智慧交通导论第五章水路智慧交通

《智慧交通导论》第五章

水路智慧交通讲座老师：赵慕楠LOGO.智慧公路智慧铁路智慧水路智慧航空1234CONTENT水路智慧交通概论水路智慧交通体系智慧港口智慧航道5智慧船舶典型算法6PART01水路智慧交通概论01一、水路智慧交通概论标题添加

从20世纪末开始，国内外水路陆续进入智慧化应用阶段。1993年，荷兰鹿特丹港的ECT码头，率先建成了全球首个自动化集装箱码头。鹿特丹港投用的自动驾驶车辆以AGV和自动堆垛起重机（AutomaticStackingCrane，ASC）为主，并部署了无人机用于执行港口巡查和监管任务。1993年，招商局集团有限公司为香港集装箱码头设计了“集装箱动态跟踪系统（ContainerDynamicTrackingSystem，CDTS）”、“堆场集装箱管理系统（DepotContainerManagermentSystem，DCMS）”持续提升了集装箱码头的作业管理效率。上海在上世纪90年代末的时候，引入并应用集装箱实时管理系统，该系统的使用大大提高了港口工作效率。挪威于2017年推出全球首艘全电动自动驾驶集装箱船“YaraBirkeland”，标志船舶智能化进入新阶段。2011年，天津港东方海陆集装箱码头开始实施预约集港机制。码头开始采用预约集港的模式对送箱集卡进行预约，码头根据预约情况提前对人力和物力进行妥善安排，自实施以后，效果显著，大大减小了集卡在码头的平均排队等待时间，解决了港口拥堵的问题。2018年，宁波港发布“易港通”平台，集成了各类大数据，提供了物流管理与作业协同、港区导航与智能调度、支付与供应链服务、多式联运与货物交易等综合业务一站式管理平台。2022年，四川的川南港务公司借助大数据、云计算、物联网、5G等先进技术打造了港口一体化运营信息平台，实现了港口管理工作流程信息化、数据标准化、日常工作自动化，实现了港口数据统一管理、统一共享、统一数据分析。2022年，新加坡港通过数字平台整合全球物流数据，实现供应链全流程可视化。2023年，德国采用远程控制技术，推动内河道船舶自动驾驶和远程监控管理，以解决人员短缺、控制排碳等问题。2025年2月19日，天津港集团部署满血版DeepSeek，通过积极探索DeepSeek+编程、DeepSeek+个人数据助理、DeepSeek+客服助理、DeepSeek+办公助理等大模型应用场景，打造港口多元应用场景。PART02水路智慧交通体系02二、水路智慧交通体系依据水路智慧系统建设现状结合其在运输工具、港口、航道三个重点细分领域的发展趋势，可以形成整体的水路智慧交通体系建设内容。水路数据平台5、金融等增值服务1、港口与物流管理2、智能船舶管理3、航道管理4、客运管理PART03智慧港口03三、港口综合服务平台以港口为基础，采用“一站式”、“全供应链”服务模式，对外提供综合服务平台，是最近几年国内主要港口智慧化建设方向之一。以集装箱进口业务流程为例，如图所示，至少需要分10步处理重载集装箱从船舶卸载到码头最后变成空箱的过程，同步需要处理每个步骤的集装箱周转信息：03三、港口综合服务平台天津港集团从2024年初立项成立津港通平台研发项目组，持续推进原有天津港电子商务网、港口一站通平台、网上受理中心、EDO平台、天津关港集疏港平台、高速公路差异化化收费平台等的内部业务功能整合及数据打通，并在集装箱进出口业务基础上，逐步整合大宗散货、件杂货、滚装车、液散货等业务服务功能。2024年年底，津港通平台正式上线运行，如图5.5所示，实现了一站式查询、一站式业务办理等综合服务功能，大幅减轻了贸易物流相关企业人员的在线操作压力，改善了港口对外服务营商环境。03三、港口TOS码头操作系统（TerminalOperatingSystem，TOS）主要指为码头集装箱装卸提供远程、自动化、一体化的智能作业系统——是集装箱码头生产运营的核心大脑，是集装箱码头生产作业的“核心管理系统”。JTOS支持自动化集装箱码头、半自动化集装箱码头、人工集装箱码头。在支持自动化集装箱码头领域，JTOS支持自动化岸桥、自动化场桥（如图所示）、自动化水平运输工具智能调度，支持智能理货、智能闸口、自动机检、自动锁站等自动化场景应用。案例码头：天津港第二集装箱码头有限公司。03三、港口TOS

在支持人工集装箱码头领域，支持千万级人工码头全工况作业，支持智能理货、智能闸口、远程集中调度作业操作（如图5.7所示）等智慧化场景应用，支持传统码头自动化改造全过程应用。案例码头：天津港太平洋国际集装箱码头有限公司、天津港联盟国际集装箱码头有限公司、天津港欧亚国际集装箱码头有限公司。PART04智慧航道04四、AIS船舶自动识别系统（AutomaticIdentificationSystem，AIS）是国际海事组织（InternationalMaritimeOrganization，IMO）、国际航标协会（TheInternationalAssociationofMarineAidstoNavigationandLighthouseAuthorities，IALA）、国际电信联盟无线电通信部门（InternationalTelecommunicationUnion-Radiocommunicationssector，ITU-R）于2000年共同强力推广的一个具有船舶自动识别、通信和导航功能的新型助行电子系统。04四、AIS把AIS数据叠加到航海图上，就可以形成专业导航服务图。图为HiFleet平台提供的可以公开访问的AIS数据服务界面，上面密密麻麻的点就是一条条正在海上航行的轮船。04四、AIS图为通过HiFleet平台查询提供的某一条正在航行的船舶数据，包括了MMSI、船首向/航迹向、IMO、航速、目的港、ETA、类型、吃水、船旗、状态、呼号、纬度、长/宽、经度等。港口拖轮经营数据包括了拖轮基本信息数据、从业人员基本信息、经营许可证数据、拖轮作业数据、拖轮养护数据、拖轮配套物资数据、拖轮维修数据等。其它数据包括了码头气象数据、扬尘数据、污水数据、客服服务咨询数据、货运代理数据等。04四、数字航道长江、珠江与京杭运河作为中国内河航运的三条核心动脉，其数字航道建设呈现出差异化技术路径与协同演进特征。三大水道的数字化实践不仅体现了现代信息技术与航道治理的深度融合，更揭示了不同自然条件、航运需求与管理体制对智能化转型的深刻影响。长江数字航道建设以体系化标准构建与全域服务能力提升为核心。2022年，《内河电子航道图技术规范》等三项行业标准的实施，标志着长江方案从工程经验上升为技术范式。依托1052个北斗基准站（密度50公里/站）与毫米级定位服务网络，长江电子航道图实现干线6363公里及金沙江、汉江等支流的全息覆盖，数据更新时效性从24小时压缩至15分钟。在武汉至南京段部署的智能航标系统，通过LoRa自组网技术实现航标位移、灯光状态的实时回传，碰撞预警准确率达94.7%。值得注意的是，长江干线数字孪生平台整合了1.2万个航道要素感知节点，构建起包含水文、地质、船舶行为的四维动态模型，支撑2022年三峡船闸过闸货运量创1.56亿吨历史新高。然而，船闸物理瓶颈仍是核心约束，还需要进一步优化基于排队论与深度强化学习的智能调度算法。PART05智慧船舶05五、智慧船舶智慧船舶主要借助现代信息化技术、智能传感及控制技术、现代船舶自动化技术，来持续提升船舶驾驶智能化、船舶行驶安全、船舶服务舒适、船舶运输效率、船舶检修及管理等的水平，进一步满足客货运的周转服务、水路管理、科学考察等需要。

邮轮（CruiseShip）是一种高端化的特殊客轮，用于特定航线的旅客休闲旅游，其内部提供了住宿、餐饮、娱乐等丰富的服务内容，具有专用的始发及目的港口，船舶本身造价昂贵、一次能承接几千名旅客，如图所示。PART06典型算法06六、典型算法（D-P算法）船舶在航线上航行，对应的AIS会产生很多轨迹数据，其以2秒-180秒一次产生船位报告信息，如果从天津到英国以30天为一个周期计算，则平均一艘船舶产生约30×86400÷90≈28800条记录（这里报告信息产生取90秒一次），若面对几十万条船舶的航行定位数据，则会给系统读写数据及数据分析带来困难，由此需要通过算法适度压缩每条船的轨迹数据，同时保证轨迹形状的相似是程序员需要考虑的问题。轨迹压缩算法分为两大类，分别是无损压缩和有损压缩，无损压缩算法主要包括哈夫曼编码，有损压缩算法又分为批处理方式和在线数据压缩方式，其中批处理方式又包括道格拉斯-普克算法（Douglas–PeuckerAlgorithm，D-P）、自顶向下时间占比（Top-DownTime-Ratio，TD-TR）算法和贝尔曼（Bellman）算法等，在线数据压缩方式又包括滑动窗口、开放窗口、基于安全区域的方法等。D-P算法是将曲线近似表示为一系列点，并减少点的数量的一种轨迹压缩算法。由DavidDouglas和ThomasPeucker于1973年提出。该算法的核心思想是递归地将折线分割为两段，然后根据设定的阈值去除那些偏离直线距离小