船舶过闸服务智能管控一体化平台研究

刘祖伟 王忠民 潘诚 侯国佼

摘要： 平行智能是一种新型人工智能理论框架，在解决智能交通问题上具有一定的优势。以长江内河航道三峡船闸为例，通过分析船舶过闸的业务系统和业务流程，提出了一种基于平行智能的船舶过闸服务智能管控一体化平台架构。实践表明：该智能化平台可以让过闸服务实际系统与人工系统虚实互动，实现对船舶过闸服务全过程的实时监测和智能化管理，提高船舶过闸服务质量和效率。相关经验可供类似船闸运维单位借鉴。

关键词：船舶过闸； 平行智能； 智能管控一体化平台； 三峡船闸

中图法分类号： U641.7

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S1.046

0引 言

随着信息化、现代化管理手段在船闸行业的逐步推广，船舶过闸服务逐步形成了集船闸、船舶、航道三位一体的综合管理、调度指挥和服务支持的智能运行理论体系，并出现了包括智能运行、智能管理和智能服务等内容的工程应用案例［1-2］。面对持续增长的货运通过需求［3-4］，从运行管控智能化层面给其再次赋能，成为提升船闸通过能力的一个新途径。三峡船闸运行单位从船闸工业控制技术［5-6］角度探究了智能化的核心需求，解析了影响过闸效率的相关因素，并提出了船舶从抵达到驶离船闸全过程的智能辅助基本思路［7］。

本文以三峡船闸为例，提出了一种船舶过闸服务智能管控一体化平台。该平台是基于平行智能理论和技术［8-10］构建的，通过与实际船闸调度系统、集控系统等子系统之间的虚实互动，对比与分析两者之间的运转行为差异，来实现对过去及未来状况的“借鉴”与“预估”［11］，进而分析出船舶从发航指挥到出闸指挥全过程的优化方案，并针对各个阶段动态制定出最高运行效率建议，从而实现对通航全过程的智能辅助调度、预警消息推送、广播提醒等。

在此过程中，常规被动的模拟转变为平行主动的人工智能仿真，并发生由被动到主动、静态到动态、离线到在线的角色转变，最终管控一体化平台由从属地位提升到实际船闸调度系统、集控系统、语音系统等各个子系统上层管控的地位，发挥其优化和完善实际船闸调度系统、集控系统等各子系统管理与控制的作用，从而实现对船舶过闸服务的动态实时智能化管理。

1船舶过闸运行业务系统

目前船舶通过三峡通航水域需要根据业务流程经过多系统、多方面协调，诸如通航调度指挥系统、船闸控制系统、船闸运行视频图像监控系统等主要支撑系统，以及船闸广播指挥系统、船闸监测管理系统、船闸甚高频指挥船舶系统、VTS船舶监管系统、政务网、船闸运行管理系统等辅助业务系统，来完成过闸过程数据收集、分析、管控与服务等。现有过闸业务系统功能及作用见表1。

1.1数据收集与分析

通航调度指挥系统具有船舶过闸申报、船舶动态管理、过闸计划管理、调度管理、锚地管理、违章管理、水位和气象信息、信息发布和运行管理等功能。该系统提供的水位和气象信息、船舶航行动态、发航动态等是船舶过闸管控与服务必不可少的元素。船闸监测管理系统对船闸机电设备运行状态进行实时监测和管理，是保证船闸安全运行最重要的一环。

VTS船舶监管系统在电子海图上显示所有船舶航位、航向、航速等可视化船舶动态信息。监管人员通过监控终端对船舶的动态信息进行监控和管理。船闸运行管理系统实现船闸运行数据统计和分析，并对船舶过闸情况进行实时反馈。

1.2数据运行与管控

船闸控制系统主要用以实现船闸运行设备的自动化控制，船闸工作闸门、工作阀门、防撞装置等设备都通过其进行程序化运行，它不仅是船闸运行操作的基础与动作端，也是船闸管控一体化质量管理的反馈端。船闸运行视频图像监控系统主要用以实现船舶过闸全过程视频监控，也是操作员下发运行指令最重要的参考因素。船闸广播指挥系统通过广播进行船舶指挥和引导，辅助甚高频系统对闸室内船舶进行指挥。船闸甚高频船舶指挥系统用以实现船舶过闸指挥与信息服务，是船闸和船方最常用的沟通平台。

1.3政务网

政务网面向船方和社会提供统一的通航信息服务和信息发布服务，主要内容包括通航公告、调度计划、水情气象、航道维护、海事管理等，并对可能影响船舶过闸的情况进行及时通报和反馈。

通过以上业务系统的协调与管控，基本可实现船舶从进入三峡流域到驶离船闸的业务元素全覆盖。通过管控一体化平台，将系统中所有影响船舶过闸的因素进行显现化、数据化，将实际船闸运行管理系统的所有质量管理因素进行统一管理和评估，实现船舶过闸流程中的智能化管理。

2船舶过闸具体业务流程

目前船舶过闸的业务流程主要包括船舶调度业务流程、船舶进闸及移泊过闸业务流程、船闸运行业务流程和特殊运行情况等4个业务流程，每个业务包含众多影响因素节点，其业务过程如下。

2.1船舶调度业务流程

船闸运行调度指挥主要体现在发航到出闸的过程，有以下5个流程节点进行条件判断辅助、信息反馈和动静态监视。

（1） 发航期间。发航期间调度业务包括船舶定位，通过北斗定位系统及时对船舶位置进行检测，指挥船舶统一调度和安排，避免偏航或者不能按计划时间到达指定位置的情况。

（2） 待闸期间。待闸期间调度业务包括船闸登记情况及时申报，了解过闸船舶安全设备等信息和船舶定位信息，及时了解船舶动态，对所有过闸船舶进行统一调度和安排，提高整体运行效率。

（3） 进闸期间。进闸期间调度业务包括对船舶位置信息进行实时定位，检测船舶是否正常进闸；对船闸设备运行情况进行实时跟踪，检测是否会出现设备异常、检修等影响船舶过闸效率的情况。

（4） 移泊期间。船舶移泊期间调度业务主要是对船舶进行实时定位，当船闸操作人员下达关闭闸门指令时，船闸定位系统和图像监控系统可以辅助判断是否会有闸室漏船，以及人字门区域是否有船，避免人为失误造成事故损失。

（5） 出闸期间。船舶出闸期间调度业务主要是及时通知船舶出闸和安全提醒，如果出现异常天气等情况，也会及时安排船舶做好相应准备。

2.2船舶进闸及移泊过闸业务流程

船闸进闸及移泊过闸业务流程主要是与船方进行全方位、全时段、全流程的数据交互及人机沟通，主要包括以下3个流程节点。

（1） 船舶待闸。船舶在待闸期间，船舶和船闸操作员会实时进行甚高频沟通，对船舶情况进行实时监护和安排。通过监控系统可以对通话录音进行收录和保存，以便存档留证。

（2） 进闸及移泊过程。通过大量数据统计分析，当船舶移泊时间超过正常运行范围时，可通过相关系统平台进行预警和提示。

（3） 设备运行监护。通过北斗定位系统和视频监控系统对过闸船舶进行实时监控，检测船舶是否移泊完毕，并及时给集控操作人员提供下一步操作建议。

2.3船闸运行业务流程

船闸运行过程业务主要是对船闸设备进行实时监测，包括以下两个方面。

（1） 船闸运行工艺监测。船闸在配合船舶过闸期间用到的设备主要有人字门、反弧门、水位计等。船舶从导航墙进闸开始，在集控人员下达指令后，人字门和反弧门按照设定好的程序指令运行，辅助船舶进入下一闸室或者出闸。

（2） 船闸设备运行实时监测。在船闸运行时，不仅需要对运行工艺对应的设备运行情况进行监测，辅助设备的监测也必不可少，它们对于保障船闸设备设施运行同样起着重要作用，例如油位变化、水位计变化、风速变化、变电所负荷开关运行情况等。

3船舶过闸服务智能管控一体化平台架构

管控一体化平台是一个跨系统的平台系统，负责对资源层、过程监视层、现场控制层、现场设备层等各个系统的数据进行收集、整合、分析和利用。该平台作为跨系统的桥梁，能够与其他层次的系统进行数据交互和协作，提高数据沟通和共享的效率和质量。

3.1管控一体化平台业务流程

管控一体化平台利用船闸目前使用的八大业务系统（政务网除外），对船舶从进入过闸区域到离开引航道4个主要业务流程进行监测和反馈，对船舶过闸实现全面动态的智能管理，将船舶过闸的业务节点进行具体化和显现化，有助于推进船闸各个系统的深度融合，为船闸实现少人值守、无人操作、远程监控、自主运行提供有效的技术路径。船闸智能管控一体化平台顶层设计框架如图1所示。

管控一体化平台基于业务架构设计，对船舶过闸过程中相关的系统进行数据识别读取，从而对船舶过闸服务进行全面监测和管理。通过对船舶过闸的平行监管，管控一体化平台能够在故障发生前进行合理化安排，并开展主动性和针对性的检修和干预，从而提前消除隐患，预防事故和故障的发生。

3.2管控一体化平台业务架构

根据船舶过闸的业务流程，管控一体化平台访问和读取所有数据，并根据船舶闸次的时间顺序和过闸情况对船舶过闸动态进行实时展示，包括船舶发航情况、船舶信息、船舶顺序、闸次动态等，展示效果如图2所示。

同时，管控一体化平台对船舶过闸过程中的重要数据和信息进行实时跟踪，包括船舶过闸时船闸设备运行情况、风速天气情况、人员操作情况等，监测效果如图3所示。

将管控一体化平台功能进行分类，可以划分为流程控制模块、效率评估模块、船闸伺服模块、过程调度模块和数据筛除模块，进而实现对过闸服务中所有影响船舶过闸因素的显现化和数据化，对实际船闸运行管理系统的所有质量管理因素进行统一管理和评估，并给出相应的辅助建议，实现船舶过闸流程的智能化管理。数据流关系如图4所示，具体模块介绍如下。

（1） 流程控制模块负责对所有过闸流程进行系统化、结构化、自动化管理。该模块的作用是用于规范和固化作业流程，减少人工作业随机性失误和过程延迟。

（2） 效率评估模块负责对流程数据进行处理，根据预设算法对过闸流程进行全方位的智能评估。该模块的作用是提高过闸效率和质量，发现和解决存在的问题和隐患。

（3） 船闸伺服模块负责对船闸各种数据进行汇总、转运和存储，包括船闸设备的部分关键实时参数、船闸监测系统的设备监测信息、预警系统的相关预警信息等。

（4） 过程调度模块是指与过闸流程相关的各种数据，主要包括船舶信息、航行信息和一体化平台记录的部分调度信息。过程调度模块负责对不同闸次的航班信息进行汇总和整理，确保不同系统的数据可以正确预关联，降低流程控制模块的工作量。

（5） 数据筛除模块负责对外来数据进行自动化过滤、监测、警示和分类。

3.3管控一体化平台作用

管控一体化平台是一个智能化的系统，借助平行管控技术和超实时仿真技术，对船舶过闸过程进行模拟、预测、提醒和优化，实现过闸服务过程的自动化、智能化提醒和决策支持，从而提高生产过程的效率和质量。

（1） 船闸运行操作的质量管理。

国内船闸目前多采用的是半自动运行方式，需要人工确认船舶是否已经靠泊完毕。智能管控一体化平台可以根据船闸工作流程和船舶移泊信息智能判断船舶是否移泊到位，并辅助提醒集控操作人员及时准确关闭闸门，从而避免人为因素导致过闸效率不高的情况。

（2） 设备运行效能的质量管理。

由于多级船闸工作流程比较复杂，影响船闸设备运行效能的因素很多，例如水位不同船闸运行级数不同、设备设施运行维护等。通过对业务流程的实时监控，智能管控一体化平台可对各种影响船闸设备设施安全的隐患进行预警提示，例如液压设备的油位变化预警、设备压力的监测预警、主要设备的故障预警、不同季节老旧磨损更换和使用寿命到期的预警等。

（3） 船舶航行绩效的设备管理。

通过对过往通航数据情况的统计，可以对影响过闸效率的主要因素自主设置预警线。例如船舶从锚地到靠船墩的时间预警、船舶从导航墙到进闸的时间预警、船舶从末级闸室出闸的时间预警等。当船舶运行时间超过限值时，可提醒相关人员核实船只是否出现故障或者其他影响船舶移泊的情况，从而提高航道利用效率和移泊效率。

4结 论

（1） 船闸智能管控一体化平台解决了船舶过闸过程中各种复杂系统间的信息孤岛问题，通过与其他系统建立数据交换和共享机制，实现数据的共享和互通，避免了系统之间因缺乏有效数据交换和共享导致的数据重复采集、存储和处理，造成资源浪费和信息不一致。

（2） 船闸智能管控一体化平台可以解决信息利用率低的问题。平台通过对收集到的数据进行筛选、整合、分析、预警等处理，提高数据的质量和效率，避免了因为人工主观分析而导致数据功能不能充分发挥。

（3） 对于生产过程中可能发生的异常情况或事故，船闸智能管控一体化平台可全过程监测、调度、监控和评估，并对船舶过闸服务进行最优化建议和管控，以此提高船闸服务质量，并降低运行风险。

参考文献：

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（编辑：胡旭东）