浮标在绿航道建设中的应用研究
浮标在绿航道建设中的应用研究
◎ 程洪  交通运输部南海航海保障中心广州航标处
摘  要：传统浮标功能单一，维护成本大，且维护保养存在污染。为贯彻落实绿航道建设，加大新技术、新材料、新工艺和新功能的投入，通过使用线性低密度聚乙烯新材料、一体化灯器，集成视频监控和多用途传感器，全面提升污染防治、节能低碳、生态保护、资源节约循环利用水平，推进绿航道建设。
关键词：绿航道；浮标；环保
1.引言
航标是维持海上运输畅通，保障船舶安全、经济航行的重要设施，对发展我国水上交通运输事业，支持海洋资源开发和渔业捕捞，促进国民经济建设和发展，加强国防建设和维护国家主权均有非常重要的作用。近年来，港珠澳大桥、深中通道、海上风电场、隧道工程等一系列的国家、省市重点水上工程顺利建设离不开航标的助航保障服务。广州航标处辖区内粤港澳大湾区建设正如火如荼地建设着，湾区内利用船舶出行的旅客众多，每天往返香港、澳门、广东（珠海、中山、深圳、佛山、东莞等）等地的高速客船多达500多艘次；珠江口多个港口货运吞吐量大，每天穿梭的航运船舶多达几千艘次；各类涉海工
程也正如火如荼地建设当中。在这种背景下，湾区建设对航标高质量服务的需求是不言而喻的。另外由于“海洋强国”“交通强国”等国家战略的实施，必然刺激航运增量发展与航运扩容需求，航标服务质量也提出了新的要求。在这些历史契机下，需要我们提供绿、环保、高效、便捷、智能的航标服务。
2.广东航道规划情况
按照《广东省的航道总体规划》（2020-2035年），全省的航道总体布局为构建“八通、两横、一网、三
连、四线”主骨架，形成内外联通、
干支衔接的全省航道“一张网”。其
中，广州航标处的辖区处于“八通”
中的珠江口进港主通道（含广州港出
海航道、深圳港西部港区进港航道、
矾石水道等）、深圳港盐田港区进港
航道，用于支撑国际枢纽港广州港和
深圳港的国际贸易发展；“两横”中
的沿海东西向航路中的阳江、江门、
深圳沿海水域，及西江和东江线中的
广州通航水域，密切粤东西地区与粤
港澳大湾区联系。“一网”中的广州、
东莞、深圳沿线的珠三角高等级航道
网，形成珠江三角洲经济发展和对外
贸易的主要连接通道和江海中转联
运的网络；“四线”中的江门港广海
湾航道和阳江港海陵湾港区主航道，
促进全省沿海港口均衡发展，促进沿
海产业发展和转型升级，支撑沿海经
济带发展。
近期（2020-2025年）在建的沿
海项目有深圳港西部港区出海航道
疏浚拓宽工程（20万吨级）；新建的
沿海项目有广州港环大虎岛公用航道
工程（7万吨级）、广州港 20万吨级
航道工程（含小船航道）、广州港环
大虎岛公用航道工程（7万吨级）、广
州港20万吨级航道工程（含小船推荐
航道）。
中期（2026—2035年）强化航道
与港口发展规模相互适应，科学合理
实施粤西和粤东沿海超深水航道，重
点推进14个沿海港口进港航道等项
目的实施，全面提升沿海航道等级。
其中，广州航标处辖区的项目有盐田
港区进港航道（20万吨级）、秤头角
LNG航道（10 万吨级）、妈湾港区进
港航道（10万吨级）、蛇口港区进港
航道（15万吨级）、龙鼓西航道（20
万吨级）、广州港出海航道（北段）
（7万吨）。
3.浮标情况
目前，浮标大多是用钢材制作，
钢材易腐蚀，需要进行防腐处理，涂
刷大量防腐化学材料和表面颜，给
海洋生物造成巨大威胁，严重污染海
洋环境。浮标灯器、电池、太阳能板、
A IS、雷达应答器独立配置，增加航
标工作人员现场作业难度，存在安全
隐患。另外，浮标设置在海洋、河流、
航道，具备优良的设备搭载性能。
根据《交通强国建设纲要》和
《交通强国海事建设纲要（2018-
2050）》的战略部署，交通运输部印
发《绿交通“十四五”发展规划》，
推动航保业务转型升级，推广应用航
标新材料、新技术、新工艺，增强视
觉助航效能，促进节能减排。为了保
护和改善海洋环境，保护海洋资源，
防治污染损害，维护生态平衡，在航
12学术　ACADEMIC
道上布设灯浮标选用线性低密度聚乙烯新材料制作，安装一体化灯器。搭载视频监控和多用途传感器，拓展航标功能，全面提升污染防治、节能低碳、生态保护、资源节约循环利用水平，推进绿航道建设。
4.线性低密度聚乙烯新材料浮标
浮标釆用先进的制造技术及工
艺，釆用进口线性低密度聚乙烯原材料（见图1），应用于浮体、显形板、顶标等部位，充分发挥了材料的优异性能。产品结构设计合理，坚固耐用且外形美观，视觉效果极佳，提高了助航性能，为船舶航行安全，提供了强有力的保障。
（1）新材料模块采用优质的线性低密度聚乙稀（LLDPE）原材料结合先进的滚塑一体成形工艺，具有结构坚固、耐腐蚀性强、韧性强、耐老化等特点。
（2）浮标整体在高盐高湿强紫
外线的海洋环境下，使用10年后，其结构强度仍可保证助航要求，表面颜
仍符合IALA标准，期间不需要进行刷漆着工作。
（3）浮标生产过程绿环保、
无污染；且整体材料无毒无害，可回收再利用，符合国家相关环保要求。
（4）浮标浮体内部填充闭孔率
大于90%的双组份发泡材料，保证浮体受损后不会进水沉没而影响航行安全。大湾区在哪
（5）浮标表面光滑，海生物不易
附着，使用高压水可轻松清除表面污渍，大大降低了后期的运行维护强度及成本。
5.“北斗+AIS”一体化航标灯
目前国内航标设备远程监控主
要采用北斗通信方式，只有航标管理部门能看到航标的运行状态，过往船
舶只能通过目视观察标志，在能见度较低时航行危险系数较高。
A I S 航标只在重要位置和拐点
设置，且北斗终端与AIS单独运行，结构安装与供电相对复杂， A IS航标向周围船舶发出21号报文，AIS航标运行数据（6号报文）通过远程传输，当与AIS航标距离较远时，A I S 的运行信息无法传输给，加上当前航标运行管理系统暂未接入AIS航标数据，航标部门很难对
AIS航标进行有效监管。
将A I S 通信与北斗通信集成于
一体（见图2），通过北斗通信将AIS 航标的数据上传至航标运行管理系统，让航标管理人员实时了解目视航标（航标灯）与无线电航标（AIS）的运行状态，航标灯的运行数据也能通过报文6传输至A IS，双通道监控，数据更可靠；同时也能够减少航
标设备的安装，成本相对较低，后期维护也更方便。
（1）灯器集成A IS通信及北斗
通信单元，既能向过往船舶发送AIS 信号，也能将灯器与AIS的运行信息
上传至监测平台，实现航标信息多方共享。
（2）灯器内置蓝牙模块，可以通
过蓝牙APP获取灯器的运行参数，也能够在不拆卸灯器的情况下设置AIS 信息、灯器运行参数，解决了一体化灯器现场维护、调试困难、A IS参数
必须连接电脑设计的难题。
（3）灯器集成度高，
外形轻巧，
图1  线性低密度聚乙烯新材料浮标
图2  北斗监控系统可同时接收北斗上传的灯器运行数据和AIS运行数据
图3  通讯模块
13
珠江水运    2022    23
安装快捷，便于维护。
6.视频影像系统
智能视频监控系统主要由四路摄像头、主机、通信模块组成，系统远程通过信号与远程监控平台建立连接。当系统触发摄像头启动时，摄像头开始录像，主机将摄录的影像上传至监控平台。系统方框图见图3。
6.1船舶进入到AIS警戒范围内启动摄像
根据已经布设AIS，远程监控平台可以接收水域内所有装载AIS 船台的船舶信息，如位置、航向、航速等；同时可以在远程监控平台上录入智能视频系统的位置和警戒范围，当船舶驶入警戒范围后，
远程监控平台通过4G网络自动发送指令，启动摄像头录像，并在监控上显示报警信息，主机将摄录的影像上传至监控平台。
6.2船舶进入到摄像头识别警戒范围内启动摄像
智能视频系统的摄像头具有强大的图像处理、AI算力、模式识别和计算机视觉技术，能够在一定范围内识别船舶及船舶信息，当船舶驶入摄像头警戒范围（可设置）时，摄像头自动开启录像功能，主机将摄录的影像上传至监控平台，远程监控系统上显示报警信息。相对于传统的安装碰撞传感器的视频影像系统，本系统可以将碰撞之前影像提前摄录并上传至监控平台，就算影像系统被撞失能，仍然能够追溯事故船舶。
6.3人工远程开启摄像
管理人员可以根据需要，通过远程监控平台手动开启摄像头录像，主机将摄录的影像上传至监控平台。在出现大雾天气或者人员落水时，可以支持应急和救援。
7.智能航道功能扩展
绿智能航道可以从两个方面扩展，一是气象、水文、生态环境数据采集，二是气象、水文、生态环境数据播发。这些气象信息可用于船舶
航行保障、海洋科学观测与研究。同
时，通过粤港澳大湾区水域现有航标
进行技术改造，实现关键位置航标
具备能见度观测、风速风向观测、表
面流观测等功能，收集辖区水域通航
信息，并通过网络传输至岸基数据中
心，经处理分析后分发至港口航道相
关运营单位和监管职能部门，作为日
常生产和管理的重要依据。
7.1气象、水文、生态环境数据采集
和船舶航行相关的适合浮标和
灯船进行多渠道感知的水文气象基
础信息主要包括：
① 风速、风向、气压、温湿度、
降雨量等：利用安装于浮标或灯船上
部的气象测量仪对航标位置处的风
速、风向、气压、温湿度、降雨量等进
行监测。
② 能见度：利用安装于浮标或灯
船上部的能见度传感器对航标位置
处的能见度进行监测。当能见度极低
时，会产生报警信息，及时向岸基平
台和过往船只发出安全预警。
③ 波浪：由浮标上的波浪测量仪
测量波高、波向、波周期等数据。
④ 流速、流向：利用安装于浮标
或灯船下部的多普勒流速测量仪记
录航道的流速流向，尤其是剖面流
速流向的观测，可以监测海水倒灌
现象。
⑤ 水深：测量航标所在位置的
水深，水深测量仪一般都包括温度补
偿仪，可以测量航标所在位置水温，
计算落水人员失温趋势。
⑥ 航标姿态：利用安装在航标
上的姿态测量仪及碰撞传感器感知
航标和船舶的碰撞。
⑦ 溢油监测：当水中石油类物
质含量上升时，可能存在海面溢油情
况，航标会及时发出溢油预警，促使
有关部门迅速处置。
⑧ 水温、浊度、盐度、酸碱度等：
由水质测量仪测量水温、盐度、酸碱
度、电导率、溶解氧DO、氧化还原电
位ORP、化学需氧量COD、水浊度、
叶绿素含量等，可以根据这些参数评
估航道水体质量。
⑨ 大气污染指标：大气污染指标
主要包括：PM2.5、船舶尾气含硫量
等。当船只通过航标时，可采用非分
散红外光谱仪（NDIR）对其烟囱部
位实施远程光学摄像，测量分析尾气
成分。若测得含硫量超标，则可推断
该船尾气不达标，由航标将相关信息
发送至海事监管部门。
7.2气象、水文、生态环境数据播发
智能航道系统拟使用III型A IS
航标，可以使用多种接入方式发送
多种信息，信息包含21号报文（A IS
航标报告信息），6号报文（航标——
岸台补充报告信息、航标遥测遥控
信息、水文气象信息、环境监测信息
等）。III型AIS航标回传的数据比较
丰富，能有效避免时隙冲突，保障传
输成功率，发射功率最高可达12.5
瓦，传输距离较远，具备A IS接收功
能，能够辅助记录周边通过的AIS船
只历史记录，并支持气象、水文、生
态环境数据播发功能。
7.3数据采集管理
数据采集控制系统主要完成传
感器通讯、信息采集、数据处理、数
据存储并控制数据传输，保证数据可
以通过不同的通信方式稳定可靠的
将数据传输到指定服务器。按预定
时序（可设置）对各功能模块和通信
设备加电工作，在采集完成后关闭。
正常情况下，按预定的频率，对水文
气象要素进行自动采集和处理；恶劣
海况下，根据内部设定的门限值可加
密观测，恶劣海况结束后可自控恢复
正常观测。对采集数据进行初步质量
控制，内容包括：剔除粗大误差；检
查测量值上下限等。自动编制报文，
利用通信传输系统把数据发送给岸
基系统。采用大容量的固态数据存储
器，用于采集原始数据的保存。
14学术　ACADEMIC

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。