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摘 要：由于三峡航段地理环境复杂，基础数据自动化采集程度不高，船舶过闸时效要求高，管理部门与船方信息交互方式不够丰富等缺点，导致监管工作难度大，服务水平不够。无论是通航管理安全要求，还是提升通航智能化水平的要求，利用信息化技术提升通航监管智能化水平已经是现代航运管理的迫切需求。综合监管平台系统有机融合了分布式存储、云计算等新技术，加速了多源基础数据资源整合共享的效率，实现了对船舶实施精准管控，实现海事、航道、通航调度综合监督管理。
关键词：三峡通航;信息化;智能化;监管
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）05-0171-03
Using Informatization Technology to Improve the Intelligent Level of
Three Gorges Navigation Supervision
SUN Rong，TANG Zelin，WANG Xiaoli
（Three Gorges Navigation Authority，Yichang 443002，China）
Abstract：Because there is some shortcomings in three gorges，which includes：the geographic environment of the three gorges navigation section is complex，the degree of automatic collection of basic data is not high，the timeliness requirement of ships passing through lock is high，and the information interaction ways between the management department and the ship sides are not rich enough，and so on. Which leads to the supervision work is difficult and the service level is not enough. Whether it is the safety requirements of navigation management，or the requirements of improving the intelligent level of navigation，using informatization technology to improve the intelligent level of navigation supervision has become an urgent need of modern shipping management. The integrated supervision platform system organically integrates new technologies such as distributed storage and cloud computing，accelerates the efficiency of multi-source basic data resources integration and sharing，realizes the precise control of ships，and realizes the comprehensive supervision and management of maritime，waterway and navigation dispatching.
Keywords：three gorges navigation;informatization;intelligent;supervision
0 引 言
長江三峡通航管理局（以下简称：三峡局）贯彻落实习总书记推动长江经济发展的重要战略思想任务，实行过闸船100%安检，从而保障三峡水利枢纽安全。近年来，三峡坝区货物通过量及船闸过闸数量都呈现出快速增长态势，特别是大型船舶的增多，导致三峡坝区通航压力进一步增大。
将先进的网络通信技术、信息技术、控制技术集成于一体，以提升三峡通航监管服务水平。对船舶实施精准管控，建立良好的过闸秩序，提高船舶过闸效率，实现海事、航道、通航调度综合监督管理，是推进长江经济带稳定发展的重要环节之一。
1 三峡通航监管现状
1.1 三峡通航应用系统现状
目前，三峡航段内，管理部门依托VTS、AIS、CCTV、航标遥测遥控、水情气象系统;提供船舶基本数据、船舶过闸计划等信息的长江三峡—葛洲坝航运调度系统;以及以通航指挥调度业务管理为基础，涵盖坝区升船机、船闸、锚地等通航调度管理于一体的远程申报系统，来实现河段内船舶过闸全流程的监管和调度。
1.2 数据存储现状
目前三峡局数据中心利用已建网络及信息系统资源，运用备份一体机等先进技术，形成了异地数据热备份的总体架构，实现了核心数据“集中存储备份、异地容灾”;利用虚拟化技术搭建了三峡局“私有云”，实现了软硬分离、应数分离、统一管理。
2 三峡通航监管存在的问题
2.1 应用系统整合不够
随着信息技术的快速发展以及船舶过闸数量的快速增加，结合实际工作需要，逐步建设了以上多种应用系统，以满足船方过闸需求。但是各个系统建设过于分散，没有经过统一规划，接口不统一，存在应用系统整合不够，有效共享不足，仅能解决某一方面的问题等局限，一线工作人员在对船舶全航段内进行监控时，往往需要多个系统来回切换及查看，影响了工作效率。 2.2 信息基础支撑能力不足
随着摄像头和监控终端的增加，网络容量不够，信息基础支撑能力不足等问题逐渐显现，视频卡顿现象时而发生。系统录像存储分配不均，导致数据流乱窜，大量三峡CCTV和视频存储的数据在三峡—西坝的核心交换机之间出现冗余反复传输的现象，对端口和传输都带来很大的负载。
2.3 监控手段智能化程度不高
管理部门在对59公里航段内船舶作业进行全程监控时，不能做到自动巡屏，需要人工24小时盯屏，工作量繁重。现场工作自动化采集程度不高，海事监管部门对船舶安全进行监管时，常常需要监管人员登船进行检查，将实际检查结果带回执法基地，才能在系统手动录入数据，大大影响了工作效率。CCTV摄像头多是传统技术摄像头，不能进行视频流融合以及全景视频智能输出。另外对船舶的船名识别智能化程度需要提高，数字航道、三维模型融合应用不够等，都严重影响了工作效率。
2.4 与船方动态信息交互渠道单一
目前主要通过甚高频、应用系统消息单向推送、电话、短信、当面告知等传统通信方式进行日常信息交互，消息的缺失性、时滞性等缺点导致对船方监管不协调、不及时、不准确等诸多不便，船方被动的接收消息，无法准确地将消息反馈给管理部门，主动联系的手段不够丰富，工作效率，服务水平不够高。
3 提高三峡通航监管智能化的手段研究
针对当前三峡水域船舶过闸监管的现状以及存在的问题，利用信息化技术，全面整合三峡通航主要通航管理要素，统一基础数据源、统一江图数据呈现，统一用户授权管理，实现三峡局通航指挥和安全监管综合管理的业务需求，全局统一的三峡通航业务综合监管系统平台尤为重要。
3.1 多源船舶定位融合服务
将接入的各类船位信号进行整合，然后重新进行对外发布船位信息服务。接入AIS、GPS、雷达信号、北斗信号等多种船位实时数据，并对有关联关系的信号进行识别和分类，然后再按照AIS信号优先、GPS信号排后的原则向外部再次发布整合后的实时船位数据。
3.1.1 数据预处理
对船舶定位来源数据进行预处理工作，判断当前时刻的定位数据是否具有高可靠性，对异常数据进行剔除，然后按系统内部数据规范进行数据转变，为后续的融合等处理工作生成标准格式的数据信息。
3.1.2 同源数据融合
对船舶定位AIS数据进行预处理后，根据AIS动态信息返回的MMSI确定是否是同一个目标船舶，AIS数据通过船舶唯一标识MMSI进行数据融合;对船舶定位GPS数据进行预处理后，根据GPS返回的船舶编码确认是否是唯一船舶，确定是同一船舶后进行GPS数据融合;对船舶定位雷达数据进行预处理后，采用的轨迹预测方式按照航速航向和间隔时间进行推算确定是否是同一个目标船舶后进行雷达数据融合。
3.1.3 多源数据融合
对船舶定位数据进行同源融合处理后，首先需要对船舶定位AIS与雷达数据进行同源融合预处理，即通过AIS的MMSI信息和GPS定位信息的设备编号或者手机号码等信息关联，若特征信息关联上，即可直接融合。否则，使用位置信息进行融合处理。
3.2 采用分布式存储的方式对CCTV系统进行升级
将CCTV网络重新规划，使视频数据就近存储，同一区域的监控存储在同一个存储矩阵，避免数据流的乱窜，降低系统网络资源占用。将vts监控业务，海事监管业务，存储服务器业务，分别部署与三个独立网段，实现专网专用，业务流量互不干扰。同时，采用服务器虚拟化技术，结合自建的虚拟机网络应用环境，建立新平台服务器并安装平台软件，让其能支持H.265和统一校时，以降低CCTV系统消耗的网络资源，提升视频传输质量，增加相同存储空间下的存储天数。
3.3 电子江图服务
将三峡坝区59公里范围内的电子航道图按照CJ-57标准进行组织渲染，并以OGC标准提供航道图服务发布，如图1所示。在同一电子江图界面上同时显示船舶、通航要素、气象水文、CCTV摄像头等多种动态物标，通过按钮实现船舶多信号接入显示的筛选。监管人员通过CCTV列表在电子江图界面上实现摄像头的定位、查看摄像头的名称、播放监控视频，支持视频播放时图像的任意切换或控制。
3.4 船舶动态监控服务
电子江图实时显示各类船舶，通过船舶监控功能查看船舶当前动态信息及当前通航环境。通过查询或在船舶列表选定需要监控的船舶，即可显示以该船舶为中心的监控画面;可以自主的选择或者绘制需要监控的区域，即能弹出已选定区域为中心的监控画面;一键巡航功能对区域或者选定的区域进行巡航，巡航结束后自动按照标准格式生成一键巡航报告;船舶与CCTV关联筛选船舶周边的CCTV摄像头或者区域内的CCTV摄像头，通过CCTV摄像头查看船舶或者区域内的通航环境信息;通过查询或手工绘制需要盯防的单元，盯防查看选定盯防区域内的整体情况;通过调度视图功能查询当前船舶调度实时信息。
3.5 预警服务
实时接入在线船位信号，结合各类预设置区域及相应的区域判定规则，通过船位及船舶信息与规则间的相互判断，做到对船舶的实时监管及预警，当船舶存在违反相关规则的情况时，主动向监管人员进行预警信息的及时推送与提醒。
3.6 视频联动服务
通过实时接入在线船位信号，建立视频跟踪服务。依据前端监管人员发出的跟踪指定船舶指令，结合预先设定的摄像头相关参数，自动控制与船位相符坐标范围的摄像頭对指定船舶进行视频监控。前端监管人员只需要按服务返回的摄像头信号指示进行接入视频信号即可实现对目标地跟踪，协助监管人员更为全面、高效地了解管控现场的实际情况，做出更加准确地判断和管控措施。 3.7 与企业微信集成实现移动端便捷化监管
如图2所示，管理部门通过企业微信应用查看船舶数量、船舶调度、船舶类型、锚地数量等相关统计数据，查询船舶基本信息、船舶历史轨迹、航标、气象水文信息等。通过海巡艇监控界面查看海巡艇实时位置和状态，并对管辖区域船舶一键巡航。对船舶进入各功能划定水域，AIS、GPS信号跟踪、到锚确认、航行通告、船舶间安全距离、到锚后的航行规则等要求进行跟踪监控，实时向远程申报系统进行消息的推送，并通过远程申报系统推送到船方的企业微信，通过船岸交互功能实现与船舶的文字交互。
3.8 与管理部门门户网站集成
通过与管理部门门户网站集成，实现实时显示分段船舶数据统计、水文数据和入库流量数据等船舶航行相关动态数据，如图3所示。
4 结 论
文章通过对三峡航段内船舶监管现状及问题进行分析研究后，提出了利用有效的信息化手段，建设集成多个系统数据，运用融合算法对多源船舶位置数据进行融合分析，为船舶提供辖段内通航状况、风险提示等航行指导信息;依据船舶的航行状态数据进行消息预警等功能的综合监管平台，实现对辖区航行船舶进行实时监管。
同时，对硬件设备进行升级改造，广泛汇聚信息资源，构建共享服务体系，推动跨部门、跨单位的互联互通、信息共享和业务协同。保障三峡通航安全有序，总体提升三峡通航的管理服务水平。
参考文献：
[1] 李伟，王珩.水上交通安全监管系统设计及应用的思考 [J].交通信息与安全，2014，32（1）：107-109.
[2] 傅雷.关于安全生产综合监管工作的若干思考 [J].中国管理信息化，2018，21（12）：84-85.
[3] 贾鹏鹏.交通“新基建”激发智慧水运建设新动能 [J].中国水运，2020（6）：61-62.
[4] 马晓丽.水上交通安全工作的监督管理探析 [J].民营科技，2016（5）：96.
[5] 袁宗祥.三峡库区水上交通安全监管与应急方法研究 [D].武汉：武汉理工大学，2012.
作者简介：孙荣（1987—），女，汉族，湖北孝感人，工程师，硕士研究生，研究方向：软件工程;唐泽林（1981—），男，汉族，湖北麻城人，高级工程师，本科，研究方向：交通工程;王晓莉（1982—），女，漢族，湖北宜昌人，高级工程师，本科，研究方向：通信与信息技术。
关键词：三峡通航;信息化;智能化;监管
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）05-0171-03
Using Informatization Technology to Improve the Intelligent Level of
Three Gorges Navigation Supervision
SUN Rong，TANG Zelin，WANG Xiaoli
（Three Gorges Navigation Authority，Yichang 443002，China）
Abstract：Because there is some shortcomings in three gorges，which includes：the geographic environment of the three gorges navigation section is complex，the degree of automatic collection of basic data is not high，the timeliness requirement of ships passing through lock is high，and the information interaction ways between the management department and the ship sides are not rich enough，and so on. Which leads to the supervision work is difficult and the service level is not enough. Whether it is the safety requirements of navigation management，or the requirements of improving the intelligent level of navigation，using informatization technology to improve the intelligent level of navigation supervision has become an urgent need of modern shipping management. The integrated supervision platform system organically integrates new technologies such as distributed storage and cloud computing，accelerates the efficiency of multi-source basic data resources integration and sharing，realizes the precise control of ships，and realizes the comprehensive supervision and management of maritime，waterway and navigation dispatching.
Keywords：three gorges navigation;informatization;intelligent;supervision
0 引 言
長江三峡通航管理局（以下简称：三峡局）贯彻落实习总书记推动长江经济发展的重要战略思想任务，实行过闸船100%安检，从而保障三峡水利枢纽安全。近年来，三峡坝区货物通过量及船闸过闸数量都呈现出快速增长态势，特别是大型船舶的增多，导致三峡坝区通航压力进一步增大。
将先进的网络通信技术、信息技术、控制技术集成于一体，以提升三峡通航监管服务水平。对船舶实施精准管控，建立良好的过闸秩序，提高船舶过闸效率，实现海事、航道、通航调度综合监督管理，是推进长江经济带稳定发展的重要环节之一。
1 三峡通航监管现状
1.1 三峡通航应用系统现状
目前，三峡航段内，管理部门依托VTS、AIS、CCTV、航标遥测遥控、水情气象系统;提供船舶基本数据、船舶过闸计划等信息的长江三峡—葛洲坝航运调度系统;以及以通航指挥调度业务管理为基础，涵盖坝区升船机、船闸、锚地等通航调度管理于一体的远程申报系统，来实现河段内船舶过闸全流程的监管和调度。
1.2 数据存储现状
目前三峡局数据中心利用已建网络及信息系统资源，运用备份一体机等先进技术，形成了异地数据热备份的总体架构，实现了核心数据“集中存储备份、异地容灾”;利用虚拟化技术搭建了三峡局“私有云”，实现了软硬分离、应数分离、统一管理。
2 三峡通航监管存在的问题
2.1 应用系统整合不够
随着信息技术的快速发展以及船舶过闸数量的快速增加，结合实际工作需要，逐步建设了以上多种应用系统，以满足船方过闸需求。但是各个系统建设过于分散，没有经过统一规划，接口不统一，存在应用系统整合不够，有效共享不足，仅能解决某一方面的问题等局限，一线工作人员在对船舶全航段内进行监控时，往往需要多个系统来回切换及查看，影响了工作效率。 2.2 信息基础支撑能力不足
随着摄像头和监控终端的增加，网络容量不够，信息基础支撑能力不足等问题逐渐显现，视频卡顿现象时而发生。系统录像存储分配不均，导致数据流乱窜，大量三峡CCTV和视频存储的数据在三峡—西坝的核心交换机之间出现冗余反复传输的现象，对端口和传输都带来很大的负载。
2.3 监控手段智能化程度不高
管理部门在对59公里航段内船舶作业进行全程监控时，不能做到自动巡屏，需要人工24小时盯屏，工作量繁重。现场工作自动化采集程度不高，海事监管部门对船舶安全进行监管时，常常需要监管人员登船进行检查，将实际检查结果带回执法基地，才能在系统手动录入数据，大大影响了工作效率。CCTV摄像头多是传统技术摄像头，不能进行视频流融合以及全景视频智能输出。另外对船舶的船名识别智能化程度需要提高，数字航道、三维模型融合应用不够等，都严重影响了工作效率。
2.4 与船方动态信息交互渠道单一
目前主要通过甚高频、应用系统消息单向推送、电话、短信、当面告知等传统通信方式进行日常信息交互，消息的缺失性、时滞性等缺点导致对船方监管不协调、不及时、不准确等诸多不便，船方被动的接收消息，无法准确地将消息反馈给管理部门，主动联系的手段不够丰富，工作效率，服务水平不够高。
3 提高三峡通航监管智能化的手段研究
针对当前三峡水域船舶过闸监管的现状以及存在的问题，利用信息化技术，全面整合三峡通航主要通航管理要素，统一基础数据源、统一江图数据呈现，统一用户授权管理，实现三峡局通航指挥和安全监管综合管理的业务需求，全局统一的三峡通航业务综合监管系统平台尤为重要。
3.1 多源船舶定位融合服务
将接入的各类船位信号进行整合，然后重新进行对外发布船位信息服务。接入AIS、GPS、雷达信号、北斗信号等多种船位实时数据，并对有关联关系的信号进行识别和分类，然后再按照AIS信号优先、GPS信号排后的原则向外部再次发布整合后的实时船位数据。
3.1.1 数据预处理
对船舶定位来源数据进行预处理工作，判断当前时刻的定位数据是否具有高可靠性，对异常数据进行剔除，然后按系统内部数据规范进行数据转变，为后续的融合等处理工作生成标准格式的数据信息。
3.1.2 同源数据融合
对船舶定位AIS数据进行预处理后，根据AIS动态信息返回的MMSI确定是否是同一个目标船舶，AIS数据通过船舶唯一标识MMSI进行数据融合;对船舶定位GPS数据进行预处理后，根据GPS返回的船舶编码确认是否是唯一船舶，确定是同一船舶后进行GPS数据融合;对船舶定位雷达数据进行预处理后，采用的轨迹预测方式按照航速航向和间隔时间进行推算确定是否是同一个目标船舶后进行雷达数据融合。
3.1.3 多源数据融合
对船舶定位数据进行同源融合处理后，首先需要对船舶定位AIS与雷达数据进行同源融合预处理，即通过AIS的MMSI信息和GPS定位信息的设备编号或者手机号码等信息关联，若特征信息关联上，即可直接融合。否则，使用位置信息进行融合处理。
3.2 采用分布式存储的方式对CCTV系统进行升级
将CCTV网络重新规划，使视频数据就近存储，同一区域的监控存储在同一个存储矩阵，避免数据流的乱窜，降低系统网络资源占用。将vts监控业务，海事监管业务，存储服务器业务，分别部署与三个独立网段，实现专网专用，业务流量互不干扰。同时，采用服务器虚拟化技术，结合自建的虚拟机网络应用环境，建立新平台服务器并安装平台软件，让其能支持H.265和统一校时，以降低CCTV系统消耗的网络资源，提升视频传输质量，增加相同存储空间下的存储天数。
3.3 电子江图服务
将三峡坝区59公里范围内的电子航道图按照CJ-57标准进行组织渲染，并以OGC标准提供航道图服务发布，如图1所示。在同一电子江图界面上同时显示船舶、通航要素、气象水文、CCTV摄像头等多种动态物标，通过按钮实现船舶多信号接入显示的筛选。监管人员通过CCTV列表在电子江图界面上实现摄像头的定位、查看摄像头的名称、播放监控视频，支持视频播放时图像的任意切换或控制。
3.4 船舶动态监控服务
电子江图实时显示各类船舶，通过船舶监控功能查看船舶当前动态信息及当前通航环境。通过查询或在船舶列表选定需要监控的船舶，即可显示以该船舶为中心的监控画面;可以自主的选择或者绘制需要监控的区域，即能弹出已选定区域为中心的监控画面;一键巡航功能对区域或者选定的区域进行巡航，巡航结束后自动按照标准格式生成一键巡航报告;船舶与CCTV关联筛选船舶周边的CCTV摄像头或者区域内的CCTV摄像头，通过CCTV摄像头查看船舶或者区域内的通航环境信息;通过查询或手工绘制需要盯防的单元，盯防查看选定盯防区域内的整体情况;通过调度视图功能查询当前船舶调度实时信息。
3.5 预警服务
实时接入在线船位信号，结合各类预设置区域及相应的区域判定规则，通过船位及船舶信息与规则间的相互判断，做到对船舶的实时监管及预警，当船舶存在违反相关规则的情况时，主动向监管人员进行预警信息的及时推送与提醒。
3.6 视频联动服务
通过实时接入在线船位信号，建立视频跟踪服务。依据前端监管人员发出的跟踪指定船舶指令，结合预先设定的摄像头相关参数，自动控制与船位相符坐标范围的摄像頭对指定船舶进行视频监控。前端监管人员只需要按服务返回的摄像头信号指示进行接入视频信号即可实现对目标地跟踪，协助监管人员更为全面、高效地了解管控现场的实际情况，做出更加准确地判断和管控措施。 3.7 与企业微信集成实现移动端便捷化监管
如图2所示，管理部门通过企业微信应用查看船舶数量、船舶调度、船舶类型、锚地数量等相关统计数据，查询船舶基本信息、船舶历史轨迹、航标、气象水文信息等。通过海巡艇监控界面查看海巡艇实时位置和状态，并对管辖区域船舶一键巡航。对船舶进入各功能划定水域，AIS、GPS信号跟踪、到锚确认、航行通告、船舶间安全距离、到锚后的航行规则等要求进行跟踪监控，实时向远程申报系统进行消息的推送，并通过远程申报系统推送到船方的企业微信，通过船岸交互功能实现与船舶的文字交互。
3.8 与管理部门门户网站集成
通过与管理部门门户网站集成，实现实时显示分段船舶数据统计、水文数据和入库流量数据等船舶航行相关动态数据，如图3所示。
4 结 论
文章通过对三峡航段内船舶监管现状及问题进行分析研究后，提出了利用有效的信息化手段，建设集成多个系统数据，运用融合算法对多源船舶位置数据进行融合分析，为船舶提供辖段内通航状况、风险提示等航行指导信息;依据船舶的航行状态数据进行消息预警等功能的综合监管平台，实现对辖区航行船舶进行实时监管。
同时，对硬件设备进行升级改造，广泛汇聚信息资源，构建共享服务体系，推动跨部门、跨单位的互联互通、信息共享和业务协同。保障三峡通航安全有序，总体提升三峡通航的管理服务水平。
参考文献：
[1] 李伟，王珩.水上交通安全监管系统设计及应用的思考 [J].交通信息与安全，2014，32（1）：107-109.
[2] 傅雷.关于安全生产综合监管工作的若干思考 [J].中国管理信息化，2018，21（12）：84-85.
[3] 贾鹏鹏.交通“新基建”激发智慧水运建设新动能 [J].中国水运，2020（6）：61-62.
[4] 马晓丽.水上交通安全工作的监督管理探析 [J].民营科技，2016（5）：96.
[5] 袁宗祥.三峡库区水上交通安全监管与应急方法研究 [D].武汉：武汉理工大学，2012.
作者简介：孙荣（1987—），女，汉族，湖北孝感人，工程师，硕士研究生，研究方向：软件工程;唐泽林（1981—），男，汉族，湖北麻城人，高级工程师，本科，研究方向：交通工程;王晓莉（1982—），女，漢族，湖北宜昌人，高级工程师，本科，研究方向：通信与信息技术。