江苏智慧船闸建设实践与演进路径探析

孙俊锋，陆 毅

(1. 江苏省交通运输厅港航事业发展中心，南京 210004； 2. 江苏省交通运输厅，南京 210001)

船闸是江苏内河水运的关键基础设施和重要信息化载体。近年来，相关单位不断开展智慧化研究与试点应用[1-2]，取得了较为显著的成效；未来将继续以信息化驱动港航现代化，以数字化加速港航发展动能转换，努力实现智慧港航现代化。本文以江苏智慧船闸建设实际案例为依据，探析智慧船闸建设的道路和方向。

1 江苏智慧船闸建设实践

1.1 江苏船闸信息化实践

江苏交通运输部门共管理51座船闸，经过多年的建设和发展，在通航保障、船闸运行、船舶服务等方面建立的多个信息化业务平台均发挥了良好的效果，提供了船舶过闸智能调度、船舶行为监管以及以“不上岸”为核心的“零距离”服务，有力地支撑了江苏内河航运的高质量发展。

自2005年起，江苏省交通运输船闸开始使用联网收费系统进行运行调度和收费管理，开启了江苏船闸信息化实践时代。在此基础上，围绕船闸运行效率和服务能力，利用信息化手段对原有的船舶过闸流程进行优化改造，开创了船民不上岸登记过闸的新模式，推出了船讯通、便捷过闸等智能手机应用程序，投入了联网收费、航闸智能运行、电子航道图、船舶过闸信用管理等多个业务系统或平台，达到了简化船舶过闸程序、保障船舶出行安全、降低船舶运输成本、提升船闸运行效能、规范船闸内部管理的效果。船员只需一部智能手机即可完成过闸的全部流程，App覆盖率接近100%。江苏船闸运行调度信息化体系如图1所示[3]。

图1 江苏船闸运行调度信息化体系

1.2 江苏智慧船闸探索

江苏船闸信息化实践主要围绕服务船员便捷过闸开展。然而，在船舶便捷过闸的同时，船闸运行方式仍基本停留在人工监测和手工操作阶段。因此，需要在船闸基础设施数字化、自动化和智慧化等方面积极开展研究试点与探索，例如以下三个试点：

(1) 镇江市谏壁数字化船闸研究试点。针对船闸养护和管理两种日常业务场景，以实现对船闸基础设备设施、养护业务、运行安全等方面的数字化监测、自动化采集、智能化应用为目标，采用基于物联网、5G、视频识别、大数据、数字孪生等先进技术，开展对船闸协同的安全条件、通航过闸条件、设备设施运行状态实时监测与判断等方面的数字化船闸应用研究。成果包括智能感知系统、智能传输系统、大数据存储管理平台、智慧船闸运调监控系统、数字孪生可视化分析系统[4]以及养护管理系统。目前，相关成果已在镇江谏壁船闸试运行，对养护、运行业务起到重要的帮助作用，大大提升了工作效率，同时推动了航运安全管理水平的提升。

(2) 南京市洪蓝自动化船闸研究试点。为提升船闸运行控制智能化、自动化程度，运用物联网、人工智能等现代信息通信技术，综合各类传感器和工业控制系统监测手段，对船闸环境、设备、设施和过闸船舶进行全面感知，研制闸室内外物联网感知水位计、闸室内外水面波动自动识别监测系统、闸门安全监测系统等设备，研发船闸三维数据可视化孪生系统和船闸辅助自动控制指挥系统，在安全可控的前提下，通过安全监测、状态评估、指挥决策等模块协同运作，辅助控制闸阀门开启和关闭，实现调度控制一体化。

(3) 宿迁市刘老涧智慧船闸项目试点。试点项目以船闸运行调度业务为主线，在已有的信息化基础上，通过完善航闸智能运行系统，实现运调全流程智能化；通过完善航闸智能设备设施系统，实现船舶过闸全自动微干预操作，从而实现船闸运行全自动化；通过建设控制系统与运调系统的数据互通体系，实现运调系统与控制系统数据流互补互通，实现运、控数据一体化；构建多业务综合、协同、全流程贯通，集船闸管理、过闸服务为一体、运控系统高度融合、可持续升级的智慧船闸体系。

2 智慧船闸演进分析

在江苏智慧船闸建设实践的基础上，随着近年来交通基础设施物联网化的迅猛发展，为满足日益提高的船舶过闸精准服务需求，缓解日益突出的船闸业务操作人员紧缺问题，船闸运行调度管理部门在现有业务模式下，不断探索船闸运行与控制系统、船舶调度与组织模式、业务操作与管理流程的融合，以期运用适应性好、成熟度较高的新技术，通过人员管理、船闸运行、船舶调度的平滑升级，稳步推进智慧船闸发展。结合交通运输系统数字化、智能化与智慧化的演进趋势[5]，从闸、船、人三个维度构建智慧船闸分析框架，随着船闸智慧化的演进，船闸控制水平越来越高，船舶调度范围逐步扩大，所需人员逐步减少，最终实现无人化的全自主运行船闸。智慧船闸演进趋势如图2所示。

图2 智慧船闸演进趋势

根据智慧船闸演进的趋势，将智慧船闸演进分为三个阶段：以全景感知数字化+船闸远程集中控制为主要特征的数字化辅助阶段(智慧船闸Ⅰ阶段)、以运行调度智能化+船舶航次协同调度为主要特征的自动化运行阶段(智慧船闸Ⅱ阶段)和以科学决策智慧化+无人化为主要特征的全自主运行阶段(智慧船闸Ⅲ阶段)。

在船闸运行与控制方面，智慧船闸Ⅰ阶段将在现场人工操作的基础上，实现数字化感知下的远程集中辅助操作；智慧船闸Ⅱ阶段将实现人工微干预下的自动化运行，特别是船闸运调与控制数据的统一；智慧船闸Ⅲ阶段将实现船闸无人化的全自主运行。在船舶调度与组织方面，智慧船闸Ⅰ阶段将从单个船闸、单个闸次的人工排挡发展到智能(自动)排挡；智慧船闸Ⅱ阶段将实现按航次统一调度，为每艘船舶提供专属规划航线和过闸方案；智慧船闸Ⅲ阶段将实现港航运协同调度，即航道网络根据港口、船舶的实时运输状态，优化船舶过闸方案，全过程无须人工干预。在业务操作与管理方面，智慧船闸Ⅰ阶段将把分散在各个船闸的运调人员集中至运调中心，减小工作强度，提升工作效率；智慧船闸Ⅱ阶段将大幅减少船闸操作人员，仅保留少量船舶调度人员；智慧船闸Ⅲ阶段将实现无人船闸，运行调度都由系统自主实现，人员只需完成例行养护、巡检和应急工作。智慧船闸演进三个阶段的具体特征见表1。

表1 智慧船闸演进三个阶段的具体特征

3 智慧船闸演进路径

3.1 智慧船闸Ⅰ阶段主要建设任务

(1) 建设船闸数字化全景感知网，通过全方位无死角视频监控、AIS(船舶自动识别系统)基站、水位感知和闸阀门、机电设备状态感知等设备，实现对辖区内多座船闸运行状况数据的实时采集和监测。

(2) 建设区域远程集中控制系统，在运调中心实时采集PLC(可编程逻辑控制器)状态信息，远程下达船闸PLC控制指令，实现船闸运行控制。

(3) 建设统一调度系统，通过接口获取船闸联网收费系统、便捷过闸App的船舶登记缴费信息，保证船舶注册、申报、登记、缴费、过闸的全部信息在各个系统中一致，调用电子航道图系统和定位系统，实现对不同船闸的船舶的统一调度管理。

(4) 建立省级信息化服务平台，各类公共信息由平台统一发布，提供直观、形象化的过闸数据和信息展示。

目前，部分设区的市正在积极推进智慧船闸I阶段的区域远程集中控制体系建设，一是对所辖区域内所有船闸进行远程集中控制，减少船闸现场操作人员；二是实施船舶统一调度，对单个梯级船闸(包含多闸室)实现智能排挡，通过便捷过闸App主动向船员推送闸室内排挡图，引导船舶进闸，提高闸室利用率、减少船舶过闸时间。

3.2 智慧船闸Ⅱ阶段主要建设任务

(1) 建设物联感知网，在智慧船闸I阶段船闸数字化全景感知网的基础上，针对船闸自主运行的需要，适当采用AI(人工智能)摄像头和门机电传感器实时监测船闸设备设施运行状态、过闸船舶动态及外部环境等通航要素，汇聚船闸运行行为数据，与安全运行参数实时匹配，支持过闸安全辅助决策。

(2) 建设自主运行控制系统，在集中控制的基础上，依靠船闸物联感知网实时获取船闸运行安全等相关数据，通过调度系统与控制系统联动，实现船闸在正常条件下的自主运行。

(3) 建设省级航网监测系统，通过干线航道网外场感知设施的逐步建设到位，建立江苏省航网水下、水面、空中全方位立体感知体系，及时掌握航网交通流和水情、气象等信息。

(4) 建立智能航次辅助决策系统，在省级航网监测系统的支撑下，开发船舶助航系统，通过航网现状和船舶运行历史大数据进行分析，自动判断最佳路径和途径船闸，并通过内河电子航道图为船舶提供辅助导航服务。

船闸集中控制系统可根据船闸内外部环境感知情况，自动识别闸室内外水位、船闸运行各环节风险点，在内外部自检均正常的条件下，实现闸阀门开闭无人操作；运行中实时监测风险隐患，发现异常自动停止运行，并及时提醒人工干预。船舶调度方面实现江苏省范围内船舶调度航次化，船舶可一次申报一个航次，系统根据船舶基本尺度、装载货物和起讫港信息，结合当前航道网交通运行状况，推荐最优航线和备用航线供船员参考，并基于内河电子航道图和虚拟航标等提供船舶助航服务。

3.3 智慧船闸Ⅲ阶段主要建设任务

(1) 进一步完善港航运物联感知网络，将船闸运行、船舶调度小循环放在整个港航运行的大循环中，实现港口与航网感知一体化。

(2) 建设完善港航运综合数据库，实时接入各大水运物流平台和港口运行数据，船舶接单、进出港等数据将成为航网运行的重要数据基础。

(3) 建立智慧航网运行系统，融合港口、物流、航道、船闸等运行与监测数据，实现航网运行全流程数字化，船舶从互联网平台接单的同时，航网运行系统就会动态预测航网流量变化、计算最优航线，等船舶离港时即可提前安排过闸日期和队列；当船舶因特殊原因无法按时到达时，系统也能自行判断并与船舶确认，并实时调整最优过闸队列，全过程无须人工干预。

在这一阶段，智慧船闸将成为整个智慧航网的一部分，船舶的调度由智慧航网运行系统接管。目前港口、航道物联感知网络正在分别建设中，港航运综合数据库已经进入设计阶段，智慧航网运行系统亦拟在干线航道网运行调度与监测服务系统的基础上进行升级。

4 结语

内河水运是一个复杂的系统工程，新基建和信息化正在为水运赋能，让这个古老的行业焕发新生。本文立足新发展阶段，贯彻新发展理念，通过对船闸历史和现状进行分析，结合当前信息化技术的演进方向，从数字化、智能化、智慧化分期分层实现智慧船闸的迭代升级，为船闸运行、船舶服务提供安全、便捷、高效的技术保障，构建内河水运发展新格局。