就需要利用视频拍到的图像作进一步的处理，从图像当中提取所需的细节信息，经过处理后进行识别。

基于视频的图像识别，一般采用机器学习和深度学习的方法，通过不断训练，可以将目标的识别度不断提升，达到精确识别到个体的功能。

2.5无人平台设备

随着经济社会的发展，新技术、新运用层出不穷。随着经济活动的频繁和广泛，需要关注和管控的地方越来越多，人手就成为了有限资源。这就迫切需要一些其他手段来辅助参与，随着无人平台技术的成熟和发展，无人平台设备也成为一个信息化运用的方向。

无人机平台具有部署方式灵活、范围广、可长时间持续监控，还可以根据需求挂载不同的设备实现不同的功能。尤其是在一些与岸隔离的地方，可以有效解决航道数字化管理系统中信息孤岛的问题。随着无人机平台的倾斜摄影技术越来越成熟，无人机平台还可以进行测绘。在一些紧急事件发生时，通过无人机挂载通信和视频模块，可以完成紧急通信中继、现场实时动态掌控等功能。

3 内河航道信息化的展望

3.1航道信息化平台

航道信息化可以通过几个平台来实现，一个是岸基的平台，其中涵盖RFID、AIS、视频、VHF、激光流量监测等传感设备，可以对航道中的目标进行多频段、多手段监控;另外一个是空基的平台，利用微型无人机进行测绘和实时监控;还有就是水基平台，通过布置在水面上的航标以及浮标来实现，这个浮标可以通过无线模块和船舶以及岸基的控制中心进行通信。这三个平台可以根据使用的场合情景分别工作，也可以将三个平台配合成系统使用，发挥最大效能。

3.2船载智能终端

随着科学技术的进步，未来的船舶的自动化程度越来越高，信息化集成水平也会越来越高，势必促成船舶朝着智能化、无人化趋势发展，那么船岸之间的协同，信息交互也会密集。如何有效地利用传感、物联网新技术定义的船载智能终端是值得研究的。

为了船岸协同、无缝通信，船载智能终端可以定时或者到有岸基信息基础设施的地方，报告船舶状态，以及航行的路线，这样岸基可以将实时掌控的航道情况（拥堵或者通畅路线）向船舶通报，形成信息分享和交互。

4 结论

现代航运，应该是具有高科技信息化水平的特质，具备全息感知功能，可溯源、可跟踪、全链条全程管理。那么在航道信息化建设当中，需要从顶层着手设计，考虑各种因素，兼顾经济性、前瞻性。实现航道的精准控制以及多源数据的融合，提供更加丰富的应用数据，为智能航运注入高科技信息化基因。

参考文献：

[1]刘洪义.浙江省海河联运现状分析与发展建议[J].中国水运，2017，7（1）：65-66，76.

[2]交通运输部.关于贯彻《国务院关于加快长江等内河水运发展的意见》的实施意见[EB/OL].（2011-03-01）.

[3]应永良，汤修华，顾国强.大力发展海河联运完善浙江水运网络系统[J]水运工程，2009（9）：19-22.

[4]宋成果，郭涛，李学祥.我国内河航道信息化发展现状[J].水运工程，2014（12）：20-25.

[5]吕永祥，何乐，陈琳等.长江数字航道和智能航道的分析与思考[J]. 交通科技，2013，（2）：161-164.