李學(xué)祥，劉懷漢

（長江航道局，湖北 武漢 430010）

內(nèi)河水運作為我國綜合立體交通運輸體系重要組成部分，具有綠色屬性、占地少、能耗小、運力大等特性，有著無可比擬的比較優(yōu)勢，符合綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。長江干線航道作為承東啟西、輻輳南北的黃金水道，是我們黨執(zhí)政興國的重要物質(zhì)基礎(chǔ)、我國內(nèi)河水運的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在長江水運發(fā)展中具有基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性、服務(wù)性作用，是建設(shè)沿江綜合立體交通走廊和綠色生態(tài)廊道的重要依托，在國民經(jīng)濟(jì)和區(qū)域發(fā)展總體格局中具有重要戰(zhàn)略地位。

航道科技創(chuàng)新是推動航道高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動力，通常指面向航道規(guī)劃、建設(shè)、運行、養(yǎng)護(hù)和水上應(yīng)急救助等全過程，創(chuàng)造和應(yīng)用新理論、新技術(shù)、新材料、新裝備、新系統(tǒng)、新結(jié)構(gòu)、新工藝等而開展的科技研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定、推廣應(yīng)用、科普交流等活動，一般以應(yīng)用為目的、人才為支撐、技術(shù)為核心、成果為載體、平臺為依托、機(jī)制為保障?！笆舜蟆币詠?，特別是“十三五”期，長江航道局秉承“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”發(fā)展理念，緊密圍繞長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)等國家戰(zhàn)略實施要求，緊跟現(xiàn)代科技發(fā)展前沿，聚焦航道公共服務(wù)能力水平提升，大力實施了“科技引航、科技興航、科技強(qiáng)航”戰(zhàn)略，航道科技得到了長足發(fā)展，推動了長江航道公共服務(wù)技術(shù)進(jìn)步，有效發(fā)揮了科技創(chuàng)新支撐和引領(lǐng)長江航道轉(zhuǎn)型發(fā)展的使能器作用。

1 主要技術(shù)進(jìn)展

聚焦長江航道發(fā)展重大性、關(guān)鍵性、前瞻性難題，依托系列國家科技項目、交通運輸部專項及有關(guān)科技成果推廣、示范應(yīng)用、重點航道建設(shè)工程等持續(xù)研發(fā)，初步形成了以數(shù)字航道、生態(tài)航道、高效養(yǎng)護(hù)為主體長江航道技術(shù)體系。

1.1 數(shù)字航道技術(shù)進(jìn)展

1.1.1 數(shù)字航道頂層設(shè)計

（1）參考借鑒數(shù)字地球、數(shù)字城市發(fā)展理念，明確了數(shù)字航道概念和內(nèi)涵，結(jié)合航道基本屬性和業(yè)務(wù)內(nèi)容研究提出了“遠(yuǎn)程看、精細(xì)管、走著用”長江數(shù)字航道發(fā)展理念。

（2）運用自頂向下方法設(shè)計了“一主六分七中心一圖一站三平臺”長江數(shù)字航道總體架構(gòu)，提出了由基礎(chǔ)設(shè)施層、信息感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)資源層、支撐平臺層、應(yīng)用服務(wù)層等構(gòu)成的長江數(shù)字航道總體技術(shù)框架。

（3）結(jié)合長江航道業(yè)務(wù)特點完成了航道數(shù)據(jù)資源總體規(guī)劃，結(jié)合長江航道組織機(jī)構(gòu)及分布特點完成了航道通信網(wǎng)絡(luò)總體規(guī)劃，參考信息系統(tǒng)評價模型初步提出了數(shù)字航道應(yīng)用成效評估方法和關(guān)鍵指標(biāo)。

1.1.2 航道要素感知技術(shù)

（1）研發(fā)了基于現(xiàn)代測繪的航道要素變化快速測量技術(shù)，構(gòu)建了空天地水立體航道測繪技術(shù)體系，解決了大范圍航道要素變化信息快速獲取的問題。

（2）研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)的航道典型要素異動實時監(jiān)測技術(shù)，開發(fā)了航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)、水位遙測遙報系統(tǒng)、多功能航標(biāo)系統(tǒng)、航道視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，解決了主要航道要素運行狀態(tài)在線感知的問題。

（3）制定了基于在航船舶的航道水深信息感知方法和實施方案，研發(fā)了多功能船舶終端系統(tǒng)，初步彌補了傳統(tǒng)航道河床地形測繪模式導(dǎo)致航道感知能力不足的問題。

1.1.3 航道數(shù)據(jù)治理技術(shù)

（1）提出了水位等主要航道要素空間擬合方法，建立了航道地理信息模型和航道要素分層分級轉(zhuǎn)換模板，研發(fā)了基于模板匹配和自定義規(guī)則的多源異構(gòu)航道數(shù)據(jù)技術(shù)，初步實現(xiàn)了多時態(tài)、多尺度、異構(gòu)航道數(shù)據(jù)快速融合。

（2）提出了基于層次結(jié)構(gòu)的航道核心數(shù)據(jù)元素識別方法，設(shè)計了適用于云網(wǎng)交互的航道大數(shù)據(jù)技術(shù)體系及構(gòu)建方案，研發(fā)了基于云網(wǎng)交互的航道數(shù)據(jù)資源構(gòu)建技術(shù)，初步解決了海量航道數(shù)據(jù)資源的組織管理問題。

（3）提出了不同水文期航標(biāo)、水位、水深等關(guān)鍵要素的更新頻率，制定了航道數(shù)據(jù)更新和質(zhì)量控制策略，研發(fā)了基于地理模型的要素自動聯(lián)動處理技術(shù)和多源異構(gòu)航道數(shù)據(jù)動態(tài)更新技術(shù)，實現(xiàn)了要素級航道數(shù)據(jù)動態(tài)更新。

（4）提出了航道信息資源目錄體系的概念模型和組織結(jié)構(gòu)，制定了面向服務(wù)的航道動態(tài)數(shù)據(jù)共享策略，提出了基于公共服務(wù)平臺和標(biāo)準(zhǔn)接口的數(shù)據(jù)交換共享方法，實現(xiàn)了不同層級、不同粒度的航道信息交換共享。

1.1.4 航道應(yīng)用服務(wù)技術(shù)

（1）建立了航道養(yǎng)護(hù)管理業(yè)務(wù)模型，開發(fā)了航道動態(tài)監(jiān)測平臺、航道維護(hù)管理平臺和維護(hù)輔助決策分析系統(tǒng)，研發(fā)了基于流程與數(shù)據(jù)驅(qū)動的航道養(yǎng)護(hù)管理協(xié)同應(yīng)用技術(shù)，解決了不同層級航道養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)數(shù)字化協(xié)同應(yīng)用問題。

（2）提出了航道信息服務(wù)“六階段”需求辨識方法，構(gòu)建了可定量化描述各類場景用戶需求的航道信息服務(wù)需求度模型和需求矩陣，攻克了信息服務(wù)需求辨識技術(shù)難題。

（3）明確了長江電子航道圖概念，提出了“一圖在手、暢行長江”發(fā)展理念，研發(fā)了基于數(shù)據(jù)庫的電子航道圖成套技術(shù)，開發(fā)了生產(chǎn)編輯系統(tǒng)、APP 及若干數(shù)據(jù)處理輔助工具，打造了“手掌上的航道”，提供了“指尖上的服務(wù)”。

（4）設(shè)計了滿足航道信息服務(wù)特征的信息服務(wù)平臺“4S”技術(shù)架構(gòu)，研發(fā)了航道綜合信息服務(wù)系統(tǒng)，具備了普適化和個性化航道信息、助航導(dǎo)航、輔助決策、監(jiān)控管理等主要服務(wù)功能。

1.2 生態(tài)航道技術(shù)進(jìn)展

1.2.1 生態(tài)航道頂層設(shè)計

（1）創(chuàng)建了黃金航道識別方法和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿C合評價體系，建立了多目標(biāo)協(xié)同下長江航道承載力評價模型，判明了長江干線航道承載力和可提升潛力，為長江航道可持續(xù)發(fā)展提供了決策依據(jù)。

（2）提出了生態(tài)航道概念內(nèi)涵和評價方法，基本明晰了守護(hù)、筑壩、炸礁、疏浚等各類治理工程對水生物群落及生境的影響機(jī)理，提出了目標(biāo)物種-生境對航道整治響應(yīng)程度的量化判別方法，為航道生態(tài)化建設(shè)提供了必要條件。

1.2.2 航道生態(tài)整治技術(shù)

（1）初步揭示了多庫聯(lián)調(diào)條件下山區(qū)航道非恒定流傳播、變動回水區(qū)卵石推移質(zhì)輸移、常年庫區(qū)航道粉砂輸移等規(guī)律，研發(fā)了山區(qū)河流順直型、彎曲型及彎曲分汊型等三類卵石灘險整治、卵石灘群航槽控導(dǎo)、常年庫區(qū)懸沙淤積礙航治理技術(shù)，開發(fā)了10 余類航道整治建筑物新結(jié)構(gòu)，形成了山區(qū)河流復(fù)雜水動力變化卵石灘群聯(lián)動整治技術(shù)。

（2）初步解決了復(fù)雜條件下長河段演變及治理的高效、精細(xì)化長河段灘槽聯(lián)動模擬技術(shù)，初步揭示了三峽水庫運行后中游水沙條件的時空變化規(guī)律、灘槽沖淤調(diào)整機(jī)理以及不同類型淺灘的礙航特性與變化趨勢，發(fā)展了中下游“守、調(diào)、疏”相結(jié)合的航道整治方法，研發(fā)了強(qiáng)沖刷條件下中下游徑流河段灘體塑造和航道灘槽調(diào)控技術(shù)，開發(fā)了“雙絞格網(wǎng)網(wǎng)墊和網(wǎng)箱”等具有適應(yīng)河床變形能力、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、促進(jìn)淤積等航道整治建筑物新結(jié)構(gòu)，形成了大型樞紐運行后防洪-通航協(xié)同下中游強(qiáng)沖刷長河段航道整治技術(shù)。

（3）初步揭示了多分汊潮汐河段潮波傳播、潮流運動及泥沙輸移特性、灘槽水沙交換模式及演變規(guī)律，提出了復(fù)雜多分汊航道上下游河勢聯(lián)動及汊道相對穩(wěn)定性評價方法，研發(fā)了大型沖積河流心灘、邊灘守護(hù)技術(shù)和徑潮流作用下多分汊長河段洲灘控導(dǎo)技術(shù)，開發(fā)了鏈?zhǔn)降榷喾N適用于徑潮流河段的透水消能固灘結(jié)構(gòu)和促進(jìn)水生生態(tài)修復(fù)的整治結(jié)構(gòu)，形成了徑潮流共同作用下復(fù)雜多分汊河段灘槽調(diào)控技術(shù)。

（4）初步揭示了長江口水沙運動及河床演變規(guī)律、攔門沙河段泥沙回淤機(jī)理和淺灘礙航機(jī)制，提出了下游徑潮流共同作用的感潮河段航道關(guān)鍵性活動邊灘控導(dǎo)方法，制定了采用中水位整治及寬間距雙導(dǎo)堤加長丁壩群布置型式、結(jié)合疏浚工程的總體治理方案，拓展了長江口深水航道減淤方法和技術(shù)，開發(fā)了大型河口航道整治的新結(jié)構(gòu)，形成長江巨型河口深水航道協(xié)調(diào)治理技術(shù)。

1.2.3 航道生態(tài)修復(fù)技術(shù)

（1）提出了事前、事中、事后的生態(tài)保護(hù)和修復(fù)技術(shù)措施，實踐了生境避讓、生境再造、生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)建設(shè)、異地保護(hù)、增殖放流、驅(qū)趕攔截等多種水生生物保護(hù)措施。

（2）研發(fā)了生態(tài)友好型護(hù)灘、護(hù)底、筑壩技術(shù)，研發(fā)了生態(tài)排體等數(shù)十種增強(qiáng)棲息地多樣性的整治新型結(jié)構(gòu)。

（3）發(fā)展了長江航道演變與水沙條件的響應(yīng)理論，發(fā)明了整治建筑物的可靠度及設(shè)計使用年限計算方法，開發(fā)了長江航道整治軟體排設(shè)計與施工成套技術(shù)。

（4）研制了水下銑挖環(huán)保型清礁、航道浚測一體化、耙吸挖泥船高效節(jié)能疏浚等整治與疏浚裝備，構(gòu)建了航道整治工程BIM 技術(shù)體系，新開工項目BIM 覆蓋率達(dá)到100%。

1.3 高效養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)展

1.3.1 航標(biāo)及養(yǎng)護(hù)技術(shù)

從提升航標(biāo)養(yǎng)護(hù)效率和改善助航效果的角度，加強(qiáng)了新材料的應(yīng)用，研制了橡膠、高分子PE 等新材料標(biāo)志船；研發(fā)了AIS 航標(biāo)并進(jìn)行了規(guī)?；瘧?yīng)用；研發(fā)了磁吸式航標(biāo)等為代表的裝配式航標(biāo)，開發(fā)了自航式航標(biāo)和多功能機(jī)械手等，推進(jìn)航標(biāo)養(yǎng)護(hù)機(jī)械化；開發(fā)了航標(biāo)專用芯片和北斗定位模塊，推進(jìn)了航標(biāo)國產(chǎn)化替代；試驗了燈帶等多種水上航標(biāo)輔助增強(qiáng)技術(shù)方案，推動解決夜間復(fù)雜燈光背景下航標(biāo)辨識效果不良的問題；探索了AIS 和視頻監(jiān)控信息融合下船舶動態(tài)跟蹤技術(shù)和LED 通行信號標(biāo)應(yīng)用，研發(fā)了遠(yuǎn)程控制、無人值守智能信號臺，優(yōu)化了信號揭示的主動服務(wù)模式。

1.3.2 航道疏浚維護(hù)技術(shù)

深化和推廣了重點河段航道跟蹤觀測分析機(jī)制，初步研發(fā)了數(shù)物模與大數(shù)據(jù)融合分析技術(shù)，服務(wù)了航道整治成效發(fā)揮和日常航道條件中短期預(yù)測預(yù)報；闡明了梯級樞紐調(diào)蓄和人為活動影響新水沙條件下典型淺灘河段沖淤特性及疏浚維護(hù)態(tài)勢，探明了航道疏浚維護(hù)時機(jī)影響因素，提出了太平口等典型灘段的合理疏浚時機(jī)；提出了航道疏浚維護(hù)關(guān)鍵參數(shù)確定方法，制定了各重點礙航淺灘疏浚維護(hù)思路及方案。

1.3.3 航道維護(hù)船舶技術(shù)

提出了新航道維護(hù)船舶體系，優(yōu)化設(shè)計了體系內(nèi)各類船舶船型、功能布局、裝備配備和外觀形象；研制并示范應(yīng)用了純電動航道維護(hù)快艇，改裝應(yīng)用了機(jī)械作業(yè)系統(tǒng)；融合應(yīng)用了智能綠色船舶技術(shù)，推廣應(yīng)用了船舶污水處理系統(tǒng)等。

2 主要應(yīng)用成效

通過數(shù)字航道、生態(tài)航道、高效養(yǎng)護(hù)等技術(shù)在長江航道系列建設(shè)工程和養(yǎng)護(hù)管理中的應(yīng)用，航道公共服務(wù)能力水平得到了顯著提升，2021 年長江干線港口完成貨物吞吐量超35 億噸，連續(xù)17 年位居世界第一，船東滿意度測評九連升，全面達(dá)到90 分以上優(yōu)秀等級，突出表現(xiàn)在以下方面：

2.1 數(shù)字航道技術(shù)成效

建成了“一主六分七中心”長江數(shù)字航道系統(tǒng)格局，實現(xiàn)從全線貫通到聯(lián)通運行再到全面應(yīng)用的突破，航標(biāo)等要素實現(xiàn)在線監(jiān)測，初步完成了數(shù)字化革命；建立了電子航道圖APP 等多模式航道服務(wù)體系，營運船舶步入移動導(dǎo)航時代。

2.2 生態(tài)航道技術(shù)成效

上游“瓶頸”制約初步緩解，中游“梗阻”問題逐漸緩解，下游“卡脖子”問題基本解決，航道整治護(hù)岸綠化率已達(dá)80%以上，航道服務(wù)更加綠色、順暢。

2.3 高效養(yǎng)護(hù)技術(shù)成效

干線航標(biāo)全面淘汰干電池、全面實現(xiàn)遙測遙控，浮具全部集中上岸保養(yǎng)，全線5000 余座航標(biāo)實現(xiàn)明亮化、大型化；神背嘴等4 座信號臺實現(xiàn)無人值守和通行信號遠(yuǎn)程控制，開啟了控制河段信號智能新時代，航道職工幸福感和智能助航服務(wù)水平極大提升；建造應(yīng)用了純電動“長江航道電001”航道維護(hù)快艇、13800 方自航耙吸挖泥船等，顯著提升船舶裝備技術(shù)水平，航道保安全暢通能力水平顯著提高。

3 展望

隨著交通強(qiáng)國建設(shè)深入推進(jìn)，建設(shè)“暢通、高效、安全、智慧、美麗”現(xiàn)代化新航道對長江航道科技必然提出新需求，下一步需從打造更高水平航道公共服務(wù)、重塑航道職業(yè)內(nèi)涵、支撐長江航道高質(zhì)量發(fā)展、引領(lǐng)“四縱四橫兩網(wǎng)”國家內(nèi)河高等級航道角度謀劃和推進(jìn)航道技術(shù)研發(fā)。