内河智能航道系统概述

罗年鹏

昆山市航道管理处 江苏 昆山市 215300

摘要：智能航道是智能航保的重要基础，而智能航保是实现智能航运快速发展的必要前提。近年来，随着内河航运高质量发展要求的提出，传统的内河航道技术已无法满足经济社会发展需求，内河航道亟需通过智能化提升其效能。本文首先介绍了内河智能航道在发展智能航运新业态中的基础性地位，然后简述了内河智能航道系统的特点、智能化方向及关键技术。

关键词：智能；内河；航道；航保；

目前，国内外关于智能航运的研究均处于初期阶段，这是我国实现“交通强国”目标的重大机遇，也是 “水运复兴”的战略时期，我们必须在战略和行动上保持主动，抓住机遇，抢占智能航运的科创高地。2019年5月发布的《智能航运发展指导意见》，明确了智能航运发展的5个方向：智能港口、智能船舶、智能航运监管、智能航保、智能航运服务，其中智能航保通过智能化的航道基础设施，主要为港口、船舶、监管等提供智能化信息保障服务，故而可见，内河智能航道作为智能航保的载体，是智能航保体系实现的重要基础，其发展的战略意义不言而喻。

一、智能航运、智能航保、智能航道三者的关系

（1）智能航运是指将现代信息、人工智能为代表的高新技术与航运要素深度融合而构建的一种航运新业态，它的关键在于基于各方不同场景需求，利用大数据、5G通信、人工智能等技术构建一个行业生态智能系统,在该系统中，数据信息的获取、分析、共享、决策高度智能化，从而使得船舶航行更为安全畅达，行业监管与服务更加科学高效。

（2）智能航行保障（简称智能航保）是一种服务性概念，指基于智能化的基础设施获取航运全方位多维度数据信息，包括港口航道、船舶、经济、政策等信息，然后通过大数据、人工智能的分析处理，最终向被服务方提供一切有利于其航行信息的基础性、保障性行为。现代智能航保技术具体包括智能航道助航技术、智能测绘感知技术及水上智能安全通信等基本内容，具有可靠性强、能耗低、安全、即时的特点。智能航保通过提供全方位、实时、精确、便捷的服务，使得航行决策科学化、航行监管精准化、应急抢险快速化，有利于整个航运业朝着经济、高效、绿色的高质量方向快速迈进。

（3）智能航道是对数字航道的挖掘和深化，利用现代技术手段，自动获取航道系统要素信息, 包括地形、水流、气象等一切航道信息，通过对信息的融合处理与深度挖掘,为航道“画像”，将现实中的航道智能化，其成果在为航道部门管理服务的同时,更为整个航运保障体系提供数据及技术支撑。

综上，可以看出，智能航保是智能航运快速发展的前提，而智能航道作为智能航保的载体，是智能航保体系实现的重要基础，其发展具有十分重要的意义。

二、内河智能航道系统的特征

（1）能全方位精确获取航道信息、感知预测航道演变

通过基于智能传感、射频识别、无线传感、5G等技术的无人机、无人船、机器人等设备,能够实现航道要素信息全方位透彻的获取。获取的信息包括包括航道地形、水流、气象、过往船舶等。基于获取的航道信息，构建航道演变模型，可以从时间及空间上计算和预测航道水位、水深、流速、流态等信息,实现航道通航要素的动态精细感知和预测，从而为航道管理提供高效科学决策。

（2）航道信息交互共享、互联互通

智能化获取的航道要素信息，通过可视化动态化的呈现，友好交互，更加便于研究和决策；而且按统一的标准嵌入网络,与各相关行业智能平台连接,能够实现更全面更广泛的互联互通，有利于数据资源的集约化统筹化利用。

（3）航道信息服务更为快捷、智能

基于云数据库平台,结合智能化电子航道图系统,利用云计算技术对海量数据进行整理分析,实现从数据到信息,从信息到知识,从知识到分析决策的过程,进而实现航道信息全面定制化服务。同时,通过多源航道信息服务发布平台,实现实时、便捷的航道信息服务。

（4）航道管理与养护精准化

智能航道体系基于可视化动态化的航道智能信息平台,能够对航道规划、执法、养护、应急抢险等管理行为提供科学决策和全过程追踪、控制和反馈,实现航道管理的科学化和精准化，例如利用BIM技术,可以对航道工程的全生命周期进行主动监测与智能控制,有针对性的提出精准解决方案，对航道工程的节能减排、节约资金具有重要作用。

三、内河智能航道的服务领域

参考《现代内河航道助航技术》^[1]，根据航道管理业务体系并结合需求分析，可以将内河智能航道系统的服务领域进一步划分，这样有助于智能航道系统体系的顶层设计及架构。服务领域主要包括四个方面:智能信息共享服务、智能规划服务、智能管理服务、智能应急服务。

智能信息共享服务:通过现代信息采集技术，获取航道信息；建立航道信息数据库，存取航道信息；利用现代网络通讯技术为不同用户、提供全天候全方位准确的、动态的航道信息服务，使其全面感知航道，科学利用航道，尤其是其助航功能，能够有效引导船舶安全高效航行。

智能规划服务:利用物联网技术连接一切与航道相关产品及设备,搜集用户数据，分析用户需求，为航道科学规划提供依据，并得出最佳航道规划方案，使得有限的资金和人员投入到最关键的方面上，增加资源使用效能。

智能管理服务:建立内河航道管理执法辅助系统、内河航道观测平台、航道演变分析系统和航道演变分析显示平台。执法辅助系统辅助海事、公安等部门,及时准确地收集到违反航道法规事件的信息,并利用先进的传感器技术、机器人技术,以及先进的人工智能和控制理论,在航道演变、航道疏浚、航道养护等方面为管理者提供决策支持,实现对航道相关信息的自动观测,以及航标等其他助航设施的自适应或者人工远程调节和维护。

智能安全管理及应急服务: 构建安全监测及预警决策支持系统,运用人工智能监测航道环境状态，构建航道生产安全数据库, 对生产现场进行调度指挥和远程监控，快速识别航道安全隐患并及时预警,快速发现紧急状态并及时发布警告，同时快速向航道安全应急指挥机构提供科学有效的解决方案。

四、内河智能航保发展的关键技术

内河智能航道体系的建立必须重点解决一些关键技术问题,其中重要的关键技术有: 物联网技术、数据库技术、云计算技术、航道信息智能处理技术、多功能电子航道图系统等。

（1）物联网技术

物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何与航道相关的物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它在智能航道应用中主要起到采集航道原始信息，并实时动态更新的作用。

（2）数据库技术

没有数据库功能其他都是无水之源，智能航道将依托能支撑大数据处理的数据库技术为载体，包括对大规模并行处理数据库、数据挖掘电网、分布式文件系统、分布式数据库、云计算平台、互联网和可扩展的存储系统等的综合应用。多功能电子航道图系统是数据库技术应用于智能航道的一个切入口，它通过整合内河全线航道基础地理信息数据、航标数据、水位数据、航道实际维护尺度数据等,实现航道地理信息数据的统一管理^[2]。

（3）云计算技术

云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化和负载均衡等计算机技术与网络技术发展融合的产物。它旨在通过网络把多个成本相对低的计算实体，整合成一个具有强大计算能力的完美系统，并把这些强大的计算能力分布到终端用户手中。是解决大数据传输及处理的最佳技术手段。

（4）智能决策支持系统^[1]

智能决策支持系统是人工智能（AI，Artificial Intelligence）和DSS相结合，应用专家系统（ES，Expert System）技术，使DSS能够更充分地应用人类的知识，如关于决策问题的描述性知识，决策过程中的过程性知识，求解问题的推理性知识，通过逻辑推理来帮助解决复杂的决策问题的辅助决策系统。

（5）虚拟现实技术

虚拟现实是利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。它能够让航道管理者和使用者以自然的方式与计算机生成的环境进行交互操作，以身临其境的感觉体验比现实世界更加丰富的航道环境。

五、总结

目前，虽然航道建设在数字化信息化等方面，取得了一定的发展，但智能航道的建设尚处于起步阶段，值得注意的是，很多所谓的 “智能化”还只是“浮于表面”，不够深入，未来发展仍面临诸多挑战，航道智能化之路任重而道远，所以我国必须主动作为，努力建设与智能航运发展要求相适应的智能航道体系，制定切实可行发展模式和技术路径；同时各相关行业需通力合作，主动对接国际前沿，实现真正的航运智能化。

参考文献：

[1] 刘怀汉，初秀民，吕永祥、《现代内河航道助航技术》、武汉理工大学出版社，2016年11月，258-264；

[2] 郭涛，刘怀汉，万大斌，初秀民，雷国平、长江“智能航道”系统架构与关键技术、水运工程，2012年06月，第6期、140-145；