水利樞紐船舶交通管理系統應用

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摘要：介紹了向家壩水利樞紐船舶交通管理系統的基站、攝像機、服務器、監控站等主要設備設施的布設情況，介紹了PRIDeVTS1000子系統、視頻監控子系統和甚高頻通訊子系的應用效果、存在的問題及已進行的改進，分析雷達偶發無法校準、無線網橋穩定性差、攝像機布設數量不足的問題并提出了優化改進建議。

關鍵詞：向家壩；船舶交通管理；VTS；應用；優化

向家壩水利樞紐位于云南省與四川省交界的金沙江下游河段，是一座以發電為主，兼顧防洪、通航和灌溉三大功能的綜合型水利工程，其中通航功能由配套建設的全平衡式垂直升船機承擔。樞紐所在金沙江河段為通航河段，通航里程上至新市鎮，下至宜賓市，全長105km，航道等級為V級，其中從大壩上游界線標至下游鐵路大橋共約6公里的河段為樞紐水上管理區。向家壩升船機按Ⅵ級航道設計，代表船型為2×500t級一頂二駁船隊，同時兼顧1000t級單船，樞紐建成后上下游的航道條件得到極大改善，升船機自2018年5月試通航以來，過閘船舶數量呈現快速增長的趨勢。另一方面，樞紐河段內港口、碼頭較多，船舶航行、停泊、作業頻繁，與升船機過閘船舶航路交叉，也加大了樞紐河段水上交通的復雜性。為更好地監管和調度樞紐水上管理區內的船舶，升船機配套建設了船舶交通管理（VesselTrafficService，簡稱VTS[1]）系統。

1系統設備布設情況介紹

1.1系統設備總體布置

向家壩水利樞紐升船機配套VTS系統（以下簡稱向家壩VTS系統）于2018年初完成建設并移交運行管理單位，主要由PRIDeVTS1000子系統、視頻監控（CCTV）子系統和甚高頻通訊（VHF）子系統三部分組成，其中PRIDeVTS1000子系統用于監控船舶的雷達和AIS信號，CCTV子系統主要用于對航道進行圖像監控，VHF子系統主要用于監控人員與船舶之間進行即時通訊。系統主要設施設備包括4個基站、7處高清攝像機、1個服務器站和2個監控站，其中基站與高清攝像機分布置在樞紐上下游沿岸岸坡和碼頭等處，服務器站位于升船機機房大廳專設機房內，而2個監控站分別位于升船機調控室和樞紐聯合指揮中心。如圖1所示，服務器站作為整個系統的數據處理和通訊中心，主要通過光纖與各基站、攝像機和監控站進行連接。位于樞紐下游某碼頭的基站3與其它主要設備隔江布置難以敷設光纖，因而采用無線網橋進行跨江信號傳輸。除此之外服務器站還與升船機調度系統有連接。

1.2基站與攝像機

基站主要用于掃描和處理船舶雷達信號，并接收船載AIS終端發射的信號，同時作為VHF通訊信號的收發站點，而高清攝像機主要用于在航道不同位置對船舶的實時圖像監控。4個基站均配置有1套雷達設備及其工作站，雷達持續掃描探測江面船舶信號，工作站則用于對雷達進行校準等操作，并對雷達掃描信號進行初步處理，屏蔽掉岸坡反射信號等無關信號。基站1和基站3各配備有2套AIS收發信機和4套VHF收發信機，2套AIS收發信機可互為備用，4套VHF收發信機各負責1個頻道的通訊，分別為升船機調度專用頻道、海事通訊專用頻道、應急救援頻道以及1個備用頻道。7個高清攝像機中有2個布置在基站3，另有2個分別各布置在基站1和基站4，余下3個攝像機單獨布置在樞紐下游大橋上、下游側和升船機下游引航道出口處的岸坡上。基站配備的各主要設備通過網線連接至基站交換機，除基站3外的其余基站經光纖收發器轉換為光纖與服務器站連接，3個獨立布置的攝像機通過光纖直接與服務器站連接。

1.3監控站

位于升船機調控室的監控站，主要用于升船機調控人員監視船舶動向、查看船舶到錨情況以便對船舶進行過閘調度和計劃排檔；位于樞紐聯合指揮中心的監控站，主要用于海事主管部門監控船舶是否有違規行為，并向船舶發送安全航行相關信息。2個監控站的主要設備基本相同，包括1個VTS工作站和1個VHF工作站，還配備有1套多臺顯示器拼接的圖像監控大屏。VTS工作站安裝有PRIDeVTS1000子系統客戶端軟件和CCTV客戶端軟件，分別用于監控船舶雷達、AIS信號和監控航道實時視頻圖像；VHF工作站上安裝有VHF客戶端軟件，主要用于與船方進行甚高頻即時通訊；監控大屏由多塊顯示器拼接而成，用于顯示CCTV視頻監控畫面。

1.4服務器站

服務器站位于升船機機房大廳內，包含核心服務器、電子海圖服務器、記錄服務器、多源信息服務器、視頻解碼服務器、硬盤錄像機、甚高頻服務器，磁盤陣列，等主要設備，同時配有核心交換機、光纖收發器等網絡通訊設備。其中核心服務器、電子海圖服務器、記錄服務器、多源信息服務器主要用于處理、整合、記錄基站采集的雷達、AIS信號，以便在VTS客戶端軟件上供監控人員查看和操作；視頻解碼服務器用于在圖像監控大屏上拼接攝像機視頻監控畫面，硬盤錄像機用于存儲監控視頻文件；甚高頻服務器用于整合各基站的各頻道，以便在甚高頻客戶端軟件上，磁盤陣列用于存儲錄音文件。

2系統應用情況介紹

2.1PRIDeVTS1000子系統應用情況

PRIDeVTS1000子系統通過各基站采集船舶的雷達和AIS信號，由相關服務器整合、處理，最終在VTS工作站的客戶端軟件上實現對船舶雷達、AIS信號的監控[2]。如圖2所示，PRIDeVTS1000客戶端軟件界面為樞紐水上管理區的電子江圖，船舶的雷達掃描圖像、AIS信號位置直觀地顯示其方位，并可查看船舶的航行軌跡，通過AIS信號可查看船名拼音、船舶尺寸、航速、航向等信息，對于同時識別了AIS和雷達信號的船舶，系統會將目標進行融合，以更準確監控船舶的方位和航行信息[3]。另外，系統配備有船舶AIS數據庫，對于被系統識別的船舶，可顯示中文名稱等更豐富的信息。通過PRIDeVTS1000客戶端軟件，升船機調控人員可方便地查看船舶方位等信息，并可判斷船舶是否已按調度指令航行和停靠，為下一步的船舶調度和設備操作提供依據。該子系統與CCTV監控系統相互配合，可全面的對船舶進行監控，在夜間視頻監控畫面無法看清時，該子系統的顯得格外重要，聯合指揮中心可監督船舶是否存在違規夜航。PRIDeVTS1000客戶端軟件具備“多功能區”功能，該功能在向家壩水利樞紐有兩項應用。一是設置船舶自動到錨區，向家壩升船機在上游庫區設置有錨地，在電子江圖對應區域上設置一到到錨區域，當系統識到某船舶別進入到錨區后，將發送到錨信號到升船機通航調度系統，使得該船舶的狀態自動變為已到錨，從而便于根據船舶的到錨順序進行過閘排檔。二是對浮標位置進行實時監測，樞紐水上管理區內航道上的專設船型浮標上裝設具有AIS定位功能的網位移，這樣便可在電子江圖上顯示浮標的實時位置，利用多功能區功能在電子江圖上劃定浮標的允許范圍，并設置離開告警，當因水位變化導致浮標位置偏移過大而離開該區域后，將觸發報警提醒調控人員及時對浮標進行檢查調整。

2.2圖像監控子系統應用情況

CCTV子系統設置在樞紐水上管理區各處的共7個高清攝像機可實時采集航道圖像監控畫面，調空人員在VTS工作站可在查看各攝像機的監控畫面，通過云臺操作界面可對攝像機的方位、焦距等進行調整，圖像監控大屏上可實現多監控畫面同時顯示或單一畫面放大顯示。CCTV子系統所使用的攝像機為星光級高清球機，監控畫面清晰度高且能自動對焦，在氣象條件滿足的情況下能看清監控區域內船舶的船名、號燈號型以及甲板人員動態等。7個攝像機的布設位置較為合理，通過云臺調整攝像機方向能監控到水上管理區各個角落。系統移交之初CCTV子系統未配備儲存設備，監控視頻無法錄像保存，后在服務器站增加了一套容量為4×4TB的硬盤錄像機，可支持7個攝像頭同時錄像數據保存30天以上，為船舶事故畫面回放等需求提供了支持。

2.3甚高頻通訊子系統應用情況

樞紐水上管理區范圍較大，在基站1和基站3的分別布設的4個頻道的共8臺VHF收發信機已確保甚高頻通訊信號對管理區的全覆蓋。在VHF工作站上可對各收發信機進行綜合管理，包括通過特定的收發信機進行通訊、對部分或全部收發信機進行監聽錄音、回放錄音文件等，其中錄音回放功能對事故取證等有重要作用。實際使用中，若同時通過兩個基站同一個頻道的收發信機進行通訊，會出現信號重疊導致通訊雙發均無法聽清對方通話內容的情況，因此一般選擇距通訊船舶較近的收發信機進行通訊，而將另一個基站的對應頻道靜音。

3遺留問題及優化建議

3.1雷達無法校準問題

PRIDeVTS1000客戶端軟件偶有出現個別雷達無法連接的情況，檢查雷達天線轉動正常，但基站工作站上雷達控制程序顯示雷達一直處于“校準中”狀態，重啟雷達也無法解決。持續觀察發現該故障多出現在濕度較大的陰雨天氣，連續數日的晴朗天氣后故障能自動消除，經排查發現該問題是由位于室外小型電控箱內的雷達信號轉換模塊受潮濕所致。該模塊用于將雷達同軸電纜信號線轉換為網線信號再與工作站連接，室外電控箱雖能擋雨但有透氣孔，因此箱內濕度受環境影響較大，而信號轉換模塊的電路板也未進行防水防潮處理。建議對信號轉換模塊進行防水防潮處理，并改用密封效果好的電控箱，或將該模塊移至基站室內。

3.2無線網橋穩定性差問題

向家壩VTS系統移交之初，除前述基站3通過無線網橋與基站2連接外，基站4同樣通過無線網橋與江對岸的基站1連接。實際使用中，跨江連接的無線網橋在雨天和江面水霧較大的情況下穩定性不高，常出現雷達無法連接、監控畫面卡頓、VHF無法通訊等問題。基站4目前已通過單獨敷設光纖與服務器站連接解決了該問題，但基站3因位置偏遠，敷設光纖施工存在一定難度，因此暫維持原狀。建議將無線設備換型或通過其它技術手段增強跨江連接的無線網橋信號的穩定性，或設法敷設光纖將基站3直接與服務器站連接[4]。

3.3攝像機布設數量不足問題

CCTV子系統的7個攝像機雖然布設位置較為合理，但布設數量略顯不足，來帶了兩個方面的問題。一是同一監控點的監控方向容易出現顧此失彼的情況，例如大壩左岸近岸區域僅在岸坡較高位置的基站1布設了1臺攝像機，如果將攝像機監控方向對準近壩上游側，則不能同時監控近壩下游側；二是雖然使用的星光級球機清晰度夠高，但因攝像機布設較為稀疏，難免出現某些監控區域距所有攝像機均較遠的情況，在能見度不高的天氣下，難以對這些區域的船舶進行清晰地監控。建議增加基站1等關鍵位置的攝像機數量，實現多方位同時監控，同時增加攝像機的沿樞紐河段的布設密度，以增強低能見度天氣下的監控效果。

4結論

向家壩VTS系統利用在樞紐河段岸坡、碼頭布置的基站和高清攝像機，對船舶的AIS信號、雷達信號、圖像信息進行綜合實時監控，使升船機調控人員與海事主管部門能夠及時掌握船舶方位、航向、航速等信息，并通過甚高頻通訊系統向船舶下達調度指令和提供安全航行所需信息，對保障船舶在樞紐水上管理區內的航行安全起到了重要作用。該系統投運以來設備運行基本穩定，建議后續采取技術手段解決雷達無法自動校準、無線網絡穩定性不高等問題，同時增加攝像機布設數量以提高對航道的圖像監控效果。

參考文獻：

[1]陳澤亮,劉沁悅.淺談VTS運行維護的問題及對策[J].珠江水運,2019,（11）:89-90.

[2]陳珺,常化德.船舶交通管理系統(VTS)概況及進展[J].中國水運,2019,19（9）:37-38.

[3]李春光,馮嶸,余嘯野,張志瑋,孫一,邢侃.自動識別系統（AIS）在交通管理系統（VTS）中的應用[J].天津航海,2017,（1）:44-46.

[4]陳澤亮,劉沁悅.長江海事局VTS運行維護存在的問題及對策[J].中國水運,2017,38（12）:22-23.

作者：劉佳洋 黃仁輝 馬麟 單位：中國長江電力股份有限公司向家壩水力發電廠