通航水域水上施工监控与航行诱导系统

研究与应用示范

                                                              主要完成单位：中交上海航道局有限公司、中交疏浚技术装备

                 国家工程研究中心有限公司、大连海事大学

1、项目基本情况

该项目来源于2017年度国家重点研发计划公共安全风险防控与应急技术装备重点专项，于2020年6月完成研发并应用。

长期以来，通航施工水域安全预警依赖于广域气象预报，缺少有效的局部短时气象水文环境监控手段，精度和实时性差；海上通信困难，导致安全预警实时性和稳定性难以保证；航行、环境和施工多因素致险机理复杂，安全指标体系不全面，缺乏集监测、识别、评估、预警、防范于一体的综合性安全监测平台及安全航行诱导装置。

该项目开展了通航水域多维因素动态耦合复杂环境下的水上施工安全监测、识别、评估、预警、防范技术等研究，构建了水上施工安全监控技术体系，研制了安全航行智能诱导装置，研制了通航水域水上施工监控云平台并应用示范。

2、技术难点和特点

该项目针对水通信不稳定问题，研发了多链路优选算法、智能预测补全算法、随船舶状态特征的自适应高效压缩算法，实现了施工水域多维安全数据有效传输；开发了环境安全因素、重大装备安全状态、往来船舶运动状态多维安全信息融合算法，研制了高性能水上施工安全监测云平台；创建了重大水上施工装备安全影响的系列量化指标，建立了风险等级评价模型，实现了多因素耦合影响下的模糊判别、风险分级和应急防范，构建了集安全因素监测、识别、分析、评估、防范于一体的水上交通施工工程安全技术体系；构建了新的四周非对称动态船舶领域数学模型，提高了船舶碰撞风险预警精度；研制了受限水域安全航行智能诱导装置，实现了最佳避障航线的实时自动设计和智能避碰操船提示。

3、主要成果和创新点

（1）开发了多链路优选算法、智能预测补全算法、随船舶信号特征的自适应高效压缩算法，环境因素、重大装备安全状态和往来船舶运动状态融合技术，研制了可WEB发布的二维\三维高性能水上施工安全监控云平台，实现了施工水域安全状态数据有效传输、多源信息全融合可视化管理。

（2）基于环境因素、施工装备对通航安全的影响等多维安全因素，构建了包括多层次安全因素指标体系、局部环境及重大施工装备安全状态监测预测方法、多重因素耦合的综合风险分级评价模型以及应急防范措施等的水上交通施工工程安全技术体系。

（3）研究了船舶安全航行智能诱导方法，提出了“慎航角”概念，开发了船舶航行诱导算法与船舶航行风险辨识算法，研制了新型受限水域安全航行智能诱导装置样机。

4、成果应用

通航水域水上施工安全监控与航行诱导系统可实时监测施工水域多维环境、监控船舶重大机具的状态、船舶安全预警、风险评估与分级评价、船舶安全航线设计等功能。云平台支出数据压缩率≥24倍、容量＞200万、支持WEB发布；智能诱导装置样机输入初始信息后，平均输出（诱导方案）速度≥0.2个/分钟、产生的诱导方案适用率≥90%。该系统在横沙东滩围圈（八期）工程、深中通道S04合同段、S09合同段工程中应用，接入工程船舶及其他辅助船舶300余艘，集成包括电子海图、遥感图、区域图在内多种类型的地图，接入潮位站129座，可监测实时风、浪、流等海洋气象信息及施工船舶设备安全状态，累计监控预报台风56次，持续稳定运行1年有以上。

5、经济和社会效益

该项目解决了海上航行施工水域安全监控技术难题，构建了综合性安全监测平台和航行诱导系统，形成了事前预测、事中监控、事后分析的全过程安全防护链条，提高了施工水域施工船舶的安全管控与应急处理效率，提升了海上局部安全因素的监测技术水平，通航施工水域的安全预警能力，推动了水上安全监控技术进步，经济和社会效益显著。