智能航道研发与应用实践

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智能航道研发与应用实践 2. XX 智能航道顶层设计与应用 3. XX 智能航道关键技术 汇报 汇报 提纲 提纲 1. XX 智能航道提出背景 4. XX 电子航道图研发与应用 5. XX 智能航道研发展望 一、 一、 XX XX 智能航道提出背景 智能航道提出背景 XX 航道的战略地位与作用 XX 航道信息化的发展需求 XX 航道信息化的发展趋势 XX 航道信息化的发展基础 1 、 XX 航道的战略地位与作用 依托黄金水道，建设 XX 经济带已上升为国家战略 国家战略。 李克强总理在 XX 进行实地考察 习总书记视察武汉新港 杨部长出席水运发展协调大会 张德江委员长视察 XX 航道 武汉 宜昌 浏河口 宜宾 中游 山区河段 枢纽河段 平原河段 潮汐河段 XX 干线航道是沿江综合立体交通走廊的主骨架 主骨架，建设 XX 经济带对进一步提 高 XX 航道通过能力，提升 XX 航道服务水平提出了新要求 新要求。 XX 干线航道示意图 上游 下游 2 、 XX 航道信息化的发展需求 数字 地球 数字 航道 智慧 地球 数字 城市 智慧 城市 ？ 现代信息技术日新月异 日新月异，数字化、智能化日益崛起，将延伸 延伸至经济社会发展的每 一个角落， XX 航道是 XX 水运的基础 基础，运用智能技术推进 XX 航道发展转型 发展转型势 在必行 。 2 、 XX 航道信息化的发展需求 •公路 •铁路 •航空 •航道 客运 客票预售 客运营销 客运服务 货运 大货主管理 货运营销 货运服务 电子商务 电子商务 多式联运 层务服部外 理管源资部内 层 运输组织调度 运输计划 调度集中 调度指挥 安全监测控制 安全监测 决策支持 列车控制 经营管理 运力资源 电子政务 经营资源 应用平台 应用平台 动态数据获取 走行机构 车载传输网络 车地传输网络 地面传输通信网络 大容量通信网络 大规模数据融合与表达 海量数据融合与集成 元数据模型 海量数据存储与管理 海量数据处理与挖掘 数据互操作机制 静态数字化 车载数据中心研制 车载智能网 动力系统 承载体 移动装备 静态数字化 工务工程数字化 牵引供电数字化 列控数字化 固定设施 气象数字化 地理环境数字化 人文经济数字化 环境 动态数据获取 轨道应力变化监测 接触网拉力检测 列控设备状态监测 层成集 层输传 知感 层 铁字数 路 铁能智 路 系输运能智路铁 统 生产组织 利用高新技术改造传统交通运输系统，形成信息化、自动化、智能化的新型交通 新型交通 运输系统 运输系统是当前及今后交通运输发展的趋势，数字化、智能化 数字化、智能化也是 XX 航道信息 化发展必然的发展趋势。 3 、 XX 航道信息化的发展趋势 XX 数字航道技术研究和工程应用在推动 XX 航道由传统的人工管理 人工管理向数字化服 数字化服 务 务转型方面发挥了重要作用，为 XX 航道智能化发展奠定了技术、实践基础 技术、实践基础。 4 、 XX 航道信息化的发展基础 航道信息服务 通信传输网络 日常业务管理 航道维护管理 二、 二、 XX XX 智能航道顶层设计与应用 智能航道顶层设计与应用 XX 智能航道的概念 XX 智能航道的总体架构 XX 智能航道的内涵 XX 智能航道的业务、数据、传输模型 XX 智能航道顶层设计的应用 1 、 XX 智能航道的概念 XX 智能航道（ Intelligent Waterway ）是指在数字航道基础 数字航道基础上，利用智能传 感 器 、物联网、自动控制、人工智能等技术，自动获取航道系统要素信息，通过 融合处理与深度挖掘，实现航道规划科学化、建养智能化、管理现代化 航道规划科学化、建养智能化、管理现代化，为水路 运输高效、安全、节能提供实时、精确、便捷的航道服务 实时、精确、便捷的航道服务。 智慧 地球 智慧 城市 智能 交通 智能 航运 智能 航道 数字 航道 2 、 XX 智能航道的总体框架 运用自顶向下分析方法对 XX 智能航道总体架构 总体架构进行顶层设计。 航道与船舶感 知 层 数据传输与融合层 航道服务与应用层 全方位的数据感知 桥梁净空监测 信息汇总平台 水下信息采集 水位信息采集 气象信息采集 信息获取 质量监控 卫星通信 航标灯 （集成流速 仪） 岸边流速 采集设备 全面感 知 全面感 知 ：应用物联网感 知 技术和机器人等手段，实现对船舶动、静态信息、通 航环境信息的全面实时感 知 。 3 、 XX 智能航道的内涵 广泛互联 广泛互联：建立和完善船 - 标 - 岸一体化航道要素传输网络，实现各种异构网络 的互联互通。 3 、 XX 智能航道的内涵 深度融合 深度融合：整合信息资 源 ，实现海量数据处理、智能数据 分析，提升信息资 源 的 深度开发与综合利用水平，促进信息技术与航道管理及服务的深度融合。 3 、 XX 智能航道的内涵 智能应用 智能应用：以 XX 航道业务对象为核心，以管理职能和流程为主线，实现 XX 航 道内 、外 部用 户管理和服务的按需定制和 XX 航道维护作业的智能控制。 3 、 XX 智能航道的内涵 机制完善 机制完善：建立适应 XX 智能航道维护、管理、服务所需的标准体系及运行机 制。 3 、 XX 智能航道的内涵 4 、 XX 智能航道业务、数据、传输模型 业务模型 业务模型：构建了“服务域 服务域 -- 业务过程 业务过程 -- 业务活动 业务活动”三级层次结构的航道业务模 型，划分为 77 个服务域， 个服务域， 25 25 项服务， 项服务， 50 50 项子服务 ， 项子服务 ， 421 421 项业务活动 项业务活动 数据模型 数据模型：创立了航道业务数据模型及数据元素识别方法 航道业务数据模型及数据元素识别方法，抽象出 11 11 类数据 类数据、 1609 1609 个业务数据项 个业务数据项，制定航道要素编码 航道要素编码，形成内 河航道数据模型 传输模型 传输模型：提出了多层次、全天候、无缝连接、信息安全广域通信网络总体框架 广域通信网络总体框架 职能域 创建数据元素的 业务活动 产生的数据 项 行政管理 46 265 航道建设 106 474 航道维护 164 563 船舶机务 105 307 合计 421 1609 对内服务 对外服务 先进长江航道信息 服务域 长江航道智能应急 服务域 长江航道智能助航 服务域 长江航道规划与建设 服务域 长江航道智能管理与养护 服务域 长江航道智能机务 服务域 长江航道安全管理 服务领域 长江智能航道 成果应用：广泛应用于交通运输部内 河航道管理与 养护发展决策、 交通运输部内 河航道管理与 养护发展决策、 XX 航道局“十 三五”期信息化建设规划 信息化建设规划以及智能航道示范工程建设 智能航道示范工程建设。 5 、 XX 智能航道顶层设计的应用 三、 三、 XX XX 智能航道关键技术 智能航道关键技术 XX 智能航道的关键技术体系 XX 干线航道沿程水位感 知 与预测预报关键技术 XX 干线航道条件的模拟与预测预报关键技术 XX 干线航道数据交互关键技术 XX 干线航道智能导助航关键技术 XX 航道要素智能感 知 与融合技术 1 、 XX 智能航道的关键技术体系及支撑关系 从现代信息技术应用与航道服务业务融合、航道服务业务与航运业务融合 现代信息技术应用与航道服务业务融合、航道服务业务与航运业务融合的角 度，构建 XX 智能航道技术体系，包括航道变化监测与动态感 知 、航道智能融合 航道变化监测与动态感 知 、航道智能融合 与演变模拟、航道信息智能服务与综合应用 与演变模拟、航道信息智能服务与综合应用三个方面， 20 20 项 项关键技术。 提供丰富的、实 时的航道数据源 。 提供多时空尺 度、完整的航道数 据资 源 ，支 撑各层 级的数据传输与交 换。 提供全方 位、实时、 精确、便 捷、可定制 航道信息服 务及多种应 用 2 、 XX 干线航道沿程水位感 知 与预测预报关键技术 岷江入汇 沱江入汇 嘉陵江入汇 汉江汇合 洞庭湖联动 鄱阳湖联动 梯级枢纽调度 流域降水 航道水位是 航道水位是最为基础、最为重要 最为基础、最为重要的航道要素，揭示了 的航道要素，揭示了自然演变 自然演变及 及人类活动 人类活动双重影 双重影 响下的 响下的 XX XX 干线航道水位 干线航道水位时空变化 时空变化规律。 规律。 提出了 提出了 XX XX 干线航道水位 干线航道水位感 知 点布 设方法 感 知 点布 设方法，研制了基于物联网的水位感 知 装备， ，研制了基于物联网的水位感 知 装备， 构建 构建 XX XX 干线 干线航道水位短期预测技术体系 航道水位短期预测技术体系，实现了 ，实现了 XX XX 干线水位感 知 干线水位感 知 由点到线、 由点到线、 由线到面的时空重构 由线到面的时空重构。 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 0 5 10 15 20 25 水尺数目 m 水位误差绝对值（ ） 0. 00 0. 50 1. 00 1. 50 2. 00 2. 50 3. 00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 m 平均水尺间距（ ） m 水位误差绝对值（ ） 水位感 知 点 数目与水面线误差关系图 水位感 知 点 平均间距与水面线误差关系图 1 2 3 4 5 6 7 8 0 100 200 300 400 500 600 700 ( km) 距武汉里程 ( m) 航道水位 实测值 一维模型预测 相关关系预测 XX 干线航道水位模拟预测技术体系 “ 线水位”预测成果图 “ 面水位”预测成果图 航道水位遥测终端 2 、 XX 干线航道沿程水位感 知 与预测预报关键技术 THANK YOU SUCCESS 26/5/28 23 可编辑 XX 干线水位（潮位）预测预报系统水位预测界面 基于船舶终端的短期预测服务 基于公共服务平台的短期预测服务 基于外 网 门户的短期预测服务 水位感 知 点布 设与水位采集 成果应用： XX XX 干线航道水位站、 干线航道水位站、 XX XX 电子航道图、外 网服务 门户 电子航道图、外 网服务 门户等设计与建 设。 2 、 XX 干线航道沿程水位感 知 与预测预报关键技术 THANK YOU SUCCESS 26/5/28 25 可编辑 3 、 XX 干线航道条件的模拟与预测预报关键技术 初步建立了 XX 干线重点河段的水流数学模型 水流数学模型，研发了水流实时模拟系统 水流实时模拟系统，开展 了航道水流条件模拟。 航道水流模拟 三维显示 模块 航道水流模 拟计算 分析航道内 水 流条 件及洲滩形态变化 测量分析 航路分析 电子行道图水流实时模拟信息发布 航路规划及船舶航行 预警 电子航 道图船 舶运行 信息采 集 3 、 XX 干线航道条件的模拟与预测预报关键技术 二维模型计算 三维地形仿真 通过对典型水沙过程 水沙过程的选择、一、二维数学模型 一、二维数学模型等研究成果的集成整合，完成枯 水碍航预测预报系统的开发，形成基于数学模型预测预报技术 基于数学模型预测预报技术的操作系统。 航道条件预测 4 、 XX 干线航道数据交互关键技术 数据库 数据库 服务终端 服务终端 服务终端 服务终端 服务终端 服务终端 终端服务通信平台 终端服务通信平台 数据交换平台 数据交换平台 航道终端 航道终端 航道终端 航道终端 航道终端 航道终端 商用无线网络 商用无线网络 服 务 系 统 传 输 技 术 规 范 采集系统传输技术规范 XX 航道数据交换总体框架 管理流–业务流并行模式 管理流–业务流分离模式 《 XX 航道外场采集终端技术要求》 《 XX 航道数据采集系统信息传输流程及格式技术要求》 《 XX 航道数据服务系统信息传输流程及格式技术要求》 船载交互设备 针对 针对 XX XX 航道数据采集、管理、服务三个环节交互问题，提出了 航道数据采集、管理、服务三个环节交互问题，提出了 XX XX 航道数据交 航道数据交 换 换总体框架 总体框架，数据 ，数据交换模式 交换模式，数据 ，数据交换承载协议 交换承载协议和通讯 和通讯数据格式 数据格式及 及工作机制 工作机制，研 ，研 制了 制了 XX XX 航道数据 航道数据交互终端 交互终端。 。 航道水位采集系统 可视距离采集系统 XX 智能航道交互体系结构 实体航标监控系统 航标遥测遥控终端 成果应用：航道要素智能感 知 、航道数据资 源 管理、 业务应用系统 航道要素智能感 知 、航道数据资 源 管理、 业务应用系统等设计与建 设。 4 、 XX 干线航道数据交互关键技术 针对航运船舶 针对航运船舶大型化、标准化、信息化 大型化、标准化、信息化下的导助航需求，编制了桥区航标与航道 下的导助航需求，编制了桥区航标与航道 整治建筑物 整治建筑物行业标准 行业标准，研制了 ，研制了太阳能一体化航标（灯） 太阳能一体化航标（灯），解决了 ，解决了多功能航标成套 多功能航标成套 技术 技术。 。 5 、 XX 干线航道智能导助航关键技术 太阳能一体化航标（灯） 多功能航标及管理系统 成果应用：开展了交通运输部 成果应用：开展了交通运输部科技成果推广 科技成果推广项目，实现了太阳能一体化航标 项目，实现了太阳能一体化航标 （灯） （灯）产品化 产品化生产，并广泛应用于 生产，并广泛应用于 XX XX 航道、西江航道及沿海航道 航道、西江航道及沿海航道。 。 太阳能一体化航标（灯）生产与应用 5 、 XX 干线航道智能导助航关键技术 航道整治建筑物标志 6 、 XX 航道要素智能感 知 与融合技术 交通运输部 交通运输部 2013 2013 年信息化重大专项： 年信息化重大专项：《 《 XX XX 航道要素智能感 知 与融合技术研究 航道要素智能感 知 与融合技术研究 及综合应用 及综合应用》 》 课题一：航道要素智能感 知 及 传输技术 课题二：航道要素信息智能融合技术 课题四：综合服务与应用 课 题 三 ： 航 道 要 素 感 知 与 应 用 相 关 标 准 传 输 智 能 技 术 系统研究要素智能感 知 及 传输技术，解决多源 多态异构航道要 素信息的融合处理，制定 系统研究要素智能感 知 及 传输技术，解决多源 多态异构航道要 素信息的融合处理，制定 感 知 、融合系列标准和技术规范，研发航道要素智能感 知 和快速 融合处理系统，实现 感 知 、融合系列标准和技术规范，研发航道要素智能感 知 和快速 融合处理系统，实现 XX XX 电子航道图要素信息的快速采集和及时更新。 电子航道图要素信息的快速采集和及时更新。 四、 四、 XX XX 电子航道图研发与应用 电子航道图研发与应用 XX 电子航道图的概念与框架 XX 电子航道图的研发历程 XX 电子航道图系统的主要功能 XX 电子航道图系统的应用 数据生产 数据生产 与服务标 与服务标 准体系 准体系 数据生产 数据生产 与服务标 与服务标 准体系 准体系 基础 基础 设施 设施 基础 基础 设施 设施 1 、 XX 电子航道图概念与总体框架 用数字化的形式直观准确地展现 用数字化的形式直观准确地展现 XX XX 航道及两岸地物要素的，既符合国际相关数 航道及两岸地物要素的，既符合国际相关数 据标准，又突出 据标准，又突出 XX XX 特色的 特色的综合性数字地图产品 综合性数字地图产品，以及基于电子航道图所开发的 ，以及基于电子航道图所开发的 各类应用系统 各类应用系统。 。 2 、 XX 电子航道图系统研发历程 1.0 版 航道要素 数字化 2009 年 2012 年 2.0 版 航道要素 功能化 2013 年 3.0 版 功能服务 多样化 电子航道图系统研发历程 3 、 XX 电子航道图系统的主要功能  把 把 XX XX 最大可利用的航道资 源 展现 给了用户 最大可利用的航道资 源 展现 给了用户 这些实测与预测的航道条件信息有助于船舶充分利用航道资 源 ， 选择经济航路，减少运输能耗，降低运输成本，促进节能减排。 3 、 XX 电子航道图系统的主要功能  航道短期水位预测与应用功能 航道短期水位预测与应用功能 这些信息可为用户设计航线，编制航次计 划，合理安排船舶配载等提供决策参考。 实时实测水位 实时实测水位 7 天预测水 位 7 天预测水 位 3 、 XX 电子航道图系统的主要功能  山区及重点河段可视距离信息显示与应用 山区及重点河段可视距离信息显示与应用 大雾区域， 大雾区域， 可视距离 可视距离 480 480 米 米 主要作用 实时显示雾情和可视距离，为船舶 安全航行提供保障。 3 、 XX 电子航道图系统的主要功能 数字雷达扫描信息集成应用 数字雷达扫描信息集成应用  以图形化方式，直 观显示数字雷达扫 描到的碍航物信息  数字雷达扫描信息 与 AIS 目标进行融 合叠加 AIS AIS 目标 目标 雷达扫描跟 雷达扫描跟 踪目标 踪目标 雷达扫描与 雷达扫描与 AIS AIS 融合目标 融合目标 3 、 XX 电子航道图系统的主要功能 控制河段智能通行指挥以及通行信号显示与应用 控制河段智能通行指挥以及通行信号显示与应用 控制河段 控制河段 上行指令 上行指令 与信号旗同步 与信号旗同步 4 、 XX 电子航道图的应用 船舶导助航服务 海事电子巡航 水上指挥调度 航道养护管理 成果应用： 成果应用： XX XX 电子航道图广泛服务于 电子航道图广泛服务于 XX XX 涉水行业应用 涉水行业应用 五、 五、 XX XX 智能航道研发展望 智能航道研发展望 全航道要素大范围、快速、一体化感 知 技术 航道条件仿真模拟研判技术 航道条件预测预报技术 内 河电子航道图系列技术 标准规范 1 、全航道要素大范围、快速、一体化感 知 技术 突破洲滩岸线、水深、河床地形等航道要素 突破洲滩岸线、水深、河床地形等航道要素大范围、快速、一体化 大范围、快速、一体化感 知 技术。 感 知 技术。 低空无人遥感 遥 测 接触式无人多要素快速测量 高清卫星遥感 遥 测 基于在航船舶动态的航道要素感 知 航道整治建筑物实时监测与在线诊断 控制河段交通流实时监测与控制 2 、航道条件仿真模拟研判技术 全面突破航道尺度、水流、河床、整治建筑物等 全面突破航道尺度、水流、河床、整治建筑物等多维、高精度、仿真 多维、高精度、仿真模拟研判技术。 模拟研判技术。 河床地形建模与模拟