基于物联网技术的三峡智能监管系统架构研究
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作者:邓家佩 王国钢 司马俊杰 汪健
摘要：三峡通航管理局虽已具备较高的通航监管信息化水平，但业务信息系统融合度不高，为满足三峡枢纽河段大通航、大安全新发展的需求，增强三峡枢纽河段通航安全综合监管能力。研究分析现有监管系统及安全监管模式，从智能预警、智能助导航、智能决策应用和智能应急救援四个方面梳理监管业务需求，提出新形势下，在同一平台实现智能监管功能的框架。
关键词：三峡河段;智能监管;物联网;大通航;大安全
中图分类号：U698文献标识码：A文章编号：1006―7973（2022）08-0044-03
三峡河段近9年连续实现了“零死亡、零沉船、零污染事故”，但总体安全形势稳中有险，稳中有忧[1]。为适应新形势下、新发展阶段的新要求，提高安全风险防控能力，着力防范化解重大风险，站着三峡枢纽河段“大通航”、“大安全”的角度，开展三峡通航智能监管需求研究，提出“全面感知、广泛互联、深度融合、智能应用、安全可靠、机制完善”的三峡通航智能监管功能框架，实现三峡通航要素、通航数据和通航趋势的个性化展示;水文气象、船舶动态、船闸运行等各类通航安全风险预测预警的智能化监管;辖区交通流、船闸、锚地、靠泊设施等实时状态的智能船岸互动;为下一步三峡通航监管智能平台的开发建设打下基础。
1现有监管系统建设和安全监管模式
1.1现有监管系统建设
CCTV系统：长江三峡通航管理局CCTV系统作为交管系统中一个极其重要的组成部分，作为雷达监控的有效补充，通过视频图像处理等高新技术，实现对三峡河段航道、锚地、船闸、码头和渡口等重点水域的实时监控。
VTS系统：三峡通航VTS1000系统是船舶交通管理及信息系统中船舶管理和调度的重要组成部分。它是我国首套自主研发的VTS系统，主要利用雷达、VHF、AIS系统以及网络视频等传感器全天候监控辖区内船只，配合执法部门进行船舶管理。
AIS系统：长江海事局AIS系统是工作在VHF频段的自主连续广播系统，主要功能包括船舶动态信息服务、安全信息服务、海事管理统计分析等功能。
北斗系统：交通运输部水运科学研究院研发的多功能单北斗船载智能终端（MT-15）目前在三峡通航水域广泛安装，终端能够实现三峡通航船舶过闸远程申报、船上人员身份信息远程采集及在线核查、电子航道图、指泊离泊、船岸交互、船务管理等功能，能够为船舶提供更加便捷、高效的通航服务。
1.2安全监管模式
通航指挥中心主要负责船舶航行过程中的动态安全监视以及应急状态下的协同处置，交管中心作为通航指挥中心下设具体执行船舶安全监视职责的部门，负责掌握辖区船舶动态监管信息。三峡海事局负责三峡水域范围内的船舶通航安全管理、危防管理、船舶安检、航标维护等，以及辖区航行通（警）告管理、水上交通安全事故、船舶及相关水上设施污染事故的应急处置等通航监管职责。锚地主要负责在锚船舶的安全监管，包括船舶进出锚地及靠泊时的安全动态监视。船闸及升船机管理处主要负责闸室及升船机厢内的过坝船舶的动态安全监视。
2基于物联网技术的三峡智能监管系统总体架构
整合集成三峡局现有监管系统，包括船舶交通管理系统（VTS）、船舶自动识别系统（AIS）、三峡局视频监控系统（CCTV）、GPS系统、长江三峡―葛洲坝航运调度系统（调度系统）、航标遥测遥控系统（航标系统）、水情气象系统、船舶超吃水检测系统、三峡-葛洲坝船舶过闸GPS远程申报系统、单北斗航标系统、船闸运行状态监测系统等，创新通航要素、智能预警、智能监管、智能辅助决策分析等功能模块，实现监管功能的提升。
2.1物联网技术应用
物联网作为信息技术的深度扩展使用，是新一代信息技术应用突破的重点发展方向，目前已在交通运输领域深入应用[2]。欧洲海事安全局使用以色列OrcaAI计算机感知系统，通过现有雷达、GPS定位、感光相机等的组合来分析船只周围的数据，然后将其叠加到增强现实界面上，允许导航员快速阅读任何特定情况[3]。广东海事局利用船舶交通管理系统（VTS）、船舶自动识别系统（AIS）、船舶远程识别与跟踪系统（LRIT）、闭路监控电视系统（CCTV）、全球卫星定位系统（GPS）等构建了“广东智慧海事监管服务平台”[4]。
2.2三{智能监管系统需求研究
（1）三峡通航智能预警需求。通过设置安全预警规则，实现辖区水文气象异常、船舶航行动态、待闸锚地锚泊、重点船舶、通航建筑物及配套设施异常、船舶防污染、助航标志异常等各种情况的预警提示，为监管人员提供参考依据。
（2）三峡通航智能助导航需求。实现三峡枢纽水域船岸全面互动，按调度计划规划航路实现船舶自动导航、信号灯自动控制、船舶交通流拥堵提示、区域气象水文异常提示、交汇水域提示、应急避险提示、过河水域提示、紧迫局面提示、船闸运行状态提示、计划进度提示、靠泊顺序及泊位提示、岸电应用引导提示等智能互动。
（3）三峡通航智能决策应用需求。通过VTS、AIS、GPS、智能卡口系统等多种感知手段的综合分析，计算得出某航段内的通航流量数据、船舶航行动态、船舶违章、船舶过坝、应急疏散、锚泊分布等特征，可以以数据表格、折线图、GIS航道热力图等多种表现形式，对航道通航流量进行统计分析和直观展示，便于不断地优化安全监管策略，使管理决策更智能、更准确。
（4）三峡通航智能应急救援需求。通过VTS、北斗卫星导航、CCTV等系统，向应急指挥人员提供最佳的处置信息，提供事故现场画面的显示，保证快速反应力量与指挥系统保持实时联系，为应急指挥提供辅助决策。
2.3三峡智能监管系统总体架构
为满足以上功能需求，结合目前较为成熟的物联网技术构建的三峡智能监管系统总体框架，包括数据支撑、服务层、应用感知终端、用户层、安全保障体系五个部分。
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