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【摘 要】湖泊航运信息支持保障系统旨在通过信息化手段为航运安全管理、应急指挥、平安航行提供技术保障。本文首先根据需求对湖泊航运信息支持保障系统功能进行了设计，然后基于系统功能完成了系统的总体框架设计，并对其中航运监管中心系统、航运信息电子地图显示系统、航运区域高清视频监控系统和航运区域语音通信系统进行了详细阐述。本文所给出的信息支持保障系统丰富了湖泊航运系统的管理措施，能够有效的保障航运安全和通航效率。
【关键词】湖泊航运;信息支持;航运监管;电子地图
引言
水路交通与旅游、物流等行业的发展息息相关，而内陆湖泊航运管理的水平仍相对落后，与国家战略协调的总体趋势还不适应，因此各航务管理机构提升重要航道等级作为政务建设的重点，拟采用高效、前沿的技术方法来提高航运管理的通航安全和效率。
当前信息化技术已经应用到多个行业领域，并逐步向水上交通领域扩张。在航运信息化程度较高的发达国家，已完成了现代化航道网络的建设，并制定了较为完备的内河航道发展的政策措施。国内现阶段也通过综合应用传感器技术、通信技术等实现多航道的动态监测管理，并实施辅助决策。
本文对湖泊航运信息支持保障系统功能需求进行了设计，然后基于系统功能和相关技术、安全和工程规范，完成了系统的总体框架设计，并对系统中的航运监管中心系统、航运信息电子地图显示系统、航运区域高清视频监控系统和航运区域语音通信系统进行了详细阐述。
1.系统功能设计
湖泊航运信息支持保障系统拟实现航运监管、航运信息电子地图显示、航运区域高清视频监控、航运区域语音通讯等四个方面的功能，系统功能构成框图如图1所示。本节将对这四个方面的功能进行详细阐述。
1.1航运监管
航运监管中心系统功能主要是完成重要航运事件过程回放、航运指挥调度信息下发、航运紧急状况应急指挥处理流程设计、航运区域高清视频图像监控和大屏显示、航运安全监管、应急救援指挥调度及过程记录以及地理信息和航运信息采集、处理功能。
1.2航运信息电子地图显示
航运信息电子地图综合显示系统功能主要包括湖泊全水域深度信息高精度测绘成图、湖泊地理信息和航运信息综合显示、航运和执法船只AIS数据采集、航迹显示以及航线规划、航路设置。
1.3航运区域高清视频监控
航运区域高清视频监控系统功能包括客运码头和执法船实时高清晰视频画面监控、客运码头营运船只的进出港和系泊情况监控、客运码头乘客和工作人员进出码头和登船情况监控、主要客运码头及周边设施安全防护情况监控、执法船只作业、执法、救捞和警戒情况实时监控，并对特殊事态和人员/物流状况进行跟踪和放大显示。
1.4航运区域语音通讯
航运区域语音通讯中继系统功能主要包括湖泊全水域语音通讯中继传输功能和语音通讯对讲、录音功能。
2.系统架构设计与实现
基于所设计的系统功能，本节给出了系统的架构设计和具体实现。湖泊航运信息支持保障系统结构图如图2所示，航运区域高清视频监控系统、航运区域VHF频段语音通讯系统的视频、数据等信息通过无线数据传输网络传输至航运监管中心系统，航运监管中心系统将视频、数据进行处理、分发，实现湖泊航运信息综合显示、指挥调度等功能。
2.1航运监管中心系统设计与实现
航运监管中心系统在统一体系结构下组织各类各种湖泊航运管理设备、设施和系统构成一体化监控集成体，实现湖泊全流域航运全过程管理的監控、监测、显示、指挥和调度，其架构如图3所示。其中，在航运信息指挥显示和航运船只指挥调度过程中，采集湖泊主要客运码头和执法船只摄像机获得的航运现场各重要工位实况视频信息，航运船只航行和码头停靠状态、航运码头内人员和管理秩序、执法船执法全过程等的实况高清视频信息，实时采集航运和执法船只航行位置信息、航道航标位置信息，具备采集湖泊其它气象测量系统、环境测量系统、地理信息系统等提供的气象、海浪、海流、水深、声速剖面等环境数据，依据航运船只的位置和状态参数、实时监管数据和安全边界条件，显示航运管理和保障系统整个安全态势，给出告警信息，在监管中心实现现场场景监视控制显示，并实时切换现场实况视频到大屏，供航运监管人员和领导对现场航运情况监控指挥、航运管理辅助决策，并通过语音对讲系统发出安全控制指令。
在航运规划和航运过程事后回放处理过程中，依据国家湖泊总体规划、国家内陆航运管理标准、湖泊航运管理规划、航运船只规范和成熟方案以及航道资源数据，确定监管技术手段、监管设备设施和保障资源，检索湖泊全流域地理信息系统，确定相关设备布点、禁航区域和安全区域，形成湖泊航运综合管理方案，为航运方案策划、航运重要过程重发复现、应急救援、救援指挥等提供与实时航运监管过程一致的信息支撑环境和信息处理功能。
2.2航运信息电子地图显示系统设计与实现
航运信息电子地图综合显示系统主要实现湖泊水域大比例地图显示、水深显示、航运信息综合显示、航线规划等功能，负责湖泊区域主要客运码头和航道水深地图显示，利用电子地图技术导入湖泊区域地理信息，将航运和执法船船位置信息、浮标位置信息处理后，形成与航运区域地理信息相匹配的位置信息，在航运区域电子地图上进行绝对位置和航迹显示，形成具有数字线划和正射影像两种方式的湖泊航运地理信息场景显示图。航线规划与辅助决策主要是根据现场船只航行情况制定应急处理预案以便航运管理部门进行决策辅助，在航运过程中可实时修改航运方案和紧急控制命令并广播至航运信息管理平台上的各个节点和用户。
航运信息电子地图综合显示系统软件功能包括湖泊区域地理信息综合显示、水面航道和航标信息显示、航运和执法船只动态定位和航迹显示、船只运行航路规划和显示功能、特征点位置标识添加和显示、航运区域深度信息显示、虚拟浮标位置显示和偏移示警、图上鼠标测距、航线规划与辅助决策、航运信息存储，在软件层面实现的具体功能如图4所示。 2.3航运区域高清视频监控系统设计与实现
客运码头作为旅客出行的集散地，区域环境相对比较复杂，来往的人员、车辆、船舶非常多，给海事安全管理工作带来相当大的难度。单纯依靠企业安全管理人员到现场巡视或抽查等方式进行监管防范，不仅监控的时间和空间非常有限，而且效率较低。在旅客聚集量大的高峰时间段，很难及时发现并有效处置安全生产隐患，给海事安全管理工作带来相当大的难度。加之湖泊及其相关水域码头和停靠点大都比较简陋，缺乏现代化的码头、侯船设施，海事安全监管设施、设备和监管手段落后，远不能适应客运量迅速增长的需求，难以保障船舶航行安全，水运安全形势十分堪忧。
航运区域高清视频监控系统采用视频传感器成像技术、计算机网络技术、智能视觉分析技术、数字音频、视频通讯、多路视频监控、有线、无线通讯等技术，在湖泊主要码头监控点、执法船与监控中心之间构建高清视频监控系统，以实现码头和执法船高清视频监控。
湖泊航运区域高清视频监控系统主要由前端监控和视频传输网络构成，系统构成如图5所示。
前端监控包括码头区域监控和执法船船载监控两部分，对航运码头、执法船、船只进出港和系泊情况、人员进出码头情况等进行高清视频监控，支持多种类型的摄像机接入，本方案配置高清网络枪机、球机、4G枪机、4G球机等，前端网络摄像机将采集的模拟信号转换成网络数字信号，按照标准的音视频编码格式及标准的通信协议，可直接接入网络并进行视频图像的传输。
数据传输网络主要实现前端监控至监管中心的视频和数据传输，根据现场条件，结合项目实际情况，本方案采用4G网络传输方案，将前端4G网络高清摄像机监控视频实时传输至监管中心，再通过接入交换机将网络信号汇聚到中心的核心交换机，监管中心端的接入交换机负责PC工作站和NVR录像等设备的接入。
前端高清视频通过视频和数据传输网络传输至航运监管中心，通过部署模块化、集成化的视频综合管理应用平台，结合高清显示大屏实现视频图像、电子地图、电脑信号的上墙显示、拼接控制等功能，实现统一的管理平台、统一的切换控制系统和统一的显示系统，实现对整个系统的统一配置和管理，配置PC工作站进行预览、回放、下载等操作。
2.4航运区域语音通信系统设计与实现
航运区域的语音通信和数据通信系统功能都是通过无线电台实现的。本项目使用的无线语音通信实现码头、航运船只和执法船之间的语音交互通话;采用无线数据传输的方式完成码头和船只所采集动态数据的实时交互。因此，拟建立的涵盖甚高频的无线语音与数据传输系统，能够覆盖湖泊管辖区域，实现航道管理、海事执法和应急事故处理的通信要求。
（1）中心、船只语音通信。监管中心及执法船配备至少一台数字车载式电台实现语音通信功能。一般的对讲系统电台多工作在可选的UHF频段或一个VHF频段，该频段的特点是视距传播模式信号传输稳定，如果没有较大的障碍物阻挡，通信距离可以达十几公里甚至几十公里。同时，车载式电台采用FM调频制式工作，信号的抗干扰性能更强，话音信号可以保持更清晰饱满，方便监管中心、执法船和航运船只完成通信。
（2）无线中继台。对于水域面积较大的湖泊，要保证该水域范围内的通信能力，需要设置至少1个无线中继台辅助完成语音与数据通信的功能。
3.结语
本文针对城市湖泊航运信息支持保障的需求，设计了航运监管、航运信息电子地图显示、航运区域高清视频监控、航运区域语音通讯等四个方面的功能，并基于这几项功能完成了航运监管中心系统、航运信息电子地图显示系统、航运区域高清视频监控系统和航运区域语音通信系统的设计与实现。
所构建的湖泊航运信息支持保障系统采用信息化手段，结合GNSS RTK动态定位技术、4G/5G通信技术、无线自组网技术、远端视频监控技术以及GIS技术，可形成管理水平先進、内河航运基础设施完备、支持保障有力、层次分明、配套设施完善的城市湖泊水运交通体系。
参考文献
[1]陈进. 航运安全保障辅助系统设计[D]. 2016.
[2]王建伟. 基于GIS内河航道管理系统开发[D]. 南京理工大学， 2007.
[3]《水运工程测量规范》（JTJ203-2001）
[4]《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）
[5]《信息技术设备的安全》（GB4943-2001）
[6]杨蕾，张厚保. 船岸智能航运系统的分析与设计[J]. 数字通信世界， 2018， No.164（08）：13+62.
[7]王东. 船舶逆向物流系统架构设计研究[J]. 舰船科学技术， 2019， v.41（06）：125-127.
[8]孟庆东， 李满坡， 安天瑜，等. 电力监控系统网络安全管理平台设计与实现[J]. 实验技术与管理， 2020（7）.
云南财经职业学院 云南昆明 650222
【关键词】湖泊航运;信息支持;航运监管;电子地图
引言
水路交通与旅游、物流等行业的发展息息相关，而内陆湖泊航运管理的水平仍相对落后，与国家战略协调的总体趋势还不适应，因此各航务管理机构提升重要航道等级作为政务建设的重点，拟采用高效、前沿的技术方法来提高航运管理的通航安全和效率。
当前信息化技术已经应用到多个行业领域，并逐步向水上交通领域扩张。在航运信息化程度较高的发达国家，已完成了现代化航道网络的建设，并制定了较为完备的内河航道发展的政策措施。国内现阶段也通过综合应用传感器技术、通信技术等实现多航道的动态监测管理，并实施辅助决策。
本文对湖泊航运信息支持保障系统功能需求进行了设计，然后基于系统功能和相关技术、安全和工程规范，完成了系统的总体框架设计，并对系统中的航运监管中心系统、航运信息电子地图显示系统、航运区域高清视频监控系统和航运区域语音通信系统进行了详细阐述。
1.系统功能设计
湖泊航运信息支持保障系统拟实现航运监管、航运信息电子地图显示、航运区域高清视频监控、航运区域语音通讯等四个方面的功能，系统功能构成框图如图1所示。本节将对这四个方面的功能进行详细阐述。
1.1航运监管
航运监管中心系统功能主要是完成重要航运事件过程回放、航运指挥调度信息下发、航运紧急状况应急指挥处理流程设计、航运区域高清视频图像监控和大屏显示、航运安全监管、应急救援指挥调度及过程记录以及地理信息和航运信息采集、处理功能。
1.2航运信息电子地图显示
航运信息电子地图综合显示系统功能主要包括湖泊全水域深度信息高精度测绘成图、湖泊地理信息和航运信息综合显示、航运和执法船只AIS数据采集、航迹显示以及航线规划、航路设置。
1.3航运区域高清视频监控
航运区域高清视频监控系统功能包括客运码头和执法船实时高清晰视频画面监控、客运码头营运船只的进出港和系泊情况监控、客运码头乘客和工作人员进出码头和登船情况监控、主要客运码头及周边设施安全防护情况监控、执法船只作业、执法、救捞和警戒情况实时监控，并对特殊事态和人员/物流状况进行跟踪和放大显示。
1.4航运区域语音通讯
航运区域语音通讯中继系统功能主要包括湖泊全水域语音通讯中继传输功能和语音通讯对讲、录音功能。
2.系统架构设计与实现
基于所设计的系统功能，本节给出了系统的架构设计和具体实现。湖泊航运信息支持保障系统结构图如图2所示，航运区域高清视频监控系统、航运区域VHF频段语音通讯系统的视频、数据等信息通过无线数据传输网络传输至航运监管中心系统，航运监管中心系统将视频、数据进行处理、分发，实现湖泊航运信息综合显示、指挥调度等功能。
2.1航运监管中心系统设计与实现
航运监管中心系统在统一体系结构下组织各类各种湖泊航运管理设备、设施和系统构成一体化监控集成体，实现湖泊全流域航运全过程管理的監控、监测、显示、指挥和调度，其架构如图3所示。其中，在航运信息指挥显示和航运船只指挥调度过程中，采集湖泊主要客运码头和执法船只摄像机获得的航运现场各重要工位实况视频信息，航运船只航行和码头停靠状态、航运码头内人员和管理秩序、执法船执法全过程等的实况高清视频信息，实时采集航运和执法船只航行位置信息、航道航标位置信息，具备采集湖泊其它气象测量系统、环境测量系统、地理信息系统等提供的气象、海浪、海流、水深、声速剖面等环境数据，依据航运船只的位置和状态参数、实时监管数据和安全边界条件，显示航运管理和保障系统整个安全态势，给出告警信息，在监管中心实现现场场景监视控制显示，并实时切换现场实况视频到大屏，供航运监管人员和领导对现场航运情况监控指挥、航运管理辅助决策，并通过语音对讲系统发出安全控制指令。
在航运规划和航运过程事后回放处理过程中，依据国家湖泊总体规划、国家内陆航运管理标准、湖泊航运管理规划、航运船只规范和成熟方案以及航道资源数据，确定监管技术手段、监管设备设施和保障资源，检索湖泊全流域地理信息系统，确定相关设备布点、禁航区域和安全区域，形成湖泊航运综合管理方案，为航运方案策划、航运重要过程重发复现、应急救援、救援指挥等提供与实时航运监管过程一致的信息支撑环境和信息处理功能。
2.2航运信息电子地图显示系统设计与实现
航运信息电子地图综合显示系统主要实现湖泊水域大比例地图显示、水深显示、航运信息综合显示、航线规划等功能，负责湖泊区域主要客运码头和航道水深地图显示，利用电子地图技术导入湖泊区域地理信息，将航运和执法船船位置信息、浮标位置信息处理后，形成与航运区域地理信息相匹配的位置信息，在航运区域电子地图上进行绝对位置和航迹显示，形成具有数字线划和正射影像两种方式的湖泊航运地理信息场景显示图。航线规划与辅助决策主要是根据现场船只航行情况制定应急处理预案以便航运管理部门进行决策辅助，在航运过程中可实时修改航运方案和紧急控制命令并广播至航运信息管理平台上的各个节点和用户。
航运信息电子地图综合显示系统软件功能包括湖泊区域地理信息综合显示、水面航道和航标信息显示、航运和执法船只动态定位和航迹显示、船只运行航路规划和显示功能、特征点位置标识添加和显示、航运区域深度信息显示、虚拟浮标位置显示和偏移示警、图上鼠标测距、航线规划与辅助决策、航运信息存储，在软件层面实现的具体功能如图4所示。 2.3航运区域高清视频监控系统设计与实现
客运码头作为旅客出行的集散地，区域环境相对比较复杂，来往的人员、车辆、船舶非常多，给海事安全管理工作带来相当大的难度。单纯依靠企业安全管理人员到现场巡视或抽查等方式进行监管防范，不仅监控的时间和空间非常有限，而且效率较低。在旅客聚集量大的高峰时间段，很难及时发现并有效处置安全生产隐患，给海事安全管理工作带来相当大的难度。加之湖泊及其相关水域码头和停靠点大都比较简陋，缺乏现代化的码头、侯船设施，海事安全监管设施、设备和监管手段落后，远不能适应客运量迅速增长的需求，难以保障船舶航行安全，水运安全形势十分堪忧。
航运区域高清视频监控系统采用视频传感器成像技术、计算机网络技术、智能视觉分析技术、数字音频、视频通讯、多路视频监控、有线、无线通讯等技术，在湖泊主要码头监控点、执法船与监控中心之间构建高清视频监控系统，以实现码头和执法船高清视频监控。
湖泊航运区域高清视频监控系统主要由前端监控和视频传输网络构成，系统构成如图5所示。
前端监控包括码头区域监控和执法船船载监控两部分，对航运码头、执法船、船只进出港和系泊情况、人员进出码头情况等进行高清视频监控，支持多种类型的摄像机接入，本方案配置高清网络枪机、球机、4G枪机、4G球机等，前端网络摄像机将采集的模拟信号转换成网络数字信号，按照标准的音视频编码格式及标准的通信协议，可直接接入网络并进行视频图像的传输。
数据传输网络主要实现前端监控至监管中心的视频和数据传输，根据现场条件，结合项目实际情况，本方案采用4G网络传输方案，将前端4G网络高清摄像机监控视频实时传输至监管中心，再通过接入交换机将网络信号汇聚到中心的核心交换机，监管中心端的接入交换机负责PC工作站和NVR录像等设备的接入。
前端高清视频通过视频和数据传输网络传输至航运监管中心，通过部署模块化、集成化的视频综合管理应用平台，结合高清显示大屏实现视频图像、电子地图、电脑信号的上墙显示、拼接控制等功能，实现统一的管理平台、统一的切换控制系统和统一的显示系统，实现对整个系统的统一配置和管理，配置PC工作站进行预览、回放、下载等操作。
2.4航运区域语音通信系统设计与实现
航运区域的语音通信和数据通信系统功能都是通过无线电台实现的。本项目使用的无线语音通信实现码头、航运船只和执法船之间的语音交互通话;采用无线数据传输的方式完成码头和船只所采集动态数据的实时交互。因此，拟建立的涵盖甚高频的无线语音与数据传输系统，能够覆盖湖泊管辖区域，实现航道管理、海事执法和应急事故处理的通信要求。
（1）中心、船只语音通信。监管中心及执法船配备至少一台数字车载式电台实现语音通信功能。一般的对讲系统电台多工作在可选的UHF频段或一个VHF频段，该频段的特点是视距传播模式信号传输稳定，如果没有较大的障碍物阻挡，通信距离可以达十几公里甚至几十公里。同时，车载式电台采用FM调频制式工作，信号的抗干扰性能更强，话音信号可以保持更清晰饱满，方便监管中心、执法船和航运船只完成通信。
（2）无线中继台。对于水域面积较大的湖泊，要保证该水域范围内的通信能力，需要设置至少1个无线中继台辅助完成语音与数据通信的功能。
3.结语
本文针对城市湖泊航运信息支持保障的需求，设计了航运监管、航运信息电子地图显示、航运区域高清视频监控、航运区域语音通讯等四个方面的功能，并基于这几项功能完成了航运监管中心系统、航运信息电子地图显示系统、航运区域高清视频监控系统和航运区域语音通信系统的设计与实现。
所构建的湖泊航运信息支持保障系统采用信息化手段，结合GNSS RTK动态定位技术、4G/5G通信技术、无线自组网技术、远端视频监控技术以及GIS技术，可形成管理水平先進、内河航运基础设施完备、支持保障有力、层次分明、配套设施完善的城市湖泊水运交通体系。
参考文献
[1]陈进. 航运安全保障辅助系统设计[D]. 2016.
[2]王建伟. 基于GIS内河航道管理系统开发[D]. 南京理工大学， 2007.
[3]《水运工程测量规范》（JTJ203-2001）
[4]《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）
[5]《信息技术设备的安全》（GB4943-2001）
[6]杨蕾，张厚保. 船岸智能航运系统的分析与设计[J]. 数字通信世界， 2018， No.164（08）：13+62.
[7]王东. 船舶逆向物流系统架构设计研究[J]. 舰船科学技术， 2019， v.41（06）：125-127.
[8]孟庆东， 李满坡， 安天瑜，等. 电力监控系统网络安全管理平台设计与实现[J]. 实验技术与管理， 2020（7）.
云南财经职业学院 云南昆明 650222