镇江尹公洲航段受控船舶智能交通组织系统的设计开发与应用.pdf

船舶设计与建造中外船舶科技2023年第3 期镇江尹公洲航段受控船舶智能交通组织系统的设计开发与应用王飞，刘铸，童强（镇江海事局，江苏镇江212002)摘要：长江镇江尹公洲航段弯曲、狭窄，通行船舶密度大，船型复杂。大型受控船一旦在此会遇，易发生交通事故。为了改变这一现状，提高通航效率和安全性，镇江海事局创新设计开发了尹公洲航段受控船舶智能交通组织系统。通过拉长交通组织的时间轴、自动筛除千扰目标，同时设定流速、时间差、拥堵系数、船舶动力等参数，智能计算出受控船的建议航速并加以精准推送，初步实现了尹公洲航段交通组织的精准化、智能化。关键词：镇江尹公洲航段；受控船舶；智能交通组织系统中图分类号：U665.2文献标志码：A镇江地处长江与京杭大运河两条黄金水道的十字交汇点。从六圩河口至谏壁河口的1 7 km长江干线是两条黄金水道的重叠段，航段航道呈乙字形，是长江南京以下1 2.5 m深水航道中最弯曲、狭窄的航段。其中，镇江谏壁河口水域被称为“东西长江之颈、南北运河之桥”的长江尹公洲航段，也是长江下游“航道最弯曲、航宽最狭窄、通航环境最险要、船舶流量最密集、船舶类型最复杂”的水域。这一航段弯曲度最大的地方呈近9 0 直角，最窄的地方宽度不足2 3 0 m，素有长江“老虎口”之称。随着经济的发展，在这里通行的船舶更加密集。据统计，目前尹公洲航段日均船舶流量近1 5 0 0 艘次，其中110m以上的大型受控船日均近3 0 0 般次。为了保证大型船舶安全航行，这里划定了两个单向控制行驶航段。由于受通航环境影响，尹公洲水域的通航能力受到限制，单船长度限于2 41 m以内。若结合受控船舶的定义，可知尹公洲水域受控船舶的单船长度范围区间为1 1 0 2 41 m。因此，大型受控船一旦在此会遇，极易因频繁动车、水流、避让他船等情况，发生失控、碰撞等事故，极端情况下甚至引发断航状况。多年来，船舶通行指挥一直沿用着VHF（甚高频）接报动态、小红旗现场指挥等“土办法”，对航经尹公洲的大型受控船进行交通组织。随着长江航运发展，通航船舶不断大型化，靠人力指挥等管制手段已无法适应通航现场监管的要求 2 ，监管理念、手段、机制等呕待创新。尹公洲航段受控船舶智能交通组织系统1的设计开发思路1.1系统设计开发的理论基础尹公洲航段受控船舶智能交通组织系统（以下简称系统）的设计借鉴了道路交通指挥的“绿波”控制原理。“绿波”控制作为城市干线交通控制的一种方法，就是在道路的一连串交叉口上，通过一定的技术控制手段，使行驶车流可以避开红灯保持“一路绿灯”，优先保持畅通。“绿波”交通能够减少车辆在交叉口前的停车次数和延误时间，提高道路上车辆的平均车速和通行能力。镇江海事局将道路“绿波”原理应用到镇江尹公洲水域的交通组织系统设计中，通过对船舶航速、位置、水文气象等数据分析，计算出受控船舶与其他船可能会遇的地点和作者简介：王飞，镇江海事局装备信息处处长，研究方向为海事管理。船舶设计与建造中外船舶科技2023年第3 期时间段，遵循逆流船等让顺流船的原则，给出受控船的建议航速。受控船按照建议航速行驶，就可以避开在同一个地点和时间段的迎面会遇。尹公洲航段受控船舶智能交通组织系统的设计与开发要求极为严格，例如双向行驶受控船的航速要尽可能保持均匀，如果某一方向船的航速或快或慢不稳定，船舶就会提前或延迟到达单向控制航段，进而发生会遇。1.2系统设计开发的总体思路与框架系统设计开发的总体思路是：通过对航段内必要信息的提前收集和智能预判，实现尹公洲单向控制段水上交通组织工作精准、高效的目标。在适当拉长交通组织的时间轴的情况下，通过排序系统提前对拟通过单向控制段的受控船舶远端介入，根据船舶航速及至单向控制段的距离，自动计算并分配给特定船舶一个建议航速和通过的顺序，尽最大可能保证通行船舶在以一定航速和分配的顺序通过时，能有效避免在尹公洲单向控制段与其他受控船舶会遇，大幅降低受控船舶因会遇而发生碰撞的风险，从而进一步提升航道通航效率。具体来说，系统从“点”的角度出发，综合考量距离、航速、船流、水流等各种因素，对拟通过#1 0 0浮和#1 0 5-1 浮两个单向控制段的受控船舶自动编号，在电子海图中分色顺序标注、亮光显示。系统通过比对港航一体化系统中的码头靠离泊计划信息，对上行计划靠泊大港辖区码头的1 1 0 m以上船舶进行智能筛查排除，实现对拟通过尹公洲航段受控船舶信息的精准掌握。系统通过采集比对各信息化系统数据，自动生成拟通过尹公洲航段受控船舶的排队列表，列表中对船舶排队序号、基本信息、上下水航向、预计抵达单向控制段的时间等进行集中展示，为两级监控中心做出指挥决策及实施精准交通组织等工作提供数据支撑。参见图1。会遇趋势分析2023-09-142023-09-15查询船舶尺度分析航道分段分析110150m150m以上#105浮单向控制段#100浮单向控制端会遇趋势时间分布321000:00-01:0003:00-04:0006:00-07:0009:00-01:0012:00-13:0015:00-16:0018:00-19:0021:00-22:00时间段图1尹公洲航段受控船舶智能交通组织系统的系统分析功能2尹公洲航段受控船舶智能交通组织系统的功能2.1交通组织系统的自动筛除功能由于通过长江尹公洲航段的船舶量较大，系统设计了筛除功能（图2），即在众多航行的船中筛选出需要排序的受控船，实现对会遇船舶的精准筛选。镇江海事局拓展了港航一体化数据应用，通过应用船舶预报港数据，经过码头、引航、锚调等部门校正审核，形成准确的船舶预报港数据，以此获取尹公洲附近所有受控船的信息。通过数据比对，筛除拟中途停靠、进出锚地且不航经单向控制段的船舶。排除这些干扰目标后，精准识别出拟通过单向控制段的受控船，从而提升交通组织的精准性和实效3船舶设计与建造中外船舶科技2023年第3 期会遇船舶当前会遇趋势船舶船名mmsi航速/kn船长/m会遇时间会遇船舶会遇段力洲兴盛41328588010159.62023-09-1410:23:42至2 0 2 3-0 9-1 41 0:2 4:1 2鑫泰1 2 8*105单向控制段鑫幕1 2 84132393606126.342023-09-1410:23:42至2 0 2 3-0 9-1 41 0:2 7:3 1星运9 2 0 3 9 2 8*105单向控制段图2尹公洲航段受控船舶智能交通组织系统自动筛查会遇船舶界面2.2交通组织系统的智能预推功能镇江海事局坚持“用时间换空间”的管理理念，通过拉长尹公洲航段交通组织空间轴，将交通组织区域由原来的尹公洲航段拓展至整个长江镇江段，向上下游共延伸3 5 km，将预警时限从3 0 min增加至9 0 min，同时根据船舶航速、位置、水文气象等变化情况，实时预推出大型受控船舶与他船可能会遇的地点和时间段，遵循逆流船等让顺流船的规则，给出避免大型受控船会遇的建议航速，并以可视化的形式提供给现场交通组织人员。镇江海事局通过对一年中尹公洲水域2 6 0 0 0 余次单向会让数据的分析，在综合考虑季节、气候、潮汐、水流等多重因素的基础上，摸索出计算船舶航速的4个变量，即流速、时间差、拥堵系数和船舶动力，通过使用“绿波”交通控制模式的计算方式，在计算机系统设计几个重要参数，智能计算出给受控船的建议航速（图3）。船舶排队列表#100#101#104#105-1序号名MMSI预计抵达时间航向1华航汉亚54134977702023-09-1409:15:57下水2太行1 8 84141350002023-09-1409:23:15下水3银祥康频4138302442023-09-14.09:27:09下水4鑫1 2 84132393602023-09-1409:34:19上水5国1 54132549602023-09-1409:49:08下水6鹿舟9 94135561502023-09-1410:39:30下水7通运1 24125927302023-09-1410:43:298长福利4137059102023-09-1410:48:349力洲兴盛4132858802023-09-1410:49:09不水10运9 2 0 3 9 2 83520017722023-09-1410:49:28取满确定图3尹公洲航段受控船舶智能交通组织系统智能预推功能界面2.3交通组织系统的精准推送功能传统通过高频喊话进行信息传递的方式，要大量占用高频电话资源。系统改变了传统的信息传递渠道，借助于船E行APP，通过船E行的庞大用户群体将船舶会遇的预警信息推送至大型受控船用户的手机端（图4）。这样既减少了对VHF电话的依赖，又帮助船舶依据预警信息提前预控，采取措施减少交叉会遇风险，实现了预警信息的精准推送4船舶设计与建造中外船舶科技2023年第3 期基本信息会遇提醒船名江远集6会遇时间2023-07-1311:03:45至2023-07-1311:04:13引航方式会遇船舶创新7航速/节4.8船长/米117.95会遇股100#单向控制段始发港南通港建议航速根据系统预推，如您以2.2 6目的港南京港节及以下航速行较，可避免与创新7 船在1 0 0#单向控制集装箱船段金遇船舶种类会遇提醒三口图4尹公洲航段受控船舶智能交通组织系统两船会遇预警信息推送界面3尹公洲航段受控船舶智能交通组织系统的应用成效3.1破解尹公洲航段大型受控船交通组织难题系统改变了传统交通指挥的组织方式，使尹公洲航段受控船交通组织变得更加精准、高效。系统运行一年多以来，通过拉长尹公洲航段交通组织轴线，大大提高了交通组织的成功率，尹公洲航段会遇船舶数量从日均2 0 艘次下降至8 艘次，大型受控船会遇次数下降6 0%，交通组织成功率提升1 5%3.2破解大型受控船航经尹公洲成本高的问题依托系统可以避免大型受控船在尹公洲排队等候，船舶能够直接航行通过，同时对航经尹公洲航段受控船航行时间形成规律起到了推动作用。依托智能排队技术，受控船能够判断出航经尹公洲的时长，潜移默化地形成一种航行的时间规律。由于减少了排队等候环节，受控船节省了航行时间，节约了能源，大大降低了交通运输成本3.3推动镇江尹公洲航段交通组织的智能化转型尹公洲航段受控船舶智能交通组织系统技术应用，改变了靠人工经验判断、人力指挥调度的原始落后面貌，依托先进的信息技术，综合研判距离、航速、水流等多种因素，自动计算出船舶谁先进、谁后进，谁先出、谁后出，提升了尹公洲航段交通组织的成功率，实现了交通组织的精准化、智能化。参考文献：1 王岩，孙寿，保徐峰，等.提升尹公洲段航道通过能力的探讨 J.水运工程，2 0 2 0（1 2）：1 6 1-1 6 5.【2 郑立新，车前程，曹金海.尹公洲单向控制段会船沟通平台建设的探讨J】。中国水运，2 0 2 0（1 2）：6 6-6 9.