科技興航，貨暢船安！
從最初的紙質(zhì)版航行參考圖，到高科技的電子航道圖，船舶導(dǎo)航的載體和方式得到了有效更新，導(dǎo)航的準(zhǔn)確性和便捷性也有了極大提升。然而，前兩者都是二維平面圖，隨著長江航運不斷邁向高質(zhì)量發(fā)展，如何進(jìn)一步實現(xiàn)智慧航道管理？平面航道圖能否變得更立體、更真實可感？
9月25日，記者來到長江重慶航道局指揮中心，了解到該局自2015年起就開始研發(fā)“三維數(shù)字航道系統(tǒng)”。經(jīng)過5年不斷探索，該局已順利研發(fā)出仿真三維航道圖，并在此基礎(chǔ)上運用新技術(shù)，成功研發(fā)出了實景三維航道圖，能實現(xiàn)對航道實景的真實再現(xiàn)。
什么是仿真三維航道圖和實景三維航道圖？兩者之間的區(qū)別和聯(lián)系是什么？該項目的發(fā)展前景又是如何？對此，記者進(jìn)行了探訪。
仿真三維航道圖集成展示水上水下狀態(tài)
2015年初，城市三維精細(xì)模型技術(shù)發(fā)展已較為成熟，但在航道三維仿真模型研究方面仍是空白。如何更好地運用該技術(shù)為航運發(fā)展服務(wù)？如何建設(shè)現(xiàn)代化、數(shù)字化的長江航道？長江重慶航道局開始立項研究“仿真三維數(shù)字航道系統(tǒng)”。
經(jīng)過反復(fù)調(diào)研，長江重慶航道局航標(biāo)處技術(shù)人員決定在靜態(tài)的城市三維精細(xì)模型基礎(chǔ)上，采用當(dāng)時最先進(jìn)的三維仿真建模技術(shù)，將重慶銅鑼峽至菜園壩段航道以3D的形式展現(xiàn)出來。“該做法在國內(nèi)首次實現(xiàn)了三維仿真模擬技術(shù)與長江重慶航道養(yǎng)護(hù)管理工作的深度融合。”該局航標(biāo)處處長聞光華介紹道。
“將航道3D建模以后，航道上的各類設(shè)施全部真實還原在仿真三維航道圖中，包括信號臺、塔形標(biāo)、標(biāo)志船、航行水尺等22種200多個物標(biāo)。航道設(shè)施變得更直觀立體，視覺上有了全新體驗。”聞光華興致勃勃地告訴記者。
“動態(tài)模擬功能是他的最大特色。”他繼續(xù)談到，如該系統(tǒng)實現(xiàn)了虛擬航行功能，可模擬駕駛員視角，隨著船舶航行，系統(tǒng)可動態(tài)顯示航線附近的各類助航設(shè)施、橋梁及過江線纜等設(shè)施的凈空高度等信息；還可以在平臺中實時調(diào)整水位高低，實現(xiàn)與水位相關(guān)的航標(biāo)位置、船舶等數(shù)據(jù)的動態(tài)調(diào)整。
采用多波束航道掃測采集形成1:500水下地形圖后，該系統(tǒng)甚至可以模擬放干江水，真實還原水下地形地貌；通過繪制一條橫跨河道的橫線，系統(tǒng)還將自動生成該處橫斷面圖，直觀展示航道的斷面形態(tài)：該系統(tǒng)還能實時測量任意點的三維坐標(biāo)，直觀獲取河床地形信息，為航道整治提供三維建模方案，模擬航道整治效果。
“在系統(tǒng)測試過程中，航運企業(yè)最為滿意的一個功能就是，鼠標(biāo)在航道圖上可任意點擊，即能顯示當(dāng)前水深，快速為船舶配載提供決策。”聞光華高興地說。
由于功能多項、項目新穎，該系統(tǒng)獲得了“2015年中國地理信息產(chǎn)業(yè)優(yōu)秀工程銀獎。”
實景三維航道圖實現(xiàn)“所見即所得”
雖然“仿真三維數(shù)字航道系統(tǒng)”研究取得了重要的研究成果，但是受當(dāng)時技術(shù)手段限制，展現(xiàn)的成果仍存在真實場景的還原度不夠、仿真度不高、畫面失真等問題，距離應(yīng)用到現(xiàn)實的航道養(yǎng)護(hù)管理工作中有一定差距。
“科技發(fā)展日新月異，航道挖潛也應(yīng)緊跟時代步伐！”聞光華談到，2019年，長江重慶航道局根據(jù)上級“加強長江航道智能化前沿技術(shù)研發(fā)與示范應(yīng)用”的有關(guān)要求，確定開展實景三維技術(shù)的試點應(yīng)用項目。
“我們先后動用了68架次無人機，利用三維傾斜攝影測量技術(shù)，航拍獲取了16萬余張影像，通過實景三維建模技術(shù)，可將消落帶、預(yù)計邊灘、水沫線、礁石形態(tài)、航道基地、航標(biāo)、道路等與航道相關(guān)的要素真實還原，還原程度可達(dá)到95%以上，下視分辨率精度可達(dá)0.02米。”該局航標(biāo)處高級工程師祝孟偉談到，“這個項目可看作是仿真三維航道圖的升級版，具備之前版本的所有功能。”
“所見即所得！該系統(tǒng)不僅能真實、直觀地展現(xiàn)出航道兩岸的樹木花草、房屋磚瓦、航道設(shè)施等，還能實景展示每一座航標(biāo)的地理位置、航標(biāo)形狀和燈型燈質(zhì)等，坐在辦公室就猶如身臨其境，為航行船舶和航道管理提供實景三維航道。”聞光華自信地講道。
他告訴記者，此前仿真三維航道圖實現(xiàn)的環(huán)境集成、交通展示、設(shè)施仿真、航行仿真、船舶管理、水深查詢、水位模擬、斷面分析、量算分析和疏浚分析10大功能，實景三維航道圖都能實現(xiàn)，并且能提供更直觀精準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)信息和影像資料，為船舶航行和配載提供安全、經(jīng)濟、便捷的航道服務(wù)，為航道應(yīng)急救援、防汛預(yù)案制定等提供真實直觀的數(shù)據(jù)支撐。“最關(guān)鍵的是為未來船舶實現(xiàn)無人駕駛做好了較好的鋪墊。”
據(jù)了解，實景三維航道目前已可展示全長27km的重慶示范段航道情況，包含常年庫區(qū)黃花城淤變河段，及變動回水區(qū)長壽王家灘“卡脖子”河段。“我們選擇轄區(qū)內(nèi)極具代表性的兩段河段，是為了提高該技術(shù)的適應(yīng)性，有利于為以后長江航道全線應(yīng)用該技術(shù)打好基礎(chǔ)。”
三維數(shù)字航道系統(tǒng)未來可期
“不管是仿真的還是實景的，三維數(shù)字航道系統(tǒng)都具有數(shù)據(jù)量大，專業(yè)性強，技術(shù)難度大，硬件要求高的特點，建設(shè)起來并不容易。”祝孟偉直言，當(dāng)前我們與技術(shù)人員正在攻堅，努力實現(xiàn)水位變化及水面浮標(biāo)同步變化的真景效果。
“在航拍影像中，水面變化特征十分微小，很難在實景三維航道圖中展現(xiàn)出水面的動感。而且拍攝出來的航標(biāo)也非常小，不易辨識，我們需對浮標(biāo)、岸標(biāo)等進(jìn)行單獨建模，最后對接到實景三維航道圖中。“這確實是個‘浩大工程’！”他感嘆道。
據(jù)了解，下一步，該項目的研究成果將與長江重慶航道局已建成的數(shù)字航道系統(tǒng)對接，實現(xiàn)互聯(lián)互通，進(jìn)一步探索虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實在智能航道中的應(yīng)用研究與示范應(yīng)用，實現(xiàn)航道尺度、水深、實時標(biāo)位等信息與航道實景環(huán)境融合，真實、直觀地反映示范段內(nèi)的航道情況。為航道規(guī)劃、建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、管理及航道演變分析、航標(biāo)布設(shè)、航道保護(hù)、地災(zāi)滑坡分析、航道整治建筑物維護(hù)等航道養(yǎng)護(hù)管理工作提供高效、準(zhǔn)確的技術(shù)支撐。
“這個項目得到了多項具有行業(yè)前瞻性的成果。”長江重慶航道局局長畢方全談道，“該項目的成功研發(fā)，將對保障航行安全、提升航運效益、提高管理效率等發(fā)揮良好的示范作用，有助于打造高質(zhì)量的現(xiàn)代化長江航道。”
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