王海濱，陳軒，李佳恒

（長(zhǎng)江三峽通航管理局，湖北宜昌443000）

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，交通行業(yè)開(kāi)啟了利用高新技術(shù)深化改造的進(jìn)程，智能鐵路、智能航運(yùn)、智能公路等創(chuàng)新應(yīng)用層出不窮。在此背景下，作為集通航安全、海事、航道、調(diào)度、船閘、升船機(jī)、錨地、通信等航運(yùn)管理服務(wù)全要素為一體的三峽通航，需要緊緊圍繞交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)目標(biāo)，積極推進(jìn)新技術(shù)在三峽通航基礎(chǔ)設(shè)施的深度融合與應(yīng)用創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)三峽河段通航智能化、現(xiàn)代化，更好地服務(wù)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)。

1 三峽河段智能通航發(fā)展定位

立足三峽通航發(fā)展基礎(chǔ)，結(jié)合三峽通航高質(zhì)量發(fā)展需求，突出服務(wù)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略大局，充分彰顯三峽河段通航管理特色。突出新興技術(shù)與通航基礎(chǔ)設(shè)施的深度融合，推進(jìn)三峽河段通航基礎(chǔ)全要素?cái)?shù)字化、通航管理與服務(wù)應(yīng)用智能化。鼓勵(lì)面向智能通航理論方法、工藝技術(shù)、裝備系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范開(kāi)展跨領(lǐng)域、跨區(qū)域產(chǎn)學(xué)研用合作，共享智能通航發(fā)展成果。

創(chuàng)新發(fā)展新高地。在交通領(lǐng)域創(chuàng)新中勇做探路者，探索新技術(shù)對(duì)船舶、通航基礎(chǔ)設(shè)施及內(nèi)外部環(huán)境信息的全面感知、融合處理和科學(xué)決策，打造國(guó)際一流的樞紐通航智能管理系統(tǒng)。

為民服務(wù)新標(biāo)桿。在服務(wù)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)中當(dāng)好先行，聚焦船舶過(guò)壩需求，實(shí)現(xiàn)船舶過(guò)閘的計(jì)劃、航行、錨泊、安檢等全過(guò)程無(wú)縫服務(wù)，增強(qiáng)過(guò)閘船舶船員的幸福感、獲得感，更好地滿(mǎn)足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要。

綠色發(fā)展新典范。以智能化技術(shù)拓展三峽通航綠色發(fā)展空間，充分發(fā)揮三峽通航區(qū)位與綜合管理優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化通航組織模式，集聚綠色要素資源，為樞紐通航綠色可持續(xù)發(fā)展提供示范。

2 三峽河段智能通航框架研究

2.1 智能通航

智能通航作為智能交通體系的一部分，是廣泛應(yīng)用5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、北斗、BIM 等新技術(shù)，通過(guò)對(duì)三峽樞紐河段船舶、航道、通航建筑物等設(shè)施及內(nèi)外部環(huán)境信息的全面感知、協(xié)同互聯(lián)、智能分析決策，高效綜合利用所有資源[1]，實(shí)現(xiàn)船舶在三峽樞紐通航的全過(guò)程、全生命周期的高度數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化。

2.2 智能通航的技術(shù)特征

基于智能通航的豐富內(nèi)涵，區(qū)別于傳統(tǒng)通航，智能通航體現(xiàn)出以服務(wù)化、智能化、自適應(yīng)、隨需而變的特點(diǎn)。

（1）全面感知、泛在物聯(lián)?；谝曨l、無(wú)線(xiàn)傳感器等感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)船閘、航道、三船（船公司、船舶、船員）等船舶過(guò)閘全過(guò)程中有關(guān)要素等進(jìn)行全面的信息感知，實(shí)現(xiàn)通航基礎(chǔ)設(shè)施、船舶的狀態(tài)感知。通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)人與基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)、通航服務(wù)網(wǎng)的全面互聯(lián)、融合發(fā)展。

（2）海量存儲(chǔ)、融合計(jì)算。通過(guò)依托云計(jì)算的巨大能力，解決信息傳遞慢、延遲等問(wèn)題[2]，利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，充分挖掘大規(guī)模數(shù)據(jù)潛在信息，強(qiáng)化信息共享程度，提升決策和管理效率。

（3）大數(shù)據(jù)分析、智能決策。運(yùn)用大數(shù)據(jù)從海量數(shù)據(jù)發(fā)掘隱藏在信息內(nèi)部的特征和規(guī)律，通過(guò)實(shí)時(shí)分析、預(yù)測(cè)，促進(jìn)船舶安檢和通航組織效率、航道和船閘通行能力、錨地使用效率的提升。逐步實(shí)現(xiàn)通航智能管理、信息智能服務(wù)及通航基礎(chǔ)設(shè)施和內(nèi)部設(shè)施設(shè)備的智能控制。

（4）可視可預(yù)測(cè)、全程協(xié)同。通過(guò)數(shù)據(jù)分析和建模，利用先進(jìn)的表現(xiàn)技術(shù)，提供可視化、可預(yù)測(cè)的服務(wù)[3]，推進(jìn)打造全景式信息服務(wù)和智能化助航服務(wù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)以多種服務(wù)手段為社會(huì)及船方提供實(shí)現(xiàn)全方位、全流程、全對(duì)象的智能化信息服務(wù)。

3 智能通航總體架構(gòu)及系統(tǒng)組成

3.1 智能通航總體架構(gòu)

智能通航是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從整體上來(lái)看，由智能感知層、智能傳輸層、數(shù)據(jù)資源層、智能決策層、智能應(yīng)用層等組成。

按照“彰顯三峽通航特色、示范樞紐智能通航、服務(wù)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)”的總體思路，三峽樞紐河段將具體通過(guò)逐步構(gòu)建“一網(wǎng)一圖一中心一平臺(tái)”的三峽智能通航體系，分步推進(jìn)智能通航建設(shè)。一網(wǎng)：是指以航道、通航建筑物、船舶等全要素感知為基礎(chǔ)的基礎(chǔ)設(shè)施信息感知網(wǎng)；一圖：是指三峽河段高精度二、三維一體的電子航道圖；一中心：是指集航道管理與通航建筑物運(yùn)維、船舶調(diào)度、船舶監(jiān)管等多業(yè)務(wù)融合管理的三峽通航運(yùn)行智能管理中心；一平臺(tái)：是指過(guò)閘船舶安全檢查與過(guò)壩全過(guò)程服務(wù)一體的船舶監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)。

圖1 智能通航總體框架

3.2 智能通航應(yīng)用系統(tǒng)組成

智能通航應(yīng)用系統(tǒng)是樞紐通航管理的外延，是智能通航最終發(fā)揮效果、對(duì)外提供能力的載體。根據(jù)智能通航豐富的內(nèi)涵，結(jié)合三峽通航管理和服務(wù)實(shí)際，初步確定現(xiàn)階段智能通航應(yīng)用系統(tǒng)主要由智能調(diào)度與智能交管、智能監(jiān)管與智能服務(wù)、智能監(jiān)測(cè)與智能運(yùn)維三部分組成。

（1）智能監(jiān)管與智能服務(wù)。運(yùn)用新技術(shù)與通航管理數(shù)據(jù)的融合中的應(yīng)用與研究，實(shí)現(xiàn)過(guò)閘船舶安全檢查的遠(yuǎn)程化、智能化和航道與船舶運(yùn)行態(tài)勢(shì)智能評(píng)判、監(jiān)管。打造全景式信息服務(wù)和智能化助航服務(wù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)以多種服務(wù)手段為社會(huì)及船方提供自助化、精準(zhǔn)化、個(gè)性化、智能化的信息服務(wù)。

（2）智能調(diào)度與智能交管。將調(diào)度規(guī)則和人員經(jīng)驗(yàn)知識(shí)化、結(jié)構(gòu)化、智能化，將整個(gè)調(diào)度水域不同節(jié)點(diǎn)統(tǒng)籌考慮，實(shí)現(xiàn)調(diào)度計(jì)劃的一體化編制和智能調(diào)整；整合三峽河段VTS、AIS、CCTV、數(shù)字航道等數(shù)據(jù)信息，引入視頻智能分析等人工智能及實(shí)景展示等多種技術(shù)，提升數(shù)據(jù)研判能力和船舶交管水平；打造全水域覆蓋、全節(jié)點(diǎn)統(tǒng)籌、全流程動(dòng)態(tài)調(diào)控的船舶過(guò)閘一體化體系。

（3）智能監(jiān)測(cè)與智能運(yùn)維。運(yùn)用視覺(jué)與圖像等數(shù)據(jù)采集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通航環(huán)境要素智能診斷，以通航基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備及運(yùn)行環(huán)境狀態(tài)感知、運(yùn)行控制、故障診斷、故障預(yù)測(cè)與健康管理等技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)裝備及基礎(chǔ)設(shè)施的自感知、自診斷、自決策及協(xié)同運(yùn)行；掌握基礎(chǔ)設(shè)施及移動(dòng)裝備劣化機(jī)理及演變規(guī)律，實(shí)現(xiàn)“計(jì)劃修”向“狀態(tài)修”轉(zhuǎn)變，提高養(yǎng)護(hù)維修效率，降低運(yùn)維成本。

4 智能通航建設(shè)任務(wù)及場(chǎng)景展望

4.1 近期主要建設(shè)任務(wù)

（1）構(gòu)建通航全要素?cái)?shù)字化感知網(wǎng)。依托規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目，加強(qiáng)通航要素信息化感知設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)5G、北斗、BIM 等新興技術(shù)與通航基礎(chǔ)設(shè)施融合發(fā)展，加快建設(shè)水情、氣象、CCTV、船舶吃水檢測(cè)等信息化感知設(shè)施，加強(qiáng)通航建筑物基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)通航環(huán)境要素的數(shù)字化采集。

（2）構(gòu)建二三維一體化電子航道圖。結(jié)合三峽河段航道特點(diǎn)，深度融合航道周邊陸域的二維數(shù)據(jù)、航道沿岸地形和建筑物實(shí)景三維數(shù)據(jù)、水下地形數(shù)據(jù)以及船閘、升船機(jī)、航標(biāo)、水位站、跨江建筑物、臨江重點(diǎn)建筑物等三維模型數(shù)據(jù)，建立二三維一體化的航道與通航基礎(chǔ)設(shè)施全景信息模型，打造三峽通航一張圖。

（3）構(gòu)建通航運(yùn)行智能管理中心。依托基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字轉(zhuǎn)型和智能升級(jí)，推動(dòng)區(qū)域聯(lián)動(dòng)智能調(diào)度，將各類(lèi)數(shù)據(jù)、調(diào)度規(guī)則和人員經(jīng)驗(yàn)通過(guò)智能技術(shù)進(jìn)行知識(shí)化、結(jié)構(gòu)化、智能化，將整個(gè)調(diào)度水域不同節(jié)點(diǎn)和船閘檢修、枯洪水期、極端惡劣天氣等應(yīng)急情況統(tǒng)籌考慮，構(gòu)建基于人工智能的三峽通航區(qū)域聯(lián)動(dòng)智能調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能動(dòng)態(tài)調(diào)度、智能協(xié)同控制、智能診斷等功能，達(dá)到調(diào)度效率最優(yōu)，提升應(yīng)急處置和決策能力，提高船舶過(guò)閘效率和體驗(yàn)。

（4）構(gòu)建船舶監(jiān)管服務(wù)一體化平臺(tái)。加強(qiáng)跨部門(mén)、跨行業(yè)、跨層級(jí)的信用信息歸集，全面匯集船舶、船員、船公司等動(dòng)態(tài)監(jiān)管數(shù)據(jù)。建立健全信用評(píng)價(jià)體系和信用獎(jiǎng)懲機(jī)制，綜合運(yùn)用信用信息，開(kāi)展信用風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和分級(jí)分類(lèi)監(jiān)管，加快構(gòu)建以信用為基礎(chǔ)的新型監(jiān)管體系。建設(shè)船舶航行全程助航服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)船舶在調(diào)度水域結(jié)合時(shí)間、空間狀態(tài)自動(dòng)獲取助航信息服務(wù)，在三峽現(xiàn)有服務(wù)方式和服務(wù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，擴(kuò)充基于一張圖的信息查詢(xún)服務(wù)系統(tǒng)，打造全景式信息服務(wù)和智能化助航服務(wù)。

4.2 初期智能通航應(yīng)用場(chǎng)景

（1）基于BIM 可視化模型的全河段數(shù)字化管理。依托BIM 技術(shù)在構(gòu)建結(jié)構(gòu)對(duì)象可視化模型的基礎(chǔ)上，集成融合運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)、傳感器等多維信息，建成全河段三維數(shù)字航道、通航建筑物狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)等應(yīng)用，并在BIM+GIS 的集成融合、三維可測(cè)實(shí)景技術(shù)、通航基礎(chǔ)設(shè)施安全狀態(tài)綜合分析及預(yù)警、智能運(yùn)維輔助決策等方面取得初步成果。

（2）實(shí)景融合的通航場(chǎng)景全態(tài)勢(shì)監(jiān)控。通過(guò)5G、北斗定位、圖像識(shí)別技術(shù)、AR、人工智能等技術(shù)與通航業(yè)務(wù)的融合，建成管理和應(yīng)用海量視頻的實(shí)景融合的通航場(chǎng)景全態(tài)勢(shì)監(jiān)控，形成對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景的三維全景視頻監(jiān)控體系。實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)水域航道與船舶運(yùn)行態(tài)勢(shì)智能評(píng)判、智能船舶排擋計(jì)劃等場(chǎng)景應(yīng)用，初步實(shí)現(xiàn)船舶過(guò)閘錨泊、排擋、待泊全過(guò)程交通組織智能化。

（3）混合交通數(shù)字孿生場(chǎng)景構(gòu)建與共融。探索運(yùn)用以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬模型數(shù)字孿生技術(shù)，連接物理世界和信息世界，通過(guò)虛實(shí)交互反饋、數(shù)據(jù)融合分析、決策迭代優(yōu)化等手段，對(duì)通航管理面臨的各類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行分析研究，總結(jié)運(yùn)行規(guī)律，掌握船舶和貨物流向的特征，預(yù)測(cè)長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展的趨勢(shì)，提供更加實(shí)時(shí)、高效、智能的服務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)

在交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)這一背景下，三峽通航的智能化發(fā)展剛剛起步，下一步應(yīng)以促進(jìn)新技術(shù)與通航管理實(shí)際需求深度融合為目標(biāo)，推動(dòng)通航管理向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展，進(jìn)一步提高通航效率，增強(qiáng)安全保障能力，提升服務(wù)品質(zhì)，為交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)提供有力的支撐。本文初步設(shè)計(jì)了智能通航總體架構(gòu)及組成系統(tǒng)，下一步可以繼續(xù)圍繞智能通航的中長(zhǎng)期目標(biāo)、新技術(shù)與行業(yè)深度融合方式等方面開(kāi)展深入研究。