行业要闻
news
当前位置:首页>新闻中心 >行业要闻
从被动防撞到主动预警——福州航标处研发推广船舶航行受限水域智能助航技术
来源:相娜 日期:2019-08-23

智能助航原理示意图(福州航标处 供图)


船舶一进入桥区水域,便会收到桥区范围、水文信息等助航信息,有撞桥风险时,还会收到VHF自主、点名式的风险预警,及时帮助船舶驾驶人员纠正航向,防止碰撞桥梁事件的发生。从“被动式”防撞到“主动式”预警,这一重大转变要归功于东海航海保障中心福州航标处(简称福州航标处)牵头研发的近海船舶航行受限水域智能助航关键技术与应用研究项目。

该项目荣获2018年度中国航海学会科学技术奖一等奖,取得多项国家专利,专利装置及系统获得2018年上海职工优秀创新成果三等奖,在福建、浙江沿海多家单位应用推广……如此“硬核”的航保新科技,研发历程是怎样的,又是如何为船舶提供综合智能助航服务的呢?

开拓思维 探索智能助航新模式

作为一个航运大国,水路运输承担了我国93%以上的国际贸易和50%以上的国内贸易运输。而随着我国航运强国、海洋强国、交通强国和“一带一路”建设的实施,沿海港口、航路船舶交通日益繁忙,如何更好地为船舶航行提供安全保障,保证海上交通安全形势的稳定,航保人一直都在思考。

交通经济不断发展,各类跨江跨海大桥在便利陆上交通的同时,也增加了船舶在水域航行的安全风险。通常情况下,保障船舶在桥区水域的通航安全,主要是依靠航标助导航和海事部门现场监管(VTS、巡航警戒等)相结合的方式,但传统的助导航在桥区水域的助航保障作用存在很多不足,如何实现主动预警、主动助航,还有待进一步探索和研发。

为积极应对这一问题,为传统助航模式增加智能识别与主动助航服务,自2016年起,福州航标处联合武汉理工大学、闽江学院、苏州新阳升科技股份有限公司等单位,开展近海船舶航行受限水域智能助航关键技术与应用研究项目,针对传统航标助航服务存在的局限性,以桥区水域为示范,开展相关研究。

福州航标处处长、项目组负责人陈明忠介绍:“过去的研究大多局限于新材料应用、航标维护成本降低等传统研发思路,在提升用户体验方面的思路没打开。而这次,我们主动对接产业升级,走智能航保的路子,提高助航效能,提高与海事融合发展的认识,并结合海事监管的需求,通过海事的人工监管和航海保障的技术手段提升,共同提高航海用户体验。”

受到自然条件或人工工程的制约,我国近海狭窄水道、岛礁区、航行限定区、桥区、风电场等水域通航条件受限,是船舶事故险情多发区。受限水域助航智能化技术的应用,对克服不利条件、改善通航环境具有十分重要的现实意义。而在通航环境复杂、交通流稠密、风险高发水域实施智能助航技术难度极大,亟需突破智能助航服务相关的理论与技术难题。

智能分析 有效化解撞桥风险

功夫不负有心人。经过多年产学研用协同科技攻关,项目组取得一系列创新成果。

从基于AIS的船舶轨迹数据修复算法研究入手,实现了对船舶轨迹数据进行快速聚类分析;借助热力图和网格化技术,实现了可视化分析和监控船舶航行碰撞风险;研制了桥区船舶防撞预警信息播发装置以及配套的近海船舶航行受限水域智能助航平台,通过VHF自主、点名式的方式主动向船舶播发助航信息和风险预警,率先实现了船舶航行受限水域的智能助航。

为了保证系统顺畅有效运行,项目组对完成的系统进行了实地测试,发现测试的结果与功能设计的设想不完全一致,如:船舶的AIS轨迹存在缺失,报警的准确性与及时性与设想有一些偏差。实测后,他们对AIS轨迹方面进行了深入研究,实现了AIS轨迹的缺失修复;对预警的数学模型、算法及参数进行了研究、改进、调整,预警报警的准确性和及时性得到了极大提高。

在调研中,有用户提出,系统在高风险报警时,通过VHF普遍性广播,不会引起存在风险的航行船舶的重视,也就无法及时接收到该报警信息,应直接呼叫该船舶。对此,项目组进行了深入研究和改进,最终实现了船舶的准确识别、语音转换和点对点的精准呼叫。

那么,什么是桥区水域船舶防撞预警信息播发装置及系统?

该系统通过在桥区水域搭设装置,自动采集设定水域的船舶AIS数据,并与后台系统进行数据交互。后台系统利用算法的创新成果,对AIS数据进行清洗或修复,进而实现对受限水域船舶态势精准的自主分析、判断风险等级。

“系统整合了桥区各类助航信息:包括桥梁基本信息、航标配布、航道设置等静态信息,以及通航环境类(水文、气象等)动态信息。”项目组成员黎其真介绍,根据桥区通航实际,科学划定桥区范围,每座桥梁根据桥区通航规则和水域范围,划定预警区、警戒区、航道、航向以及其他特定功能区。

通过对桥区船舶航行风险建模分析,判断偏离航道、超速、横穿、逆行、碰撞桥梁等趋势的风险等级,利用受限水域船舶防撞预警信息播发装置,提供安全助航提示信息、一般风险警示信息和高风险警告信息等三级助航服务。

“相较于传统被动式防撞的防碰撞系统,桥区水域船舶防撞预警信息播发装置及系统能自动采集船舶AIS数据并进行智能分析判断和主动报警,实现无人值守。”项目组成员曾繁屏说,“根据船舶碰撞风险等级,系统还可以为桥区通航船舶提供分类的助航服务和预警播发,提升桥区的助航服务和航海保障能力。”

提前预警 主动告知危险态势信息

项目推广初期,海事监管部门和大桥管理方等用户都对项目的助航功能表示认可,但同时也表达了疑虑:“智能分析是否能真实反映船舶风险?助航预警是否及时有效?”

为了真实反映桥区通航安全态势,课题项目组分析了过去几年的船舶航行轨迹,根据船舶习惯航路不断优化警戒区和航道范围设置;为了验证舶航行智能分析的准确性,项目组多次乘船前往桥区现场,模拟各种航行风险行为,以验证系统是否正确识别;为了确保助航预警及时反应,实船测试时,项目组对预警响应时间的计算精确到秒,根据计算的安全距离重新调整了预警范围,确保船舶收到预警时有足够的时间做出避险反应……

3年来,通过项目组的不断努力,系统逐渐升级完善,助航服务真正“智能”起来。

目前,项目成果已先后在福建平潭海峡大桥、宁波金塘跨海大桥、福州乌龙江大桥等地推广应用,向桥区水域船舶提供必要的助航与通航环境信息,服务于海事、引航、港口、航运等10余家单位,反馈效果良好,并使部分高风险船舶及时获知其危险态势信息,切实改善了桥区航道通航环境。

福建平潭海峡大桥是福建省第一座真正意义的跨海特大桥,大桥所处平潭海峡,夏有台风,冬有季风,全年6级以上大风超过300天,一直以来都是海事部门重点监管的水域。“平潭海峡大桥水域通航环境及船舶交通态势复杂,桥区又是平潭海峡潮汐的交汇点,是事故高发区,行船经过时需要特别谨慎。”平潭海事局监管处处长林国潮说。

陈增宝是平潭本地的老船长,大桥建成后,因为复杂的通航环境,每次航经这里,他都特别警惕。两年前,再次经过这里时,他突然发现,船舶还未到桥区航道,就收到了进入桥区的信息提示,AIS也收到了水文信息。船舶开进航道后,一旦稍有偏航,高频就能自动收到语音提示,提醒驾驶员纠正航向,比驾驶员判断的还要早。

“安装的船舶智能助航信息系统真的不错,这是以前没有的。”陈增宝高兴地说,“现在航海保障服务越来越智能化,可以帮助我们在大桥这类特殊水域航行,有效减少了碰撞事故的发生。”

据福建省海上搜救中心统计,2013至2015年,福建平潭海峡大桥桥区水域事故险情数量35起,2016至2018年降至13起,降幅达62.9%。项目应用对改善桥区水域的安全形势,保障桥区通航安全起到良好的辅助作用。“智能助航不仅丰富了大桥监管手段,而且提高了桥区水域通航效率,促进了地方经济发展。”林国潮表示。

此外,针对福州乌龙江通海航道多桥梁水域特点,船舶智能助航系统通过桥基站的AIS通道和遥测遥控通道,实现了对桥区水域内所有助航设备进行远程监测和控制,为通过该航段的船舶提供了不同等级的智能助航服务。福州海事局海事人员称赞道:“这个系统既能保护船舶和桥梁安全,又能减轻我们现场监管的压力。”



版权所有:交通运输部天津水运工程科学研究院 备案号:津ICP备11007503号-6 津公网安备12011602000138号
地址:滨海新区塘沽新港二号路2618号 邮编:300000
Powered by 三五互联