内河电子航道图发展现状及思考

徐海潮，谢 斌

(华设设计集团股份有限公司 江苏省综合交通智能感知与管控重点实验室, 江苏 南京 210014)

0 引 言

内河航运是我国综合交通运输体系中不可或缺的部分，近年来，我国交通运输业快速发展，急需内河航运提供强有力的支撑。在国家的大力支持下，国家有关部门相继印发了《智能船舶发展行动计划(2019—2021年)》《智能航运发展指导意见》和《交通强国建设纲要》等政策性文件，要求将数字航道、智能船舶和智能航运作为现阶段信息化发展的目标。在此背景下，各级航道和海事主管部门积极研究探索借助信息化手段提升业务管理和服务水平，各种水运地理信息平台开始出现。然而，内河电子航道图(Inland Electronic Navigation Chart,IENC)作为这些平台的核心组成部分和数据基础，由于缺乏国家层面的顶层设计和统一标准，加上我国水系众多，各水系独自建设，并自成体系，易形成信息孤岛[1-2]。因此，为实现内河数据资源共享，形成规范、统一的IENC资源，有必要研究并解决IENC技术问题。本文主要对国内外IENC的发展现状进行分析，指出IENC存在的问题，并提出解决思路，为绘制互联互通、数据共享的统一标准IENC提供参考。

1 IENC国外发展现状

1.1 国际组织

欧洲内河电子海图显示与信息系统(Electronic Chart Display and Information System,ECDIS)专家小组与内河电子航道图协调组(IENC Harmonization Group,IEHG)共同组成了IENC的国际组织，其中：欧洲内河ECDIS专家小组由欧洲多个国家的专家组成，旨在开发和维护基于统一标准的俄罗斯和欧洲内河ECDIS；IEHG由美洲、欧洲和亚洲等地的多个国家的政府、学术界和工业界的杰出代表组成，成立于2003年，旨在促进IENC数据国际标准的研究和发展，我国于2009年加入IEHG[3-5]。

1.2 美洲、欧洲和亚洲地区

美国的内河航道由莫比河水系、哥伦比亚河水系、墨西哥湾沿海水系、密西西比河水系和大西洋沿海水系构成，总里程达41 000 km。截至2015年底，美国已完成20条内河水域的电子航道图制作，电子航道图总里程达13 197 km，另外还有怀特河的394 km河段正在开发。因具有先进的科技作为支撑，美国基于IEHG2.2版和IHO S-57标准研发了IENC，覆盖率很高。巴西的海道测量导航委员会基于IEHG2.2版标准研发了亚马逊河干流和支流、巴拉圭河巴西段、亚马逊河支流雅里河和支流等河流的14 520 km里程IENC[4-5]。

截至2013年11月，欧洲IENC总里程为10 250 km，主要覆盖莱茵河、摩泽尔河、多瑙河、萨瓦河、易北河、龙河和德拉瓦河等流域；亚洲IENC总里程约为30 000 km，主要覆盖鄂毕河、勒拿河、叶尼塞河和黑龙江等流域[4-5]。

1.3 国际IENC标准

欧洲内河ECDIS专家小组和IEHG自成立以来，一直在不断完善国际IENC标准，制订了数十项标准，其中具有代表性的标准见表1。

表1 部分具有代表性的国际IENC标准

2 IENC国内发展现状

2.1 国内相关组织

我国内河有长江、赣江、汉江、珠江、西江、京杭大运河、黄河和黑龙江等水系，各水系的IENC是单独研究制作或筹划制作的，目前尚未成立统一的IENC标准委员会。

2.2 国内内河水系

根据IEHG组织2013年的会议记录，当我国各水系的IENC全部完成时，IENC里程将达到124 200 km，具备完善的IENC网络，其中五大水系规划的IENC里程见表2。

表2 我国内河五大水系规划的IENC里程

目前，长江IENC 3.0版本已覆盖2 687.8 km长江全线、388 km赣江樟树至湖口及环鄱阳湖航道和75 km汉江航道；珠江约300 km航道测绘数据导入航道基础地理信息数据库已基本完成，并已筹划逐步建立地理信息系统(Geographic Information System,GIS)与IHO S-57标准并存的IENC体系；松花江和黑河区段分别完成了约900 km和130 km的IENC制作；湘江依托2 000吨级航道建设工程，开启了IENC制作工作；京杭大运河已制作约400 km数字化地形图，并已谋划电子航道图系统建设工程[5]。

2.3 国内IENC标准

目前国内尚未成立IENC标准委员会，与之相关的标准较少。长江航务管理局、长江航道局及其直属的长江航道测量中心等单位根据我国长江的特点，结合IHO和IEHG发布的内河国际标准，制定了数项长江IENC标准，规范和指导长江IENC健康有序发展，主要标准见表3。

表3 我国长江IENC标准

3 国内IENC技术

3.1 国内内河航道体系

就IENC而言，当前仅有长江航道局建立了较为完备的长江航道体系，可解决长江航道科研、设计、生产、制作和维护等方面的问题，具体任务由长江航道局直属的长江航道规划设计研究院、长江航道测量中心和各区域航道局承担。长江航道体系架构和业务工作图见图1。

图1 长江航道体系架构和业务工作图

3.2 IENC制作技术

目前长江IENC制作技术较为成熟，代表着我国IENC制作技术的最高水平，主要分为清华山维制作技术和基于空间地理数据库(Geo Data Base,GDB)模板的制作技术2种。

1)清华山维制作技术的应用过程是对数据进行处理，将处理后的外业测量数据导入航海信息系统(Nautical Information System,NIS)库，并根据图幅范围制作长江IENC，基于该技术的长江IENC制作流程见图2。外业测量的陆域要素(桥梁)和水域要素(水深、航标等)储存在CAD文件中，码头、港口、河流和公路等专题要素储存在EXCEL文件中，清华山维软件可自动对CAD文件和EXCEL文件进行数据处理，并使处理后的数据符合《长江电子航道图数据传输标准》(CJ-57)的要求。依托数据标注和水深点数据构建航道水深三角网，根据三角网生成等深线和等深面，检查数据质量，判断生成的IENC成果文件与制图模板的一致性[6-10]。

图2 基于清华山维制作技术的长江IENC制作流程

2)GDB模板制作技术也是制作长江IENC常用的技术之一，数据采集GDB模板和建立地物要素与S-57的物标之间的关系是其关键所在。根据CJ-57标准、NIS模型和研究区内地物要素的种类制作GDB模板；建立地物要素与CJ-57的物标之间的关系，该对应关系和GDB模板中的每个要素类与NIS模型中的每个要素类的对应关系完全一致；将处理后的要素数据存储至NIS库内，根据图幅范围和研究区域制作IENC[6]，制作流程见图3。

图3 基于GDB模板的长江IENC制作流程

3.3 长江数字航道与长江IENC融合更新技术

近年来，长江内河航道信息化建设在国家有关部门的高度重视下得到了快速推进。2019年底，长江航道全线6 529座航标和154座水位站均已具备遥测遥控能力，初步建成贯穿整个长江的数字航道。然而，长江数字航道与长江IENC的数据交换共享缺乏机制和标准，航标异动和水位等航道动态信息采集之后无法及时共享给长江IENC系统，导致提供的最新电子航道图数据信息的时效性变差。鉴于此，长江航道测量中心研发了长江数字航道系统与IENC融合技术，该技术采用“交换+服务”的运行模式，即先在区域航道局数字航道系统内获取航标和水位等关键数据，在IENC系统内获取IENC数据，然后将这些数据整合至数据交换与共享平台内，由该平台完成数据匹配、融合，并向IENC公共服务平台和区域航道局数字航道系统推送最新的.000航道图(更新航标和水位数据)文件，向长航相关业务系统推送与之对应的服务[11]。

4 我国IENC发展面临的困难

由于我国IENC起步较晚，水系多而分散，内河航道测绘技术发展缓慢，信息资源孤立，IENC标准匮乏，导致IENC发展过程中存在很多困难，主要如下。

4.1 建设各自为阵，标准不一

我国内河各水系研究的IENC相互独立，导致长江与其各支流之间的IENC不兼容，水系与水系之间的IENC不兼容，水系与海洋之间的IENC也不兼容。例如珠江流经广西和广东两省，广西省航道管理部门基于S-57标准开发IENC，而广东省航道管理部门采用ArcGIS技术研发IENC，致使该水系在不同航段需执行不同的标准，不仅给船舶带来了极大不便[12-14]，而且使得跨部门、跨航段、跨流域用户的个性化和多样化需求无法得到满足。

4.2 动态数据丰富，共享困难

我国长江、赣江、汉江、珠江和西江等水系建设有航标遥测遥控系统，长江干线建设有水位遥测遥报系统，丰富了内河航道水深实时数据。然而，除了长江航道，其他水系暂无较为成熟的航道感知信息融合技术，难以准确、及时、可靠、全面地感知航道、航标、水位和气象等环境要素，导致IENC更新频率较慢，无法为社会及时、高效地提供最新的IENC。

4.3 定位精度不高，阻碍发展

当前水运行业的导航定位精度一般约为10 m，仅能适应船员驾驶船舶的需求。若要深入推进《智能船舶发展行动计划(2019—2021年)》《智能航运发展指导意见》和《交通强国建设纲要》政策的实施，需要以高精度位置服务为支撑，以IENC为载体，为航运管理、船舶安全航行和水上应急等提供实时、精准、便捷的服务。然而，现有定位精度下的IENC在智能船舶、自主航行、智能航保和智能监管等方面提供助航、导航位置服务时无法满足上述要求，阻碍了智能航运的发展。

4.4 航道科技发展缓慢，缺乏前沿技术

当前，IENC水深主要依靠航道测量船测量，航道水文主要依靠沿途建设的水文站监测，桥梁净空依靠人工测量，这些方法均需消耗大量的人力和物力，且易受外界环境影响，难以满足智能航运的发展需求。

4.5 系统建设较好，维护性差

信息化系统遵循“三分建设，七分维护”的原则，但当前我国的水系大都重视IENC研发，很少对系统建设之后的运维进行研究。

5 我国IENC未来发展思考

为确保IENC统一、协调、健康发展，建议采取以下措施：

5.1 共同成立委员会，制定统一标准

由全国所有内河水系的专家共同成立IENC标准委员会，结合我国各大水系中有代表性的内河、运河、湖泊和水库等水系的主要特点，研究制定符合国情的《内河电子航道图技术规范》。此外，制定IENC数据采集、航道感知要素信息交换共享和应用服务等方面的标准，确保IENC生产、制作、校验和维护等各阶段的数据均有据可依。同时，保持与IEHG的沟通和合作机制，积极参与编制IEHG相关标准，力争使我国IENC标准早日与国际IENC标准接轨。

5.2 学习先进案例，吸收成功经验

长江航道局及其直属单位已从事电子航道图研究十余年，为社会输出了一些宝贵的科研成果，建议其他水系与长江航道局保持密切的沟通交流，并借鉴其成果和经验(如IENC制作技术、数字航道与IENC融合技术和CJ-57标准等)，针对本水系的特点进行优化完善，研发具有特殊性、落地性、兼容性和可操作性的电子航道图。

5.3 建立增强服务，生产高精度航道图

智能船舶、自主航行和智能航运等应用场景需精确反映出航道的水深情况，以便更好地为船企、港口、海事和航道等单位提供服务，迫切需要建立CORS增强定位服务，以提高IENC外业采集数据的精度，为制作生产高精度IENC提供基础数据。

5.4 利用前沿科技，提高生产服务能力

当前人工智能和大数据已在很多行业得到应用。建议利用智能船自动采集、测量航道水深数据，利用机器视觉系统自动获取水位站数据。此外，建议利用自身的航标遥感遥测、水位遥测遥控和视频结构化与半结构化数据，以及与外部交换共享的船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据、船舶交通管理系统(Vessel Traffic Service,VTS)数据、水文和气象数据，综合研判，自动预报未来几天的航道水深，为社会提供智能化的IENC服务。

5.5 建立维护机制，确保长效运维

建议航道管理部门成立专门的系统运维管理机构，统筹协调系统运维工作，落实专项运维资金，建立可靠、稳定的技术维护力量，构建完善的运维保障体系(运维技术方案、运维人员、运维职责和运维管理制度)；相关行业管理部门密切配合，以保证IENC系统长效运行和可持续发展。

6 结 语

本文在综述国内外IENC发展现状和国内IENC技术的基础上，深入分析了国内IENC发展面临的问题，并提出了应对措施，供航道管理部门参考。随着相关航运政策的出台，以及人工智能、大数据、无人船和5G等科技的日益成熟，IENC对智能航道、智能航运的促进作用日益显著，其将引领内河航运朝着高端化、精细化和智能化方向发展，并全面提升内河航运应用、服务和管理水平，充分发挥内河航运的优势，助力智能航运发展。