电子沙盘在长江航运中应用的研究

电子沙盘在长江航运中应用的研究

任剑旭,吴冰 

长江南京通信管理局 江苏南京 210011

摘要：针对目前长江海事监管现状，将现有的VTS、AIS、CCTV、水文气象等动、静态数据与三维电子沙盘合理集成，并有效地应用于海事安全监管、应急处置和指挥决策领域，利用其动态的场景生成、多样化的展现方式、丰富的触控交互等优势，在海事监管中形成用于支撑预警预控、应急处置和指挥决策的数字化交互系统。将为海事部门在安全预警、险情推演、应急处置、指挥决策、协同会商、事故分析等业务应用方面提供有力的技术和平台支持。

关键词：电子沙盘；海事监管；数字化；指挥决策

1.引言

伴随着科技的飞速进步，人们对于视觉感官方面的追求就越来越趋于真实呈现，因此三维显示技术应运而生；人从外部获取的多种信息中，视觉信息占到80%以上，人们通常获取信息的方式都是通过二维的图片或者视频，从真实的三维世界到二维的显示，中间失去很多重要的三维信息。生产实践中，越来越广泛的三维显示技术的应用需求，推动了三维显示技术的进步。三维显示技术在各个领域的应用，会对人们的生产生活带来巨大变革，人们获取信息的方式变得直观、全面和迅速。

电子沙盘技术是一项最早应用于军事的数据可视化技术，通过利用计算机图形学、虚拟现实、互联网等信息技术，将传统沙盘转化为一个具有沉浸式人机交互界面的、实时展示动态数据的虚拟现实沙盘。电子沙盘技术通常被应用于军事中的作战指挥、作战训练等方面，随着技术的发展，目前电子沙盘技术也被应用于模拟企业运营、城市管理等方面，并能够提供三维化虚拟场景实时展示，标注特别关注对象的实时动态，以及提供重点监视场景的实时展示，使用户能够针对随机出现的突发事件快速合理选择的解决措施与方案。

利用三维电子沙盘技术开展海事监管和应急指挥，将使海事监管和应急指挥体系更加完善。对于提升海事监管、应急指挥现代化高科技水平，在长江水系形成监视-处置-指挥-管控的一体化具有重要贡献。

2.研究任务

2.1、三维电子沙盘在水上安全监视和预警中的可视化应用

当前，海事监管系统（主要为VTS系统）在水上安全监视与预警中发挥了重要作用，能够接入雷达、AIS等实时数据实现对水上交通态势的可视化展示，但在船舶碰撞、搁浅、狭窄航道通行以及过桥监视中存在先天的不足，无法直观展现航道水深、船舶真实大小、船舶吃水状况等船舶航行中的多维度信息，同时无法实现对码头、泊位等港口设施以及港口区域水上、水下复杂场景的立体展示与实时浏览，对于基于水深与水下航道的安全预警支持能力较弱。三维电子沙盘可基于影像数据、高程（水深）数据以及倾斜摄影数据快速构建监管水域水上通航环境及沿岸陆地环境，可根据船舶身份信息动态加载三维实体模型，为海事监管指挥人员提供一个现场环境的真实再现。三维电子沙盘系统除了能够提供现有VTS系统交通态势评估和告警功能外，还能够提供水下搁浅、桥梁防碰撞、狭窄弯道等涉及高度维的预警监测，从而减少指挥人员从低维度信息向高维度信息认知的转换环节，为指挥人员第一时间掌握当前水上交通现状并作出预判提供有效支撑。

2.2、三维电子沙盘在立体巡航中的应用

传统电子巡航依托二维电子海图依据AIS信息通过模拟巡航来进行重点区域内船舶相关数据的比对，实现船舶、船员、签证、安检、行政处罚等相关信息的筛选和查证。基于三维电子沙盘的电子巡航系统，通过自身强大的三维可视化能力，能够为监管人员提供虚拟巡航船视角，真实模拟监管人员置身巡航船上，以第一视角观察港口、码头、桥区、取水口等重要监管水域的船舶动态以及沿岸场景，给人以身临其境的浸入感和真实感，有效提高电子巡航过程和现场执法的立体性、交互性和真实性。

2.3、三维电子沙盘在指挥会商中的协同交互应用

在发生水上突发事件后，需要海事监管中心快速做出响应，在进行应急商讨时需要将各方面信息进行汇聚，参会的每一位人员都可依据三维电子沙盘系统进行信息的标注和共享，基于电子沙盘多点交互触控技术，可实现多人态势标绘、预案调阅、信息查询，基于手势识别技术可代替传统鼠标、键盘交互方式，有效提高系统操作效率。

基于电子沙盘协同平台，可实现跨区、跨分支局的会商信息分发和共享，为联合行动提供水上交通态势“一张图”，保证各个分支局指挥人员对当前水域状况的一致理解，为事件处置的高效性、准确性、完整性提供支撑。

2.4、在发生突发事件的应急情况下，通过三维电子沙盘实现对险情推演和指挥决策中发挥的作用。

发生突发事件时，人员救助、环境保护、交通组织是海事工作中最重要的部分，在险情发生后基于系统综合掌握的各种信息，通过险情推演模型实现落水人员漂移、水上溢油扩散的动态推演和三维展现，基于系统掌握的应急资源和应急力量的分布，能够为应急资源和应急力量合理部署提供参考，为指挥人员的预判、预防提供辅助决策。

 2.5、研究三维电子沙盘在事故回放分析中的应用

在水上事故发生后，海事监管部门需要对事故进行事后分析，并对现有预警预防监管手段和应对措施进行评估，三维电子沙盘基于其强大的可视化能力，可以为海事用户提供逼真的事故情景再现，结合态势推演功能推演出在不同的监管和应急措施下事故未来发展的情景，从而辅助海事用户对应急措施和预防手段进行不断的完善和改进，实现“事故-情景-推演-评估”的分析模型。

3.系统总体设计

三维电子沙盘系统除了雷达录取、信息接入汇接、多元信息综合处理、水上交通监视、CCTV联动、综合记录重放等软件模块之外，新增了沙盘动态预测推演与电子教学模块。

雷达录取主要用于引接雷达传感器的视频数据，进行目标检测和跟踪，得到雷达目标的航迹信息，与雷达视频一起，传输给信息接入汇接软件，用于后续的数据融合处理和显示。

信息接入汇接主要用于对雷达信息、AIS信息、北斗信息、气象信息等进行接收解析。

多元信息综合处理主要用于对雷达上报的目标航迹信息、接收的AIS信息、北斗信息、气象信息等进行综合处理和识别，生成水上交通态势。

交通态势显示基于电子江图和三维水上平台，提供二维、三维一体化的交通态势监视功能，支持多窗口分层分类显示通航环境、助航设施、传感器威力、雷达视频、目标航迹等水上交通信息。支持CCTV联动和接力跟踪。支持在三维场景中实现空中、水面的第三视角观察，并可设置巡航路线。提供触控交互支持，基于红外的手势识别，并能够转化为三维场景的操作控制，例如场景的漫游、缩放、旋转等。

综合记录重放主要用于记录多种来源多种样式的信息数据，包括雷达视频、综合处理信息等，并支持同步回放多种信息数据。

预测推演主要用于落水漂移预测，溢油预测，并进行推演模拟演练。

电子教学主要用于对辖区内重要区域、设施、船舶、建筑等教学内容的设置，并以视频、图像、文字等形式进行教学展示。

5.结论

本文提出了一种基于电子沙盘的海事通信数据可视化技术，讨论了电子沙盘在海事通信中的作用，即能够提供海事通信数据链路的全面动态展示、通信故障状态的全面还原、海事通信的网络故障推演、为海事通信工作提供多样化交互等功能。利用电子沙盘技术，能够帮助相关人员快速锁定网络故障位置，从而有效提升海事通信稳定性、维护效率。利用三维电子沙盘技术开展海事监管和应急指挥，将使海事监管和应急指挥体系更加完善。对于提升海事监管、应急指挥现代化高科技水平，在长江水系形成监视-处置-指挥-管控的一体化具有重要贡献。

参考文献：

[1]杜建丽. 电子沙盘制作方法的研究[D]. 西安科技大学, 2009.

[2]陈海汉. 面向航迹规划的电子沙盘技术研究[D]. 合肥工业大学.