CN109949197B - 一种面向海河联运的船岸一体化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向海河联运的船岸一体化系统，属于海河航运技术领域，解决了现有技术中航道信息化、数字化程度滞后，航道岸基协同能力差的问题。一种面向海河联运的船岸一体化系统，包括电子航道图子系统，用于利用实测数据和地理信息数据生成三维电子航道图，所述三维电子航道图中包括航道静态测绘数据；航道岸基物联网支撑子系统，用于获取航道动态感知数据和航道业务数据；海河联运大数据中心，用于根据航道动态感知数据、航道静态测绘数据以及航道业务数据生成分析结果；综合信息平台，用于根据用户需求获取所述分析结果，进行信息发布。从而实现了提升航道数据融合、数字化程度，加强了航道岸基协同能力。

Description

一种面向海河联运的船岸一体化系统

技术领域

本发明涉及海河航运技术领域，尤其涉及一种面向海河联运的船岸一体化系统。

背景技术

近年来，水上交通业的发展越来越快，极大地改善海上运输方式。水运是交通综合运输体系的重要组成部分，海河联运作为一种高级的运输组织形式，可整合海洋运输、内河运输方式的优势，通过无缝衔接提高运输效率与质量，符合个性化需求对商品运输的要求，同时也是生产企业应对日趋激烈的市场化竞争的必然趋势。当前运河航道根据海河联运集疏运体系要求不断开挖和改造提升，航道的信息化基础还是薄弱，距离智能航道、智慧航道还有很大差距，主要表现在以下几个方面：

(1)航道数据融合程度滞后，主要体现在没有一张数字航道图，相较于等级公路，内河航道在数据测绘与地理信息采集方面存在不足，难以实现对航道的全面仿真；内河电子航道图的建设暂时没有可依据的国标、行标，多种产品各有侧重，数据融合工作难以进行，数据分析能力无法进一步提升。

(2)航道数字化程度严重滞后，一方面，航道设施智能化程度不够，缺乏遥测、遥感、遥控、数据共享、统筹共建等问题。另一方面，多部门数据无法共享，缺乏统一管理平台，使得零散的数据无法发挥出大数据的价值所在，不能为航道的数字化建设发挥作用。

(3)缺乏航道岸基协同系统，由于目前内河航道运输船舶现代化水平不高，船舶自身感知能力有限，大量观察操作需要船员人工进行，造成船员工作负担沉重。通过航道岸基协同系统，建立船舶与岸站、船舶与船舶之间的数字通信网络，还可以与电子航道图系统结合，实现航行导航、安全助航、航行监控和自动报警等功能。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种面向海河联运的船岸一体化系统，用以解决现有航道信息化、数字化程度滞后，航道岸基协同能力差的问题。

本发明提供了一种面向海河联运的船岸一体化系统，包括：

电子航道图子系统，用于利用实测数据和地理信息数据生成三维电子航道图，所述三维电子航道图中包括航道静态测绘数据；

航道岸基物联网支撑子系统，用于获取航道动态感知数据和航道业务数据；

海河联运大数据中心，用于根据航道动态感知数据、航道静态测绘数据以及航道业务数据生成分析结果；

综合信息平台，用于根据用户需求获取所述分析结果，进行信息发布。

上述技术方案的有益效果为：通过电子航道图子系统对实测数据和地理信息数据的处理，航道岸基物联网支撑子系统、海河联运大数据中心对以及综合信息平台，对航道动态感知数据、航道静态测绘数据以及航道业务数据的获取、分析与发布，提升航道数据融合、数字化程度，加强了航道岸基协同能力。

进一步地，所述电子航道图子系统，用于利用实测数据和地理信息数据生成三维电子航道图，具体包括：

采集包括水深、航道轮廓、航道设施和跨河管线在内的实测数据，构建相应实测数据的拓扑关系，得到相应实测数据的矢量模型，基于所述相应实测数据的矢量模型得到航道图；

对航道沿岸倾斜摄影数据进行三维建模以及编辑校正，得到航道沿岸设施及航道沿岸地形的三维模型数据；

将所述航道图和三维模型数据在地理信息数据的基础上进行数据融合，形成三维电子航道图。

上述进一步技术方案的有益效果为：通过利用实测数据和地理信息数据生成的三维电子航道图，保证了实测数据和地理信息数据的合理利用，增强了航道的数据融合程度。

进一步地，所述系统还包括智能船舶子系统，所述智能船舶子系统，用于获取船体周围环境信息与实时的船体信息，并将所述船体周围环境信息与实时的船体信息上传至综合信息平台与航道岸基物联网支撑系统；

还用于获取所述综合信息平台发布的信息和服务，并将所述周围环境信息、实时的船体信息以及所述综合信息平台发布的信息和服务进行分析及处理，得到船舶状态、船舶的路径规划，将所述船舶状态和船舶的路径规划在船载终端上显示。

上述进一步技术方案的有益效果为：通过上述智能船舶子系统对周围环境信息、实时的船体信息以及所述综合信息平台发布的信息和服务进行分析及处理，得到船舶状态、船舶的路径规划；可为船舶航行时提供实时的航行辅助决策和能耗辅助决策，并可对船体状态进行评估。

进一步地，所述航道岸基物联网支撑子系统包括航道、水文、气象传感设备，助航设施以及广播设施，用于获取航道动态感知数据；

所述航道岸基物联网支撑子系统从航港管理部门获取航道业务数据，并将所述航道动态感知数据、航道静态测绘数据以及航道业务数据一并传送至所述海河联运大数据中心；

所述航道业务数据为水路规费、行政许可处罚、航道交通量、航道运输量、港口吞吐量、水路运输业服务业增加值或水文信息数据中的一种或多种。

上述进一步技术方案的有益效果为：通过上述获取航道动态感知数据、航道业务数据，并结合航道静态测绘数据，为海河联运大数据中心的数据分析提供数据来源。

进一步地，所述海河联运大数据中心具体包括大数据采集层、大数据存储层、大数据处理与分析层；

所述大数据采集层用于采集所述航道动态感知数据、航道静态测绘数据和航道业务数据，并将其传送至所述大数据存储层；

所述大数据存储层用于对航道动态感知数据、航道静态测绘数据和航道业务数据进行存储，并将其传送至所述大数据处理与分析层；

所述大数据处理与分析层用于对航道动态感知数据、航道静态测绘数据和航道业务数据进行数据分析，得到包括天气信息、动态水文信息、危险预警信息在内的分析结果。

进一步地，所述大数据处理与分析层具体包括大数据分析引擎、数据集成管控组件、公共服务组件和系统管理支撑组件；

所述数据集成管控组件将航道动态感知数据、航道静态测绘数据和航道业务数据传送所述大数据分析引擎，大数据分析引擎将所述航道动态感知数据、航道静态测绘数据和航道业务数据映射为数据库表，并进行分析，得到包括天气信息、动态水文信息和危险预警信息在内的分析结果，所述数据集成管控组件将所述分析结果提交给公共服务组件；公共服务组件用于将所述分析结果进行包装与解读后，传送给综合信息平台，所述系统管理支撑组件用于监测与管理所述大数据中心。

进一步地，海河联运大数据中心还包括信息交换接口，所述综合信息平台包括信息交换平台接口和AIS网络数据采集模块；

所述综合信息平台根据用户请求，通过信息交换平台接口从信息交换接口向公共服务组件获取所需的所述天气信息、动态水文信息和危险预警信息；

所述综合信息平台根据用户请求通过所述AIS网络数据采集模块采集所述船体周围环境信息与实时的船体信息，并将其与所述三维电子航道图结合，得到航道管理信息、导航图更新信息以及路径规划信息；

所述综合信息平台对相应的天气信息、动态水文信息和危险预警信息、航道管理信息、导航图更新信息以及路径规划信息，进行发布。

上述进一步技术方案的有益效果为：上述技术实现了对天气信息、动态水文信息和危险预警信息的获取，对周围环境信息与实时的船体信息的处理，以及对天气信息、动态水文信息和危险预警信息、航道管理信息、导航图更新信息以及路径规划信息的发布，使得海河联运的信息更加智能化，有助于提高水运的安全性、快速性。

进一步地，所述综合信息平台还包括信息服务接口及推送模块、信息服务窗口和岸基信息发布窗口；所述信息服务接口及推送模块对相应的天气信息和动态水文信息通过信息服务窗口进行发布，对相应的危险预警信息、航道管理信息、导航图更新信息以及路径规划信息通过岸基信息发布窗口进行发布。

进一步地，所述智能船舶子系统还包括环境感知设备和船体监测设备；智能船舶子系统通过环境感知设备和船体监测设备分别获取周围环境信息与实时的船体信息。

进一步地，所述船体周围环境信息，包括航道水文信息、周围船舶信息和视频信息；所述实时的船体信息包括船舶定位、船舶能耗情况、剩余油量、设备实时状态。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例所述系统结构示意图；

图2为本发明实施例所述电子航道图子系统结构示意图；

图3为本发明实施例所述航道岸基物联网支撑系统结构示意图；

图4为本发明实施例所述海河联运大数据中心结构示意图；

图5为本发明实施例所述综合信息平台结构示意图；

图6为本发明实施例所述智能船舶子系统结构示意图；

图7为本发明实施例所述系统架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提出了一种面向海河联运的船岸一体化系统，包括电子航道图子系统、航道岸基物联网支撑子系统、海河联运大数据中心、综合信息平台子系统，所述系统结构示意图，如图1所示；

所述电子航道图子系统结构示意图，如图2所示，包括实测数据采集模块、矢量模型建立模块、三维模型建立模块；所述电子航道图子系统用于利用实测数据(外业实测数据)和地理信息数据生成三维电子航道图，所述三维电子航道图中包括航道静态测绘数据，具体的，

在电子航道图系统中，实测数据采集模块以人机交互的方式，利用预先编写的辅助采集算法(如特征提取算法、线跟踪算法)采集包括水深、航道轮廓、航道设施和跨河管线在内的外业实测数据，并通过预先制定的拓扑规则，校验并构建相应实测数据的拓扑关系，得到相应实测数据的矢量模型，基于所述相应实测数据的矢量模型得到航道图；

矢量模块建立模块以自动建模的方式，对航道沿岸倾斜摄影数据进行三维建模并对建模结果编辑校正，得到航道沿岸设施及航道沿岸地形的三维模型数据；

三维电子航道图生成模块将所述航道图和三维模型数据在开源的地理信息数据的基础上进行数据融合，形成三维电子航道图；

所述三维电子航道图以开源的地理信息数据作为底图，突出航道要素，航道沿岸的数据为三维模型，航道区域采用二维电子海图的风格，带有水深线及水深信息；保证了实测数据和地理信息数据的合理利用，增强了航道的数据融合程度。

在一个具体实施例中，需要在数据安全体系与数据标准化体系之下，对所述三维电子航道图进行逐字段的检校，验证其完整性、合理性、有效性；

还需依据国家、行业要求，对检校后的地理信息数据进行脱密处理，具体为，依照《公开地图内容表示若干规定》，对地理要素及空间位置精度进行脱密，对具有涉密属性的地物进行涉密属性删除或者不予显示，利用空间变换及投影变换，将空间位置精度降至国家安全要求的范围以外，达到公开发布的精度要求；

接着对进行过脱密处理的地图进行封装，完善制图工作，使它的数据格式、排版方式、图形图例等要素都符合行业标准，最终获得可公开的、移植性好的三维电子航道图。

电子航道图系统生产出的地图数据，包括航道静态数据，所述航道静态数据可作为大数据中心的数据来源，录入大数据中心，使其用以进行地理信息分析，由综合信息服务平台为港航管理部门提供电子航道图服务、为船舶提供安全助航电子导航图服务。

航道岸基物联网支撑系统结构示意图，如图3所示。在航道沿岸布设航道要素相关的助航设施以及航道、水文、气象等各种智能传感设备，包括高清固定枪机、高清网络一体化球机、抓拍摄像机、全景摄像机、AIS接收机、RFID船名牌读卡器、激光流量检测设备、水位传感器、流速流向传感器、水质传感器、油污传感器、气象传感器、桥梁碰撞传感器、环境传感器等，通过上述传感设备、助航设施对航道数据进行动态感知，获取航道动态感知数据；还包括广播设施，具体为广播设备和显示屏等，以用于对航道动态感知数据进行信息发布，例如，对过往船舶进行个性化信息推送。

所述航道岸基物联网支撑子系统还包括航道业务数据获取设备，所述航道业务数据获取设备从航港管理部门获取航道业务数据，所述航道业务数据包括水路规费、行政许可处罚、航道交通量、航道运输量(船舶运用情况、船闸运行信息)、港口吞吐量、水路运输业服务业增加值、水利的水文信息等数据；水路规费数据是指过闸费、船舶港务费、船检港监费等数据；行政许可处罚数据是指航道、海事等管理部门的行政许可与处罚数据；航道交通量是指定航道船舶经过总量或所有航道船舶经过总量；航道运输量是指定航道运输货物总吨数或所有航道运输货物总吨数，可按船型统计的运输量、也可按过船闸统计的运输量；水路运输业服务业增加值是指水路运输服务行业在一个周期内(一般以年计)比上个清算周期的增长值；港口吞吐量数据是指散货吞吐量、集装箱吞吐量、总货物吞吐量等数据；水文数据是指水文监测点的水位数据；

将航道动态感知数据、电子航道图的航道静态测绘数据以及航港管理部门的航道业务数据作为感知数据一并送到海河联运大数据中心，为综合信息平台进行大数据应用提供数据来源。

海河联运大数据中心结构示意图，如图4所示；包括大数据采集层、大数据储存层以及大数据处理与分析层；所述大数据采集层用于采集所述航道动态感知数据、航道静态测绘数据和航道业务数据，并将其传送至所述大数据存储层，具体的，通过数据接口将航道动态感知数据从航道岸基物联网支撑子系统中采集，将航道静态测绘数据和航道业务数据进行录入，将这些数据按照数据目录与元数据的形式进行存储，并将其传送至所述大数据处理与分析层；

所述大数据处理与分析层包括大数据分析引擎、数据集成管控组件、公共服务组件和系统管理支撑组件；

大数据分析引擎用于负责数据挖掘与分析，是数据中心的驱动与核心；一个具体实施例中，采用Hive作为大数据分析引擎，通过基于Hadoop的数据仓库工具，将结构化的数据文件映射为数据库表，并提供完整的SQL查询功能，可以将SQL语句转换为Map-Reduce任务，进行船岸一体化系统数据库的统计分析；

数据集成管控组件作为大数据分析引擎的上下游，负责输入输出数据的管理；

所述数据集成管控组件将航道动态感知数据、航道静态测绘数据和航道业务数据传送所述大数据分析引擎，大数据分析引擎将所述航道动态感知数据、航道静态测绘数据和航道业务数据映射为数据库表，并进行分析，得到包括天气信息、动态水文信息和危险预警信息在内的分析结果，所述数据集成管控组件将所述分析结果提交给公共服务组件；公共服务组件用于将所述分析结果进行包装与解读后，传送给综合信息平台，为船员和管理人员提供可读、可视化的船舶危险预警服务、航道信息管理服务等；

所述系统管理支撑组件用于监测与管理所述大数据中心，包括用户权限设置、异常检测、数据通讯体系及数据安全体系，保障大数据中心的正常运行；

需要说明的是，海河联运大数据中心还包括信息交换接口。

综合信息平台结构示意图，如图5所示；所述综合信息平台包括信息交换平台接口、AIS网络数据采集模块以及电子航道图数据发布模块；

所述综合信息平台根据用户请求，与大数据中心通过有线网络进行交互，具体的，通过信息交换平台接口从信息交换接口向公共服务组件获取所需的所述天气信息、动态水文信息和危险预警信息；

所述综合信息平台根据用户请求通过所述AIS网络数据采集模块采集所述船体周围环境信息与实时的船体信息，并将其与电子航道图数据发布模块提供的所述三维电子航道图结合，得到航道管理信息、导航图更新信息以及路径规划信息；

所述综合信息平台对相应的天气信息、动态水文信息和危险预警信息、航道管理信息、导航图更新信息以及路径规划信息，进行发布。

所述综合信息平台还包括信息服务接口及推送模块、信息服务窗口和岸基信息发布窗口；所述信息服务接口及推送模块对相应的天气信息和动态水文信息通过无线网络向船舶的信息服务窗口进行发布，对相应的危险预警信息、航道管理信息、导航图更新信息以及路径规划信息通过有线网络向航道服务区向岸基信息发布窗口进行发布。

所述系统还包括智能船舶子系统，其结构示意图，如图6所示；所述智能船舶子系统，包括通讯模块、环境感知设备、船体检测设备以及船载终端，所述环境感知设备、船体检测设备分别用于获取船体周围环境信息与实时的船体信息，通讯模块将所述船体周围环境信息与实时的船体信息上传至综合信息平台与航道岸基物联网支撑系统；

所述智能船舶子系统还用于通过通讯模块获取所述综合信息平台发布的信息和服务，并将所述周围环境信息、实时的船体信息以及所述综合信息平台发布的信息和服务进行分析及处理，得到船舶状态、船舶的路径规划，将所述船舶状态和船舶的路径规划在船载终端上显示；可为船舶航行时提供实时的航行辅助决策和能耗辅助决策，并对船体状态进行评估；

上述船体周围环境信息，包括航道水文信息、周围船舶信息和视频信息；所述实时的船体信息包括船舶定位、船舶能耗情况、剩余油量、设备实时状态。

面向海河联运的船岸一体化系统，架构示意图，如图7所示，船岸通过公网、AIS等等通信网络进行实时交互；综合信息平台在船舶航行时提供必需的导航信息，包括导航需要的实时航道信息(气象、水位、风向、风速、恶劣天气预警、桥梁高度)、导航图更新信息、航行过程中的路径规划信息以及平台给船舶发送的指令信息。智能船舶系统通过航道岸基物联网实时上传船体周围环境信息、实时的船体信息。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种面向海河联运的船岸一体化系统，其特征在于，包括：

电子航道图子系统，包括实测数据采集模块、矢量模型建立模块和三维电子航道图生成模块；所述实测数据采集模块利用预先编写的辅助采集算法采集包括水深、航道轮廓、航道设施和跨河管线在内的实测数据，构建相应实测数据的拓扑关系，得到相应实测数据的矢量模型，基于所述相应实测数据的矢量模型得到航道图；所述矢量模型建立模块以自动建模的方式，对航道沿岸倾斜摄影数据进行三维建模，并对建模结果编辑校正，得到航道沿岸设施及航道沿岸地形的三维模型数据；所述三维电子航道图生成模块将所述航道图和三维模型数据在地理信息数据的基础上进行数据融合，形成三维电子航道图，所述三维电子航道图中包括航道静态测绘数据；所述三维电子航道图以开源的地理信息数据作为底图，突出航道要素，航道沿岸的数据为三维模型，航道区域采用二维电子海图的风格，带有水深线及水深信息；

航道岸基物联网支撑子系统，包括航道、水文、气象传感设备以及助航设施，用于获取航道动态感知数据；从航港管理部门获取航道业务数据；还包括广播设施，用于对航道动态感知数据进行信息发布；将所述航道动态感知数据、航道静态测绘数据以及航道业务数据一并传送至所述海河联运大数据中心；

海河联运大数据中心，用于根据航道动态感知数据、航道静态测绘数据以及航道业务数据生成分析结果；

综合信息平台，包括信息交换平台接口、AIS网络数据采集模块以及电子航道图数据发布模块；用于根据用户需求获取所述分析结果，进行信息发布；

所述综合信息平台根据用户请求通过所述AIS网络数据采集模块采集船体周围环境信息与实时的船体信息，并将其与所述三维电子航道图结合，得到航道管理信息、导航图更新信息以及路径规划信息；

所述系统还包括智能船舶子系统，所述智能船舶子系统，用于获取船体周围环境信息与实时的船体信息，并将所述船体周围环境信息与实时的船体信息上传至综合信息平台与航道岸基物联网支撑系统；

还用于获取所述综合信息平台发布的信息和服务，并将所述周围环境信息、实时的船体信息以及所述综合信息平台发布的信息和服务进行分析及处理，得到船舶状态、船舶的路径规划，将所述船舶状态和船舶的路径规划在船载终端上显示。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述航道业务数据为水路规费、行政许可处罚、航道交通量、航道运输量、港口吞吐量、水路运输业服务业增加值或水文信息数据中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述海河联运大数据中心具体包括大数据采集层、大数据存储层、大数据处理与分析层；

所述大数据采集层用于采集所述航道动态感知数据、航道静态测绘数据和航道业务数据，并将其传送至所述大数据存储层；

所述大数据存储层用于对航道动态感知数据、航道静态测绘数据和航道业务数据进行存储，并将其传送至所述大数据处理与分析层；

所述大数据处理与分析层用于对航道动态感知数据、航道静态测绘数据和航道业务数据进行数据分析，得到包括天气信息、动态水文信息、危险预警信息在内的分析结果。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述大数据处理与分析层具体包括大数据分析引擎、数据集成管控组件、公共服务组件和系统管理支撑组件；

所述数据集成管控组件将航道动态感知数据、航道静态测绘数据和航道业务数据传送所述大数据分析引擎，大数据分析引擎将所述航道动态感知数据、航道静态测绘数据和航道业务数据映射为数据库表，并进行分析，得到包括天气信息、动态水文信息和危险预警信息在内的分析结果，所述数据集成管控组件将所述分析结果提交给公共服务组件；公共服务组件用于将所述分析结果进行包装与解读后，传送给综合信息平台，所述系统管理支撑组件用于监测与管理所述大数据中心。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，海河联运大数据中心还包括信息交换接口；

所述综合信息平台根据用户请求，通过信息交换平台接口从信息交换接口向公共服务组件获取所需的所述天气信息、动态水文信息和危险预警信息；

所述综合信息平台对相应的天气信息、动态水文信息和危险预警信息、航道管理信息、导航图更新信息以及路径规划信息，进行发布。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述综合信息平台还包括信息服务接口及推送模块、信息服务窗口和岸基信息发布窗口；所述信息服务接口及推送模块对相应的天气信息和动态水文信息通过信息服务窗口进行发布，对相应的危险预警信息、航道管理信息、导航图更新信息以及路径规划信息通过岸基信息发布窗口进行发布。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能船舶子系统还包括环境感知设备和船体监测设备；智能船舶子系统通过环境感知设备和船体监测设备分别获取周围环境信息与实时的船体信息。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述船体周围环境信息，包括航道水文信息、周围船舶信息和视频信息；所述实时的船体信息包括船舶定位、船舶能耗情况、剩余油量、设备实时状态。

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