交通强国背景下三峡河段智能通航总体框架与发展趋势展望

王海滨，陈轩，李佳恒

（长江三峡通航管理局，湖北宜昌443000）

随着信息技术的发展，交通行业开启了利用高新技术深化改造的进程，智能铁路、智能航运、智能公路等创新应用层出不穷。在此背景下，作为集通航安全、海事、航道、调度、船闸、升船机、锚地、通信等航运管理服务全要素为一体的三峡通航，需要紧紧围绕交通强国建设目标，积极推进新技术在三峡通航基础设施的深度融合与应用创新，实现三峡河段通航智能化、现代化，更好地服务交通强国建设。

1 三峡河段智能通航发展定位

立足三峡通航发展基础，结合三峡通航高质量发展需求，突出服务交通强国战略大局，充分彰显三峡河段通航管理特色。突出新兴技术与通航基础设施的深度融合，推进三峡河段通航基础全要素数字化、通航管理与服务应用智能化。鼓励面向智能通航理论方法、工艺技术、装备系统、标准规范开展跨领域、跨区域产学研用合作，共享智能通航发展成果。

创新发展新高地。在交通领域创新中勇做探路者，探索新技术对船舶、通航基础设施及内外部环境信息的全面感知、融合处理和科学决策，打造国际一流的枢纽通航智能管理系统。

为民服务新标杆。在服务交通强国建设中当好先行，聚焦船舶过坝需求，实现船舶过闸的计划、航行、锚泊、安检等全过程无缝服务，增强过闸船舶船员的幸福感、获得感，更好地满足人民日益增长的美好生活需要。

绿色发展新典范。以智能化技术拓展三峡通航绿色发展空间，充分发挥三峡通航区位与综合管理优势，优化通航组织模式，集聚绿色要素资源，为枢纽通航绿色可持续发展提供示范。

2 三峡河段智能通航框架研究

2.1 智能通航

智能通航作为智能交通体系的一部分，是广泛应用5G、人工智能、大数据、北斗、BIM 等新技术，通过对三峡枢纽河段船舶、航道、通航建筑物等设施及内外部环境信息的全面感知、协同互联、智能分析决策，高效综合利用所有资源[1]，实现船舶在三峡枢纽通航的全过程、全生命周期的高度数字化、网联化、智能化。

2.2 智能通航的技术特征

基于智能通航的丰富内涵，区别于传统通航，智能通航体现出以服务化、智能化、自适应、随需而变的特点。

（1）全面感知、泛在物联。基于视频、无线传感器等感知技术实现船闸、航道、三船（船公司、船舶、船员）等船舶过闸全过程中有关要素等进行全面的信息感知，实现通航基础设施、船舶的状态感知。通过移动互联、互联网、物联网等技术实现人与基础设施网、通航服务网的全面互联、融合发展。

（2）海量存储、融合计算。通过依托云计算的巨大能力，解决信息传递慢、延迟等问题[2]，利用大数据、人工智能等技术，充分挖掘大规模数据潜在信息，强化信息共享程度，提升决策和管理效率。

（3）大数据分析、智能决策。运用大数据从海量数据发掘隐藏在信息内部的特征和规律，通过实时分析、预测，促进船舶安检和通航组织效率、航道和船闸通行能力、锚地使用效率的提升。逐步实现通航智能管理、信息智能服务及通航基础设施和内部设施设备的智能控制。

（4）可视可预测、全程协同。通过数据分析和建模，利用先进的表现技术，提供可视化、可预测的服务[3]，推进打造全景式信息服务和智能化助航服务建设，实现以多种服务手段为社会及船方提供实现全方位、全流程、全对象的智能化信息服务。

3 智能通航总体架构及系统组成

3.1 智能通航总体架构

智能通航是一个复杂的系统工程，从整体上来看，由智能感知层、智能传输层、数据资源层、智能决策层、智能应用层等组成。

按照“彰显三峡通航特色、示范枢纽智能通航、服务交通强国建设”的总体思路，三峡枢纽河段将具体通过逐步构建“一网一图一中心一平台”的三峡智能通航体系，分步推进智能通航建设。一网：是指以航道、通航建筑物、船舶等全要素感知为基础的基础设施信息感知网；一图：是指三峡河段高精度二、三维一体的电子航道图；一中心：是指集航道管理与通航建筑物运维、船舶调度、船舶监管等多业务融合管理的三峡通航运行智能管理中心；一平台：是指过闸船舶安全检查与过坝全过程服务一体的船舶监管服务平台。

图1 智能通航总体框架

3.2 智能通航应用系统组成

智能通航应用系统是枢纽通航管理的外延，是智能通航最终发挥效果、对外提供能力的载体。根据智能通航丰富的内涵，结合三峡通航管理和服务实际，初步确定现阶段智能通航应用系统主要由智能调度与智能交管、智能监管与智能服务、智能监测与智能运维三部分组成。

（1）智能监管与智能服务。运用新技术与通航管理数据的融合中的应用与研究，实现过闸船舶安全检查的远程化、智能化和航道与船舶运行态势智能评判、监管。打造全景式信息服务和智能化助航服务建设，实现以多种服务手段为社会及船方提供自助化、精准化、个性化、智能化的信息服务。

（2）智能调度与智能交管。将调度规则和人员经验知识化、结构化、智能化，将整个调度水域不同节点统筹考虑，实现调度计划的一体化编制和智能调整；整合三峡河段VTS、AIS、CCTV、数字航道等数据信息，引入视频智能分析等人工智能及实景展示等多种技术，提升数据研判能力和船舶交管水平；打造全水域覆盖、全节点统筹、全流程动态调控的船舶过闸一体化体系。

（3）智能监测与智能运维。运用视觉与图像等数据采集技术，实现通航环境要素智能诊断，以通航基础设施设备及运行环境状态感知、运行控制、故障诊断、故障预测与健康管理等技术为基础，实现移动装备及基础设施的自感知、自诊断、自决策及协同运行；掌握基础设施及移动装备劣化机理及演变规律，实现“计划修”向“状态修”转变，提高养护维修效率，降低运维成本。

4 智能通航建设任务及场景展望

4.1 近期主要建设任务

（1）构建通航全要素数字化感知网。依托规划建设项目，加强通航要素信息化感知设施建设，推动5G、北斗、BIM 等新兴技术与通航基础设施融合发展，加快建设水情、气象、CCTV、船舶吃水检测等信息化感知设施，加强通航建筑物基础设施运行状态在线监测，实现对各类通航环境要素的数字化采集。

（2）构建二三维一体化电子航道图。结合三峡河段航道特点，深度融合航道周边陆域的二维数据、航道沿岸地形和建筑物实景三维数据、水下地形数据以及船闸、升船机、航标、水位站、跨江建筑物、临江重点建筑物等三维模型数据，建立二三维一体化的航道与通航基础设施全景信息模型，打造三峡通航一张图。

（3）构建通航运行智能管理中心。依托基础设施数字转型和智能升级，推动区域联动智能调度，将各类数据、调度规则和人员经验通过智能技术进行知识化、结构化、智能化，将整个调度水域不同节点和船闸检修、枯洪水期、极端恶劣天气等应急情况统筹考虑，构建基于人工智能的三峡通航区域联动智能调度系统，实现智能动态调度、智能协同控制、智能诊断等功能，达到调度效率最优，提升应急处置和决策能力，提高船舶过闸效率和体验。

（4）构建船舶监管服务一体化平台。加强跨部门、跨行业、跨层级的信用信息归集，全面汇集船舶、船员、船公司等动态监管数据。建立健全信用评价体系和信用奖惩机制，综合运用信用信息，开展信用风险预警和分级分类监管，加快构建以信用为基础的新型监管体系。建设船舶航行全程助航服务系统，实现船舶在调度水域结合时间、空间状态自动获取助航信息服务，在三峡现有服务方式和服务内容的基础上，扩充基于一张图的信息查询服务系统，打造全景式信息服务和智能化助航服务。

4.2 初期智能通航应用场景

（1）基于BIM 可视化模型的全河段数字化管理。依托BIM 技术在构建结构对象可视化模型的基础上，集成融合运营、养护、传感器等多维信息，建成全河段三维数字航道、通航建筑物状态在线监测等应用，并在BIM+GIS 的集成融合、三维可测实景技术、通航基础设施安全状态综合分析及预警、智能运维辅助决策等方面取得初步成果。

（2）实景融合的通航场景全态势监控。通过5G、北斗定位、图像识别技术、AR、人工智能等技术与通航业务的融合，建成管理和应用海量视频的实景融合的通航场景全态势监控，形成对监控场景的三维全景视频监控体系。实现重点水域航道与船舶运行态势智能评判、智能船舶排挡计划等场景应用，初步实现船舶过闸锚泊、排挡、待泊全过程交通组织智能化。

（3）混合交通数字孪生场景构建与共融。探索运用以数字化方式创建物理实体的虚拟模型数字孪生技术，连接物理世界和信息世界，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，对通航管理面临的各类问题进行分析研究，总结运行规律，掌握船舶和货物流向的特征，预测长江航运发展的趋势，提供更加实时、高效、智能的服务。

5 结语

在交通强国建设这一背景下，三峡通航的智能化发展刚刚起步，下一步应以促进新技术与通航管理实际需求深度融合为目标，推动通航管理向数字化、网络化、智能化发展，进一步提高通航效率，增强安全保障能力，提升服务品质，为交通强国建设提供有力的支撑。本文初步设计了智能通航总体架构及组成系统，下一步可以继续围绕智能通航的中长期目标、新技术与行业深度融合方式等方面开展深入研究。