西部交通建设科技项目.docx

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1、西部交通建设科技项目 合同号：2003 328 201 48 三峡库区航运安全监管系统建设关键技术研究研究报告（简本）长江航运信息中心交通部水运科学研究院大连海事大学2006年8月2目 录1项目背景与研究目的12主要研究内容及实施方案22.1.专题1：三峡库区船舶动态监控关键技术研究22.2专题2：三峡库区航运安全信息传输关键技术研究32.3专题3：三峡库区航运安全管理系统研究43项目成果63.1示范系统63.2三峡库区航运安全监管系统建设总体方案73.2.1总体方案架构73.2.2系统总体布局84关键技术94.1重点突破的关键技术94.2研究创新点105项目效益分析及推广应用前景125.1效

2、益分析125.2推广应用前景13- 2 -1项目背景与研究目的三峡库区航道是沟通大西南与华中、华东地区的水运主通道。三峡大坝蓄水后，库区航道条件得到明显改善，库区航运呈现繁荣景象。但同时库区内也出现了一些造成航行安全隐患的新问题，各种水上交通事故也时有发生。库区航运安全是世人瞩目的焦点，为遏止和减少重大水上交通事故发生，充分发挥三峡工程的航运效益，促进西部地区经济发展，党和国家领导人对加强库区航运安全专门做出重要批示，交通部也明确要求“解决三峡库区无序航行问题，将高新科技手段和先进管理手段相结合，对一定载客量的船舶抓紧安装卫星定位系统、雷达及有助于船舶在雾中航行的先进设备”。为提高管理水平、保

3、证航运安全，三峡库区的航运管理部门和众多港航企业对航运安全监管与信息化建设表现出极大热情，启动了各种不同类型的应用项目。为落实交通部关于加强三峡库区航运保障设施建设的指示，为支撑和引领三峡库区航运安全监管与信息化建设的发展，交通部批准设立了西部交通建设科技项目“三峡库区航运安全监管系统建设关键技术研究”。本项目研究目标是：针对长江三峡库区水上交通安全现状，以改善库区水上交通安全为目的，以现代高技术特别是信息技术为手段，以研究解决三峡库区航运安全监管关键技术问题为重点，提供有示范性质的航运安全监管系统，提出三峡库区航运安全监管系统的建设技术方案，实现对库区船舶航行动态和运营行为的现代化监控管理，

4、提高库区航运安全管理水平和应急指挥能力，辅助各级政府交通部门科学决策，有效预防和遏制重大水上事故。- 1 -2主要研究内容及实施方案本项目按照“前方监控、后方支撑、传输有效”的总体思路，着重进行船舶动态监控关键技术、船岸信息传输关键技术、航运安全管理系统的研究和开发。项目研究分三个专题进行。2.1.专题1：三峡库区船舶动态监控关键技术研究1）电子航道图显示与船位标绘及动态信息查询技术电子航道图是实现船舶动态监控可视化的基础，本专题重点研究电子航道图显示、船位标绘及动态信息查询等相关技术。2）监控系统船载设备及其应用技术三峡库区船舶种类繁多，技术状况复杂。不同船舶装备雷达、GPS/DGPS定位设

5、备、移动通信装置、AIS设备、计算机终端等设备的基础条件不同，在船舶监管系统中所处的“监视”、“控制”地位不同。为适应不同船舶对配置船载终端设备的不同需求，本专题开展了A、B、C三种不同类型船载终端设备的研制。3）船舶动态报自动发送与接收及报文自动处理技术本专题制定基于TCP/IP协议的船岸通信报文协议，遵照协议定义开发系统的船岸通信功能。对船舶类型进行定义、分类和编码。设计并发多线程程序，执行多个控制流，实时采集、处理船舶动态信息，根据系统设置的功能要求（如预警报文发送，报告线报告等），自动生成相应报文。采用并发多线程程序设计技术，启动多个监视线程，实时监视通信端口，按照报文协议解析、拆分报

6、文包，根据报文内容写入对应的数据库中，实现报文的自动接收及自动拆分处理。在研究理解协议的基础上，基于MSCOMM控件开发技术，实现了对AIS信息的实时接收、解析处理。4）船位实时推算技术建立推算数据库，以便记录航段数据；将计划航线分割成若干折线段、对每个线段赋予编号；根据推算之前最后一次船舶报告的船位，搜索当前所在的航线段位置，并决定下一步的推算策略；确定上次实报船位后的第一段用于推算的航线，根据航行方向确定沿航线的推算方向；从开始位置沿航线逐段计算各段距离的和，直到找到等于航行距离的交点，得到所需的推算船位。5）船位Polling技术Polling技术是即时询呼技术，是岸基系统通过某种无线通

7、信链路向船舶请求并获得即时船舶动态信息的技术。Polling技术涉及通信链路的选择、询呼指令及动态报告的格式定义等方面的技术问题，本专题开展了Polling方法和实现技术的研究，主要包括：定义询呼指令格式，设计船位Polling信息表，采用GPRS/CDMA方式建立通信链路，在监控中心通过系统通信设备进行船位POLLING监控，定时/即时询呼船位。2.2专题2：三峡库区航运安全信息传输关键技术研究本专题分为三个子题进行研究：1）AIS技术的应用研究三峡库区与长江口AIS系统差异性研究本专题对已建成并成功运行的长江口AIS网络系统进行案例分析，在三峡库区典型水域上进行了AIS设备安装及实船试验。

8、通过试验结果与案例资料的比较分析，得出三峡库区以及长江中上游AIS系统与长江口系统在系统需求、环境条件、建设条件和管理模式等方面存在的差异。三峡库区AIS系统解决方案研究本研究提出三峡库区AIS建设原则、实施策略和建设方案。结合应用，本专题对三峡坝区AIS基站配布进行了方案设计，提出了布局方案和具体的船台、岸台设备配置要求。2）船岸信息传输技术研究本专题对国家无线公网（GSMGPRSCDMA）及长航无线专网（VHF、单边带、短波等）的技术特点进行了分析，根据现实可行、经济实用的原则，提出了兼容多种通信技术、技术可靠、经济适用、具有长江特色的船岸话音/数据/短信通信方案。3）岸端网络组网及子系统

9、间数据传输的技术研究为合理利用现有设备与资源，本专题进行了岸端网络组网规划与设计，针对三峡库区安全监管网络的应用需求，提出了依托现有的长江航运一级办公业务网和三峡局信息网络，基于各局办公业务网，以长航局信息中心为中心节点，建设专用SDH线路实现网络间互联和VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网）组网的建设方案。2.3专题3：三峡库区航运安全管理系统研究“三峡库区航运安全管理系统”由安全管理基础数据库、安全信息发布与信息服务系统和航运管理系统构成，本专题研究这些系统的建设技术。1）研究、建立“三峡库区航运安全管理基础数据库”采用面向对象和结构化的分析方法，进行三峡库区

10、航运安全管理系统的需求分析，进行数据结构的结构设计，根据三峡库区航运安全监管系统的总体要求，研究三峡库区航运安全管理系统的数据模型，采集数据，以此建立相应的数据库。由这些数据库构成三峡库区航运安全管理系统的基础数据库。基础数据库和电子航道图数据库构成支持前端应用系统的中心数据库。主要的数据库有：库区船舶数据库、库区港口数据库、库区航线数据库、船舶公司及航运企业数据库等。2）研究、开发“三峡库区航行安全信息服务系统”研究航运安全信息Web服务系统的有线与无线接入方式；研究航运安全信息Web服务系统的数据优化组织与传输快速性技术；研究航运安全信息Web系统的数据挖掘重组、自动生成和随机服务技术；建

11、设基于XML技术的Web服务系统，设计网页，提供信息查询/发布服务。3）研究、开发“三峡库区航运管理系统”研究建立三峡库区不同级别的航政、运政及船舶管理系统的技术；研究实现跨部门、跨地域运作的数据处理系统技术；研究开发三峡库区航运管理信息系统的各个功能子系统；研究系统集成技术，集成各种数据库系统、Web服务系统和管理应用系统。3项目成果在研究关键技术的基础上，本项目实施了一个具有示范性质的“三峡库区航运安全监管示范系统”，提出一套“三峡库区航运安全监管系统总体建设方案”，实现了“两个一”的研究总目标。3.1示范系统 “三峡库区航运安全监管示范系统”是多种高新技术（GPS技术、数据库技术、无线通

12、信技术、网络技术、组件技术等）的集成应用，更是本项目各项研究成果（如符合国际标准的电子航道图、集成了电子航道图和各种通信导航技术的船载终端、以AIS为目标模式的岸端网络、基于XML的数据交换平台、工作流程引擎等）的集中体现。该系统建在长江三峡通航管理局辖区内，以6艘不同类型的船舶为监管对象，以三峡坝区59km河段为试验河段。该河段包含举世瞩目的三峡大坝，河段内交通流量大，交通安全问题复杂，具有较好的典型性、示范性。该河段由长江三峡通航管理局统一管理，业务内容涉及过闸、航道、海事、通信等不同方面，信息化建设的基础较好，可以给系统提供信息网络、硬/软件设备和基础数据等方面的支持。示范系统的主要功能

13、是实现对航行水域的船舶动态监控（“前方监控”）和对水运行业的航运安全监管（“后方支撑”），其中前者是核心，后者为前者提供数据支撑并实现对辖区水运行业的业务管理。另外，系统的信息传输网络为“前方监控”提供通信保障，实现“传输有效”。3.2三峡库区航运安全监管系统建设总体方案以项目的研究成果为技术基础，以项目实施的示范系统为建设模式，提出了在500多公里的库区河段上建设“三峡库区航运安全监管系统”的总体方案。3.2.1总体方案架构三峡库区航运安全监管系统以VTS、CCTV、AIS、GPS等监控系统为基础，依托航运安全信息网络，通过数据交互平台进行数据整合，基于地理信息系统(GIS)提供船舶动态监控

14、、航行信息服务、应急指挥辅助决策以及其他管理功能，并提供航标遥测遥控系统、水文信息采集系统、气象接收系统等水域环境信息系统的接口，如图所示。总体方案架构图3.2.2系统总体布局 系统布局示意图系统布局示意图如上图所示。整体系统布局采取三级管理架构，布局中VTS和CCTV站点参考三峡-葛洲坝船舶监管系统工程可行性研究报告、三峡库区重庆段船舶交通管理系统一期工程初步设计、长江数字航道与智能通航建设工程（三峡坝区）工程可行性研究报告，而三峡坝区的AIS基站布设参考专题二AIS系统应用技术研究报告，其他则参考已建的VHF站点。134关键技术4.1重点突破的关键技术（1）实现了“电子航道图显示系统”的国

15、际标准化；符合S-57国际标准的电子航道图数据均可直接导入，使电子航道图具备“即插即用”功能。（2）解决了“电子航道图显示系统”与GPS、AIS、雷达/ARPA、GSM/GPRS/ CDMA等多种导航通讯设备高度集成的技术问题，为船舶智能导航系统的研究提供了理论支撑和产品设计开发。（3）解决了电子航道图改正与航道图数据自动更新的技术问题。（4）研究了多源数据融合技术，建立了多源数据一体化模型，解决了多源数据的采集、处理、融合与利用问题。（5）采用超图数据模型建立弹簧式结构的海上空间数据库，解决了用户端产品全水域无缝拼接、大范围漫游及无级比例尺显示问题。（6）提出了三峡坝区AIS系统的基站配布方

16、案。（7）具有长江特色的船岸通信技术方案的制定。（8）解决了VHF数传系统CH16信道上时分复用的技术应用问题。（9）建立了基于XML的数据交换平台，实现了跨地域、跨部门的数据共享。（10）建立了基于电子政务安全平台的安全体系架构（11）应用工作流程引擎技术实现了跨区域、跨部门的三级联网系统业务处理。（12）应用系统组件技术提供了WAP、SMS、WEB等多种信息发布方式。4.2研究创新点（1）在国内率先实现了“电子航道图显示系统”的国际标准化，兼容中国海军航保部、海事局、航道局等部门出版的电子航道图，符合S-57国际标准的电子航道图可“即插即用”，填补了国内空白。（2）解决了“电子航道图显示系

17、统”与GPS、AIS、雷达/ARPA、GSM/GPRS/CDMA等多种导航通信设备集成的技术问题，实现了雷达图像与电子航道图叠加、AIS信息获取与电子航道图的集成利用，为提高船舶雾航、夜航的能力和解决船舶避碰问题提供了技术保障，为船舶智能导航系统的研究提供了理论支撑和应用产品，填补了国内空白。（3）解决了电子航道图改正问题，具有人工编辑改正、标准航道图数据自动更新和网上下载自动改正多种方式，克服了电子航道图导航系统实船应用的最大障碍。（4）首次进行了我国三峡库区及长江中上游AIS的技术研究，使用多因素评估决策分析法以及经典电磁理论和Okumura/Hata模式分析、计算和证实了三峡库区及长江中

18、上游AIS与沿海、长江口地区AIS在系统目标、建设条件、运行环境、技术效用、管理模式等方面存在的差异性，明确了三峡库区及长江中上游AIS的建设特点，提出了以AIS技术为重点的三峡库区航运安全监管系统建设总体方案构想。（5）整合了数据库管理系统、Web信息发布系统、应用管理信息系统、网络操作系统、网络安全管理系统等基于不同的硬件、不同的操作系统软件的不完全兼容的异构系统，集成在一个平台上协同工作，保证不同系统间的协同和无缝连接；应用了系统组件、数字证书、流程控制、二维条码等多项先进技术，提高了系统的实用性、可靠性、安全性和灵活性。5项目效益分析及推广应用前景5.1效益分析（1）社会效益项目研究成

19、果为三峡坝区航路通畅、航运安全有序作出了积极贡献。实施示范系统后，2005年7月至2006年6月，示范河段内水上安全事故比上一年度同期下降25%。项目研究成果提升了三峡库区和西部地区航政、运政和港政管理水平，提高了船员与港航企业的综合素质。项目研究成果为三峡库区、西部地区乃至我国其它内河建设航运安全监管系统提供了经验和技术支持，保证了三峡库区与西部地区航运安全监管系统的建设质量和技术水平。项目研究将有效地规范航运市场和船舶管理，减少了三无船舶，加强对小型船舶和农用船舶的管理，减少船舶超标排放影响水质，保护长江环境。同时，本项目研究培养了一批西部技术人才，吸纳了近50位西部科技人员和管理人员参加

20、，有近80人次进行了关于计算机、通信、网络、电子航道图、AIS技术以及软件应用方面的培训。（2）经济效益本项目研究突破了航运安全监管系统建设的技术难点，使系统建设减少盲目性，增加技术含量，提高建设质量，降低工程造价。实施的示范系统能提高三峡葛洲坝船闸通航调度管理的水平，保证三峡葛洲坝船闸航道段的畅通、有序、安全航行，使三峡库区的航运资源和旅游优势得到充分发挥。5.2推广应用前景本项目研究的系统方案、电子航道图显示系统、电子导航系统、中心数据库、应用软件等成果可直接推广到“数字航道”、“智能航运”的前期研究以及工程准备中，对提高工程建设质量，改善长江航运环境，减少水上交通事故发生，都具有很大的作用。项目研究了AIS的基础技术、三峡库区（及长江中上游）AIS营运与长江口AIS应用差异性、三峡库区（长江中上游）AIS建设技术方案，为长江航运发展规划的编制、三峡库区及长江干线AIS建设奠定了良好的技术基础。项目研究开发的航运安全管理系统是为三峡库区航运安全管理量身定制的，技术先进，管理内容丰富，符合三峡库区航运特点。因此，本项目成果具有良好的应用推广前景。