长江水运监管应用实景三维航道图

科技兴航，货畅船安!

从最初的纸质版航行参考图，到高科技的电子航道图，船舶导航的载体和方式得到了有效更新，导航的准确性和便捷性也有了极大提升。然而，前两者都是二维平面图，随着长江航运不断迈向高质量发展，如何进一步实现智慧航道管理?平面航道图能否变得更立体、更真实可感?

9月25日，记者来到长江重庆航道局指挥中心，了解到该局自2015年起就开始研发“三维数字航道系统”。经过5年不断探索，该局已顺利研发出仿真三维航道图，并在此基础上运用新技术，成功研发出了实景三维航道图，能实现对航道实景的真实再现。

什么是仿真三维航道图和实景三维航道图?两者之间的区别和联系是什么?该项目的发展前景又是如何?对此，记者进行了探访。

航道技术人员操作使用三维航道系统

仿真三维航道图集成展示水上水下状态

2015年初，城市三维精细模型技术发展已较为成熟，但在航道三维仿真模型研究方面仍是空白。如何更好地运用该技术为航运发展服务?如何建设现代化、数字化的长江航道?长江重庆航道局开始立项研究“仿真三维数字航道系统”。

经过反复调研，长江重庆航道局航标处技术人员决定在静态的城市三维精细模型基础上，采用当时最先进的三维仿真建模技术，将重庆铜锣峡至菜园坝段航道以3D的形式展现出来。“该做法在国内首次实现了三维仿真模拟技术与长江重庆航道养护管理工作的深度融合。”该局航标处处长闻光华介绍道。

“将航道3D建模以后，航道上的各类设施全部真实还原在仿真三维航道图中，包括信号台、塔形标、标志船、航行水尺等22种200多个物标。航道设施变得更直观立体，视觉上有了全新体验。”闻光华兴致勃勃地告诉记者。

仿真三维航道系统

“动态模拟功能是他的最大特色。”他继续谈到，如该系统实现了虚拟航行功能，可模拟驾驶员视角，随着船舶航行，系统可动态显示航线附近的各类助航设施、桥梁及过江线缆等设施的净空高度等信息;还可以在平台中实时调整水位高低，实现与水位相关的航标位置、船舶等数据的动态调整。

采用多波束航道扫测采集形成1:500水下地形图后，该系统甚至可以模拟放干江水，真实还原水下地形地貌;通过绘制一条横跨河道的横线，系统还将自动生成该处横断面图，直观展示航道的断面形态：该系统还能实时测量任意点的三维坐标，直观获取河床地形信息，为航道整治提供三维建模方案，模拟航道整治效果。

“在系统测试过程中，航运企业最为满意的一个功能就是，鼠标在航道图上可任意点击，即能显示当前水深，快速为船舶配载提供决策。”闻光华高兴地说。

由于功能多项、项目新颖，该系统获得了“2015年中国地理信息产业优秀工程银奖。”

实景三维航道图实现“所见即所得”

虽然“仿真三维数字航道系统”研究取得了重要的研究成果，但是受当时技术手段限制，展现的成果仍存在真实场景的还原度不够、仿真度不高、画面失真等问题，距离应用到现实的航道养护管理工作中有一定差距。

“科技发展日新月异，航道挖潜也应紧跟时代步伐!”闻光华谈到，2019年，长江重庆航道局根据上级“加强长江航道智能化前沿技术研发与示范应用”的有关要求，确定开展实景三维技术的试点应用项目。

实景三维航道系统

“我们先后动用了68架次无人机，利用三维倾斜摄影测量技术，航拍获取了16万余张影像，通过实景三维建模技术，可将消落带、预计边滩、水沫线、礁石形态、航道基地、航标、道路等与航道相关的要素真实还原，还原程度可达到95%以上，下视分辨率精度可达0.02米。”该局航标处高级工程师祝孟伟谈到，“这个项目可看作是仿真三维航道图的升级版，具备之前版本的所有功能。”

“所见即所得!该系统不仅能真实、直观地展现出航道两岸的树木花草、房屋砖瓦、航道设施等，还能实景展示每一座航标的地理位置、航标形状和灯型灯质等，坐在办公室就犹如身临其境，为航行船舶和航道管理提供实景三维航道。”闻光华自信地讲道。

他告诉记者，此前仿真三维航道图实现的环境集成、交通展示、设施仿真、航行仿真、船舶管理、水深查询、水位模拟、断面分析、量算分析和疏浚分析10大功能，实景三维航道图都能实现，并且能提供更直观精准的空间数据信息和影像资料，为船舶航行和配载提供安全、经济、便捷的航道服务，为航道应急救援、防汛预案制定等提供真实直观的数据支撑。“最关键的是为未来船舶实现无人驾驶做好了较好的铺垫。”

据了解，实景三维航道目前已可展示全长27km的重庆示范段航道情况，包含常年库区黄花城淤变河段，及变动回水区长寿王家滩“卡脖子”河段。“我们选择辖区内极具代表性的两段河段，是为了提高该技术的适应性，有利于为以后长江航道全线应用该技术打好基础。”

三维数字航道系统未来可期

“不管是仿真的还是实景的，三维数字航道系统都具有数据量大，专业性强，技术难度大，硬件要求高的特点，建设起来并不容易。”祝孟伟直言，当前我们与技术人员正在攻坚，努力实现水位变化及水面浮标同步变化的真景效果。

“在航拍影像中，水面变化特征十分微小，很难在实景三维航道图中展现出水面的动感。而且拍摄出来的航标也非常小，不易辨识，我们需对浮标、岸标等进行单独建模，最后对接到实景三维航道图中。“这确实是个‘浩大工程’!”他感叹道。

据了解，下一步，该项目的研究成果将与长江重庆航道局已建成的数字航道系统对接，实现互联互通，进一步探索虚拟现实、增强现实、混合现实在智能航道中的应用研究与示范应用，实现航道尺度、水深、实时标位等信息与航道实景环境融合，真实、直观地反映示范段内的航道情况。为航道规划、建设、养护、管理及航道演变分析、航标布设、航道保护、地灾滑坡分析、航道整治建筑物维护等航道养护管理工作提供高效、准确的技术支撑。

“这个项目得到了多项具有行业前瞻性的成果。”长江重庆航道局局长毕方全谈道，“该项目的成功研发，将对保障航行安全、提升航运效益、提高管理效率等发挥良好的示范作用，有助于打造高质量的现代化长江航道。”

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