數字船閘建設相關技術研究

陳國仁，王小峰，李炳源

（1.北京機械工業自動化研究所，北京 100120；2.湖北省漢江崔家營航電樞紐管理處，襄陽 441000）

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數字船閘建設相關技術研究

陳國仁1，王小峰2，李炳源2

（1.北京機械工業自動化研究所，北京 100120；2.湖北省漢江崔家營航電樞紐管理處，襄陽 441000）

摘 要：對“數字船閘”系統結構進行分析與研究，實現船閘管控一體化，船閘運營管理自動化。

關鍵詞：數字船閘；監控系統；調度

0　引言

水運交通是目前物流運輸的重要組成部分，水運因其運輸成本低、運量大等優點，在大宗物資運輸過程中，與鐵路、公路等陸運運輸形式比較，水運具有明顯的優勢。船閘是構建高等級航道、打造“水上高速公路”的必要設施。隨著“十二五規劃”的完成，我國內陸多個水系上的高等級航道及數百座船閘已建設完畢，水路交通網已初具規模。

“十三五規劃”中航道升級將是水運建設的重點，其中打造“智能航道”及“生態航道”將是航道升級的主要任務。船舶從出發港到目的港在航道行駛的全過程均能被準確定位并保證信息暢通，確保船舶快速、安全、有序的行駛是“智能航道”的基本要求。構建“數字航道”、“數字船閘”是打造“智能航道”的基礎。本文著重介紹“數字船閘”建設。

信息化與工業化的融合發展是推動我國現代化的戰略選擇，黨的十七大提出“大力推進信息化和工業化融合”。“數字船閘”在此背景下應運而生，運用信息技術，通過對各子系統的開發和集成，實現船閘調度與監控的自動化，管理信息化，規范過閘流程、實現船閘管控一體的現代化船閘管理模式。

1　船閘監控系統

船閘是大型水利樞紐、水電站的附屬通航設施，使得船舶能夠克服水利樞紐、水電站形成的水位差。船閘是渠化航道、打造高等級航道的必要設施。船閘監控系統作為船閘機電設備運行控制的“大腦”，負責控制船閘各種機電設備、通航指揮系統以及通航輔助設施嚴格按照過閘工藝協調運行，同時檢測設備運行信息、監視船閘設備及過閘船舶運行情況。

船閘監控系統為集散型控制系統，包括計算機監控系統（集中監控系統和現地控制系統）、工業電視系統、廣播系統、運營調度系統、供配電/照明控制系統、通航信號指揮系統等。船閘監控系統具備如下功能：船閘運行監控及過閘船舶調度管理、船閘設備運行保護監測及管理、船閘運行視頻圖像監視、交通指示信號自動控制、自動/人工分區域廣播、調度通訊及其他功能。

目前國內多數船閘調度系統、控制系統、工業電視系統等各子系統相對獨立，很少進行相互間信息交互。“數字船閘”要求各子系統以控制系統和運營調度系統為核心，采集其他子系統的狀態信息，并根據船閘運行工藝自動控制各子系統的運行。

1） 船閘控制系統與工業電視系統信息交互，可實現船閘監控視頻圖像自動跟蹤功能，根據船閘運行狀態在集控室大屏幕上自動調用顯示相關畫面，并可實現緊急情況自動抓拍功能。通過控制系統對船閘閘門關閉實時監控圖像的分析可實現閘門自動防撞、防夾功能，該功能是船閘監控操作實現無人值守的必要技術。

2）船閘控制系統與廣播系統信息交互，可實現自動廣播、人工定向分區域廣播等功能，同時可實現現場廣播功放等設備自動休眠，使用時自動喚醒功能，不但降低了設備能耗，設備的使用壽命也大大提高。

3）船閘控制系統與供配電/照明系統信息交互，實現船閘供配電系統的“三遙”功能，將船閘供配電設備、室外照明的監控納入船閘監控系統，船閘變電所實現無人值守，船閘照明實現自動控制，減少船閘運行電耗。船閘管理系統與配電監視系統聯網可實現用電負荷統計及能耗分析，為降低船閘運行能耗提供依據。

4）船閘控制系統與運營調度系統信息交互，實現船閘管控一體化，船閘運營管理真正實現自動化。

5） 船閘控制系統與現場機電設備信息交互，實現船閘機電設備智能診斷功能。目前的控制系統與機電設備信息交互只是做到了對機電設備運行狀態的在線監控、數據記錄、報警停機等保護功能。船閘機電設備智能診斷系統可實現分析各機電設備一段時間以來的運行數據及曲線，比對設備正常的運行數據及曲線，判斷設備的性能及磨損情況，對工作到壽命極限的設備進行預警，提示維護人員及時更換相應的設備，從而減少設備故障停機時間。對于一個單位管理的多個船閘，可建立統一的智能診斷云平臺，通過互聯網對多個船閘機電設備實現遠程管理診斷。

2　船閘運營調度系統

2.1現狀及發展趨勢

隨著我國水運物流業的持續發展，內河航道通行的船舶數量、運量逐年增多，國內多個大型水利樞紐、水電站已開始擴建雙線、三線甚至是四線船閘。京杭運河最繁忙的蘇北段已全部建成三線船閘，三峽船閘擴建三線四線船閘也已提上議程。隨著內河流域航道等級不斷提升，多線船閘運行調度復雜，待閘船舶滯留情況逐漸增多，船閘已成為提升內河航道運量的瓶頸。傳統的人工調度船舶過閘的模式效率低下，以控制系統和運營調度系統為核心的聯合調度系統將成為數字化船閘的發展方向。

目前交通部正大力推廣北斗船舶定位系統，在內河航道上安裝北斗定位終端的船舶也越來越多。北斗終端不僅有船舶定位功能，還能實現船舶自動過閘報到、自動繳費和過閘信息發布等附加功能，與船閘調度系統聯網后過閘效率將大大提高。開發與北斗定位終端的接口，也是實現數字化船閘的關鍵技術。

在國內收取過閘費的船閘中，目前絕大多數均采用船員上岸人工繳費的方式，船員一次繳費時間需要數小時。開發水上ETC系統，也能實現船舶自動過閘報到、自動繳費，提高過閘效率。水上ETC系統推廣成本要低于北斗終端系統，更適合大面積推廣。

船閘自動調度系統結合北斗終端及水上ETC系統，不僅提高了船舶過閘效率，還能減少船舶過閘調度及收費過程中的人工干預，是實現船閘減員增效和廉政建設的有效手段。

在“數字船閘”系統中，調度系統基于自動控制系統、ETC系統、工業電視系統、水文系統、北斗系統等各子系統，對船閘數據進行采集、處理、發布，由此共同構建了完整的管控系統，以此實現船閘管理的信息化、監控調度的自動化，規范過閘流程、實現船閘管控一體化，真正實現現代化船閘管理模式。

2.2“數字船閘” 船舶過閘流程

船舶過閘調度流程有以下四步：

1）船舶上傳運單、報到、繳費，目前國內船閘大部分需要船員上岸報道繳費，也有部分船閘實現“水上ETC”自動報道繳費；

2）聯合調度、船舶編隊，根據報道船舶參數進行編隊調度；

3）根據船閘狀態及工況優先級別對以上船隊進行排檔；

4）船舶過閘。

“數字船閘”的自動調度的目標是結合當前的工況、水文、優先規則等條件將待閘船舶按照既定算法輸入參數，將待閘船舶進行編隊、排擋，由系統發出明確的調度指令，實現船舶有序快速過閘。

2.3“數字船閘”其他相關技術

圖1　“數字船閘”船舶過閘流程圖

1）航道航運地圖：航運電子地圖，并在地圖上標明地區名稱、碼頭、礙航設施等，并實時顯示船舶航行位置（僅限裝有北斗定位系統的船舶）、船舶待閘狀態及船舶基本信息。

2）流域梯級船閘聯合調度：梯級船閘聯合調度系統遵循“統一調度、統一指揮、集中監控”的原則，采取“一次申報、統一計劃、分閘實施”的調度程序，實現流域梯級船閘優化調度。

梯級船閘統一申報，實現方式：短信、北斗報閘、互聯網。

梯級船閘統一收費，實現方式：水上ETC自動繳費和到閘人工繳費。

違章統一管理：將整個流域船閘的船舶違章記錄，統一到一個數據平臺上，實現違章的統一記錄、查詢等功能。

船舶到閘預測：根據船舶過閘等級情況、相鄰船閘船舶過閘情況及歷史同期本船閘過閘情況，推算出72小時、48小時、24小時內到閘的船舶數量。為本船閘過閘調度優化提供依據。

3）數據庫異地容災：流域船舶調度數據庫存儲中整個流域上航行的所有船舶數據信息，包括船舶基本信息、本次航行信息、船舶航行動態信息、船舶繳費及違章信息等，數據一旦紊亂、丟失將造成巨大損失，建立數據庫異地容災系統是十分必要的。

3　結束語

“數字船閘”以調度系統為核心，與自動控制系統、工業電視系統、廣播通訊系統、ETC技術、北斗定位等技術相結合，實現船閘全區域內的管控一體化，減少船舶待閘時間，提高過閘效率；運用信息技術，通過開發和集成，實現船閘監控、調度的自動化、數字化和管理信息化，規范過閘流程、實現船閘管控一體化的現代化船閘管理模式。

參考文獻：

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Research on related technology of digital lock construction

CHEN Guo-ren1， WANG Xiao-feng2， LI Bing-yuan2

中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A

文章編號：1009-0134（2016）05-0170-03

收稿日期：2016-03-15

作者簡介：陳國仁（1976 -），男，吉林人，工程師，碩士，主要從事船閘電氣與控制系統設計施工的工作。