内河十字交叉水域管理的 科技赋能与管理创新

摘  要：文中以杭州航区武林头“十”字形交叉口水域为例，根据航道实际情况，按照《中华人民共和国内河避碰规则》原则制定避让细则，消除了该水域船舶避让关系中的模糊点，形成适用的避碰规则。通过安装小型相控阵雷达，利用多信号源融合处理技术将雷达与AIS、卡口激光扫测的数据进行匹配，获得船舶的实时流量、流向数据。选择成熟可靠的技术，整合多平台数据，设计了一套完备而实用的交通引导和预警系统建设方案，利用数字化、信息化、智能化手段，充分发挥“预警+引导+远程管控”综合手段的融合治理优势，提升水上事故多发段武林头岔口水域的通航秩序，降低事故率。

关键词：“十”字形交叉;武林头;避碰规则;智能引导

0 引 言

航道交叉主要有“T”字形交叉，“Y”字形交叉，“十”字形交叉几种，其中以“十”字形交叉最为复杂。在长三角高等级内河航道网中，航道交叉大量存在，这些交叉点往往交通繁忙，船舶流量较大，易于发生事故，影响航道畅通，从而影响整个航道网络运行。

以笔者所在的杭州航区为例，航道里程达到2 006 km，主要有京杭运河、杭甬运河、杭湖锡线、杭申线、钱塘江等骨干航道通航，不可避免的会形成大量交叉口。其骨干航道形成的交叉口因为船舶流量大，船舶尺度大，操纵性相对较差，在通视性较差的情况下，更容易形成碰撞事故。杭州航区武林头水域就是其中典型的“十”字形交叉口，交叉口多种不利因素的叠加，使得该水域年均发生船舶碰撞等事故20余次，是杭州航区水上交通事故发生最多的岔口之一。

多年来，杭州港航部门极为重视此类水域的安全通航，在管理模式创新和技术手段运用上不断摸索，力求提高通航安全性，提升通航秩序。经过多年努力和经验积累，逐渐形成了一整套技术方案，并经过详细论证，成为2021年度浙江省40个交通数字化改革基层应用场景之一。

1 现 状

1.1 武林头岔口情况

武林头岔口水域位于杭州市余杭区、临平区及湖州德清的交界点，是杭州水上交通要道的北大门，水上交通的重要枢纽，处于杭湖锡线（现状Ⅳ级，规划Ⅲ级）、京杭运河（现状Ⅲ级）、武獐线（现状Ⅵ级，规划Ⅳ级）三条航道的交叉口。此处京杭运河自南侧转向东北，形成右拐，北侧为杭湖锡线，西侧为武獐线，呈不规则的“十”字交叉，航道宽度仅超100 m，日均常态流量1 500艘次以上，是杭州航区最为繁忙的水上交通岔口。

1.2 现有基础设施

杭州市港航行政执法队目前主要依托截面管理系统（水上智能卡口），采用激光扫描+AIS匹配的方式对过往船舶进行身份识别。根据该系统获得的船舶流量数据进行预警和引导。同时依靠摄像头监控作为辅助手段。

杭州市港航行政执法队在武林头四岔口水域四个方向均设置了管理截面，北侧2.7 km建有十字港截面、东侧3.3 km建有大同桥截面、南侧4.5 km建有鸦雀漾北截面、西侧2.2 km建有观音桥截面。武林头水域附近建有AIS基站。

1.3 现有管理规定

杭州市交通运输局航行通告（杭港航通[2021]26号文），针对武林头区域的安全管理规定主要有：

（1）明确了京杭运河杭州段接近三堡船闸方向为上行，远离三堡船闸方向为下行。

（2）将京杭运河武林头四岔口（以交汇点为中心，干支線航道各300 m范围）设为交通管制区。

（3）管制区内禁止同类船舶追越，上行船舶主动并有效避让下行船舶。

（4）接近交汇点时，船舶应加强了望，谨慎驾驶，减速慢行。

（5）航速不得超过15 km/h。

1.4 主要问题

（1）船舶AIS终端的安装率和开机率无法达到100%，意味着无法通过AIS对水域船舶进行100%的跟踪。

（2）船舶的AIS信号存在滞后性，根据AIS规范，内河船舶的AIS报告频率在12 s～3 min之间，因此无法通过AIS信号直接掌握船舶当前的位置和航速。

（3）截面管理的工作原理是基于“卡口”性质，受限于该工作机制，只能对经过卡口的船舶进行简单计数，能够估算武林头水域各方向来船的大致数量，但无法掌握水域内船舶的连续运动轨迹，从而无法掌握该水域的船舶数量、速度、航向、密度等信息。

（4）由于前三点的先天不足，交通管控的及时性和精确性均有不足。

2 管理创新

2.1 流量调查，摸清实际通航情况

应用场景建设项目组通过流量调查，摸清武林头岔口水域各方向来船情况，为后续工作奠定研究基础。

以2021年5月的实际流量为例，5月份累计有43 617艘次船舶经过岔口，日均1 407.0艘。标准差177.4，变异系数12.6%，离散程度较小，说明日流量比较均匀。

流向上展现了主支航道的巨大差异，京杭运河上往来船舶最多（东向南与南向东），全月达到17 660艘次，占总数的40.5%，其次是杭湖锡线与京杭运河杭州方向的南北向直航，累计7 198艘次，占16.5%。再次是杭湖锡线与京杭运河塘栖方向的往来船舶（北向东与东向北），累计4 264艘次，占9.8%。以上合计占66.8%。另有2957艘次因为技术原因无法判断流向，占6.8%，不影响总体数据的规律性。

实际流量以国家级骨干航道（京杭运河）与省级骨干航道（杭湖锡线）之间的船舶进出为主，其中京杭运河本身的船舶流量是最大的，充分体现了国家级骨干航道的运输繁忙程度。两条主干航道进出支线航道武獐线都比较少，尤以京杭运河杭州方向进出武獐线最少。

船舶流向也是大致稳定的，以流向统计中数量最大的东向南及较少的北向西为例，变异系数分别为13.9%和26.5%。前者离散程度与总日均流量接近，后者离散程度尚可。

由于船舶的流量流向呈现稳定的规律性，有基础进行较为明确的细化规则。在流量相差较大的情况下，尽管杭湖锡线与京杭运河航道等级相同，通过流量仍可进一步划分干支流。

图3 武林头水域2021年5月船舶流向记录（单位，艘次）

2.2 细化规则，科学引导岔口船舶安全航行

《中华人民共和国内河避碰规则》（以下简称《内河避碰规则》）、《中华人民共和国内河交通安全管理条例》等法规对内河通航的基本要求进行了规定，但是一些原则性条款，具体应用到武林头岔口，还需要结合实际情况，进行针对性的专门规定。

武林头水域属于平原河网地带的运河交汇，从性质上讲，符合《内河避碰规则》关于“平流区域”的定义，如果按照“平流区域”考虑，则交汇规则最为简单，在平流区域航行原则各自靠右的前提下，执行居左让居右的避让法则。但是简单的规则出现了执行判断复杂的问题，容易出现同样是某个方向的来船，对方速度快，则跑到本船左舷，速度慢，则跑到右舷，产生一定的随机性，在岔口本身通视性一般的情况下，加大谁让谁判断失误的可能，从而导致风险。在高流量的岔口，容错率是很低的，因此带有不明确性，需要随机判断的规则是不合适的。同时，该水域每一个方向的来船分别对应着9个方向的来船，仅从两两交汇的角度分析，就会存在着108种避让关系，三船交汇的情况更加复杂，所以我们着重分析流量最大的东向南的关系。

经过海事部门的研究，并征集有经验船长的意见，大家一致认为按有流向的非平流区域的干支流交汇法则更为适合，考虑到京杭运河上往来船舶的数量占比，能够解决京杭运河上航行的船舶与进出其它航道船舶的避让关系，是问题的关键。

建议采用的规则是在前述海事通告基础上，进一步规定：

（1）水流方向为武獐线、杭湖锡线汇合，流向京杭运河向东。此时，除京杭运河塘栖方向来船外，其余方向驶出的船均被定义为下行船。

（2）武獐线和杭湖锡线为支流，京杭运河为干流，此时只有京杭运河上航行的船舶为干流船。干流船执行上行让下行并互以左舷会船的规定。

（3）在前两条基础上，干流与支流船的避让关系按照《内河避碰规则》第十五条规定执行，是非常明确的。

（4）补充规定武獐线和杭湖锡线的避让关系，属于支流与支流交汇，水流方向相同，避让关系以居左让居右原则。

（5）京杭运河塘栖方向来船避让所有方向来船，这个也是本课题认为最具有实施性的一条规则，易于被船员理解和在现场管理时易于操作，也可能对于水域事故率的降低起到重要的作用。

这样的5条规定，没有机械地执行《内河避碰规则》，但通过细分干支流，规定交叉水域的流向和补充支流与支流交汇的避让关系，消除了该水域船舶避让关系中的模糊点，既能符合《内河避碰规则》原则，又能体现“简单明了、便于操作、切实有效”的特点，使交通管理和组织变的更为有效。

3 技术方案

规则明确的基础上，需要运用多种新技术手段，对2.4节中现有管理模式的缺点针对性的提升。根据实际管理需求，拟建设一套完备的交通引导和预警系统。系统总体架构由感知层、算法层、应用层三大部分组成，其中应用层包含面向管理者和面向船户两个子模块。

3.1 提升数字化、信息化水平

3.1.1 获取其他平台数据，整合信息平台

依托浙江省港航管理中心的电子航道图数据和船舶AIS、GPS数据，并集成四个方向的水上卡口数据、视频监控数据，形成武林头岔口水域信息化基础。作为载体，叠加引导与预警所需信息，形成功能完备的信息平台。

主要依托部海事局电子报告系统、浙闸通、杭州港航智慧港航系统获得船舶电子报告、报港、过闸调度数据等，利于提前形成船舶流量预测。通过获取水文、气象数据，判断航道通航条件。

3.1.2 获取即时船舶数据，实现实时监控、精确预警

针对现有获取数据的不足，准备增加雷达作为船舶数据获取手段，通过在合适位置安装四面阵小型相控阵雷达，达到360°监测船舶的目的，可以有效侦测船舶的数量、位置、航速，获得其即时航行轨迹，解决现有设备无法获得船舶数量、速度、航向、密度等信息的缺陷。

现有设备进一步改善，提高性能，利用多信号源融合处理技术将雷达与AIS、卡口激光扫测的数据进行匹配，并实现覆盖区域不同条件下的多种手段的接力工作，实现实时监控能力。

3.1.3 大数据分析，精准把握规律

依托历史船舶流量数据、事故数据和报港数据等，精准分析武林头岔口水域的通航特点、通航规律、船舶流量流向时段分布等，实现船舶流量流向预测功能。

3.2 智能化多手段综合利用

3.2.1 预测预警与实时预警相结合，形成预警体系

通过浙闸通、杭州港航智慧港航等系统获得船舶报港、过闸调度数据，做到提前预测船舶流量，进一步结合大数据分析的成果，形成提前预警能力。通过对交叉水域500～600 m左右范围内船舶精准感知的基础上，在四个方向航道边创造性的设立“电子情报板”，将雷达捕获到的精准船位数据，结合后台算法，提前告知各方向来船未来交汇点的船舶数量和时间，进行近端的精确预警。

同时，拟通过与浙江省数智交院的“浙里航”等APP开展数据交互共享，依托未来水上助航、导航类APP应用的发展，通过移动终端提供“地图+语音”等更加直观方式的引导与预警功能。

3.2.2 远程管控，依托远程调度调节交通流量

充分利用大数据的船舶流量、流向分析成果配合信息化的远程调度手段，实现调节武林头岔口船舶流量的目的。

通过预测信息制定远程调度预案，当达到相应条件时启动。主要手段包括：

（1）依托管控区以外的锚地形成緩冲，减少短时间内进入武林头岔口的船舶数量。

（2）与附近各码头建立联合调度机制，通过调节码头船舶进出的数量和速度实现调节武林头岔口交通流量的目的。

（3）充分利用武獐线方向支线航道上船舶均为从主干航道短时进出的特点，在必要时采取限流乃至临时关闭的措施，确保主线航道的通行能力。

（4）与邻近的内河执法大队、湖州港航部门进行联合调度，扩大调度范围，提升调度效果。

4 工作基础及预期

浙江数字港航综合管理与服务平台、浙闸通、杭州港航智慧港航系统均是已在使用的系统，使用效果良好。项目组已实地对四面阵小型相控阵雷达进行了测试，目标识别能力良好。余杭水上交通指挥中心具备较好的设备基础。远程调度机制已在杭州航区初步形成。依托以上基础，预计本系统的建设能达到预期效果。

5 结 语

在内河十字交叉水域充分利用大数据和信息化手段，采取切实有效管理措施，总结出可推广的管理经验和技术手段，期望能进一步降低碰撞事故发生概率，确保内河航道安全、畅通、有序。

参考文献

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[2] 雷进宇，初秀民，何伟等.桥区船舶交通流可视分析系统[J].上海交通大学学报，2017（05）：7.

[3] 蔡浩，杨光伟，王丹丹等.内河航道电子卡口智能监管系统解决方案[J].中国水运，2020（04）.

作者简介：

周建，副队长，高级工程师，（E-mail）539801311@qq.com，13805781707