船舶過閘關鍵流程智能安全監管研究

張日民

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇南京 210019）

內河航運是現綜合交通體系的重要組成部分，在推進我國交通強國建設、促進經濟社會快速發展中起到重要作用。以江蘇省為例，內河貨運量約占全省綜合貨運量的1/3，貨運周轉量占全省綜合貨運周轉量的1/2。船閘作為內河航道上的關鍵節點，不僅承擔著區域航道網水位調節、防洪防汛、過閘費征稽等航運管理職能，還肩負船舶調度、船閘控制、船舶過閘安全監管等職責，是保證航道安全、高效運行的重要交通樞紐。隨著內河航運業務的發展，內河航道的貨運量、交通流量呈現明顯的上升趨勢，船舶大型化趨勢日趨明顯，如何有效識別船舶過閘安全風險，保障船舶安全、有序、高效過閘成為當前亟須解決的問題[1]。

1 船舶過閘安全監管現狀

1.1 船舶過閘基本流程

傳統的船舶過閘流程基本包括靠泊、登記繳費、等待調度、分配閘次閘號、進入待閘區、進閘與出閘等環節。隨著“水上ETC”等航道收費系統的逐步推廣使用，過閘申請與繳費不再需要船民登岸。

船舶過閘流程涉及安全監管的步驟：船民過閘申報→船舶身份核查與復核丈量→過閘身份確認→調度排檔，分配閘次閘號→待閘船舶進閘，系好纜繩→船舶船閘[1]。

與船舶過閘相對應，船閘運行步驟[2]：下行進閘→落上閥→關上閘→提下閥→開下閘→下行出閘→上行進閘→落下閥→關下閘→提上閥→開上閘→上行出閘。

在船閘運行過程中，船舶何時進閘、進閘以后是否系好纜繩、船閘何時提落閥、何時開關門，均需要確認上一步動作結束后外界是否存在不安定因素，確保船閘運行安全。

船舶過閘關鍵流程如圖1所示。

圖1 船舶過閘關鍵流程

船閘運行步驟如圖2所示。

圖2 船閘運行關鍵步驟

根據船舶過閘流程及船閘運行步驟，梳理船閘在運行過程中需要執行的安全監管內容，主要包括船舶超高檢測、吃水超限檢測、閘室出空檢測、船舶進閘超速檢測、系纜安全檢測、超警戒線預警、閘門區域船舶檢測、閘門上方行人檢測、門頭對中等[4]。

為了保證船舶過閘安全，在船閘運行過程中需要對船舶過閘安全風險進行監管。

船舶過閘安全監管內容如圖3所示。

圖3 船舶過閘安全監管內容

1.2 船舶過閘安全監管現狀

根據對內河航道船閘的實地調研，目前船舶過閘安全監管主要依靠船閘現地機房的工作人員人工監管。人工監管存在監管范圍不全面的弊端，不能全面考慮船舶過閘的不安定因素，監管效率較低，直接影響船舶過閘效率[5]。

隨著5G、北斗、人工智能、視頻監控、雷達檢測、激光檢測、大數據分析等新技術的發展與應用，將新技術與船舶過閘安全監管有機結合，解決當前人工監管存在的不足，支撐船舶快速、安全、高效過閘，是船舶過閘安全監管的重要發展趨勢。

本文重點圍繞船舶過閘業務流程及船閘步驟，結合當前新技術的應用，以船舶過閘安全監管平臺建設為依托，分別提出船舶申報階段、待閘階段、過閘階段需要關注的安全風險點，形成閉環處置，支撐船舶過閘智能安全監管。

船舶過閘業務流程智能安全監管如圖4所示。

圖4 船舶過閘關鍵業務流程智能安全監管

2 船舶過閘智能安全監管平臺

船舶過閘智能安全監管平臺主要利用計算機數據處理和計算機網絡傳輸技術，對子系統產生的預警信息進行采集，集中反映到預警界面，使船閘管理人員能夠及時、準確了解整個調度、控制系統安全預警信息，便于處理[6]。

船舶過閘業務智能安全監管平臺如圖5所示。

圖5 船舶過閘關鍵業務流程智能安全監管平臺

船舶過閘智能安全監管平臺根據船舶在航道上的位置，對過閘安全監管的內容進行了分類。

（1）船舶在遠調站時，需要對船舶超高、吃水超限進行檢測。

（2）船舶在引航道時，需要對船舶身份進行核查。

（3）船舶在閘室時，需要對船舶超速、閘門上方行人、系纜安全、閘室出空、超警戒線、閘門區域船舶進行檢測。

3 船舶過閘智能安全監管關鍵技術研究

3.1 智能安全監管關鍵技術研究

（1）船舶吃水超限檢測技術。

當前船舶吃水超限檢測普遍使用人工復核丈量的方式，效率不高，繁忙時段實施難度大[7]。為了在保證檢測準確率與效率的同時控制建設成本，本文采用高清照片抓拍初檢與水底聲吶復核的方式組建吃水超限檢測系統。在船閘下游遠調站增設一套船舶抓拍系統，抓拍進閘船舶高清照片，根據船舶身份信息從船舶數據庫里獲取型深數據。

借助深度學習技術，利用邊緣檢測技術定位船水分界線和干舷甲板邊緣，計算得到干舷距離水面高度。采用船舶型深減去該高度，得到船舶吃水深度。

（2）船舶超高檢測技術。

實踐表明，過閘船舶超高將對船閘上跨橋梁產生碰撞風險，影響船舶過閘安全，對船閘結構物造成損失。目前，上跨橋梁的設計安全通航凈空為7 m，但隨著船舶大型化，尤其是空載船舶，其高度可能會超過7 m，需要對過閘船舶超高進行檢測。本文借助激光差超高檢測技術，在航道兩岸安裝激光對照設備，船舶超高時會阻斷激光信號，設備報警。

船舶超高檢測技術原理如圖6所示。

圖6 船舶超高檢測技術原理

（3）船舶身份核查技術。

目前，船舶身份識別的技術手段主要有AIS、RFID和視頻圖像等。本文借助高清視頻抓拍技術，即在船閘上下游閘首安裝高清視頻抓拍設備，抓拍船舶船名船號、船舶特征，結合圖像分析技術，識別船舶身份，并與船舶數據庫及AIS系統中的船舶信息進行比對，確保實際過閘船舶與調度船舶一致。

船舶身份核查系統流程如圖7所示。

圖7 船舶身份核查系統流程

（4）閘室雷達識別技術。

傳統的船舶測速方法主要有測速區測速法、雷達距離測速法、正橫距離測速法與GPS定位測速法，雷達測速以其布設靈活、反饋靈敏等特性，在交通測速場景中應用廣泛[8]。本文結合船舶過閘安全監管需求，在閘首及閘室中間位置布設雷達，一方面對閘室出空及船舶進閘時的速度進行檢測，另一方面對開關閘門的過程中閘門區域是否有船舶闖閘、船舶是否超過警戒線進行檢測。

閘室識別原理如圖8所示。

圖8 閘室識別架構

（5）閘室視頻檢測技術。

船舶進入閘室后，為避免船舶隨船閘漲泄水的影響，要求船舶必須系好纜繩。在開關閘門的過程中，要求閘門上方不得有行人停留。借助高清視頻檢測技術，在閘室機房樓頂部布設高清視頻監控設備，借助視頻智能分析與圖像識別技術，對船舶進閘后是否系好纜繩、開關閘門時閘門上方是否有行人進行檢測，將檢測結果匯至安全監管平臺。

3.2 安全預警信息的匯聚與處置

安全預警系統的預警信息傳輸與匯聚如圖9所示。

圖9 安全預警系統的預警信息傳輸與匯聚

安全預警系統通過數據采集模塊從各監管子系統中采集安全預警、性能越限預警和網絡預警等信息，通過分析處理后，以合適的方式呈現給船閘管控工作人員，實現對各通信系統預警信息的管理[9]。主要包括預警采集、預警處理、預警呈現、預警操作和查詢等功能。此外通過設備管理功能，工作人員還可以對外場監測設備工作狀態實時監控，對系統故障迅速定位。

3.3 智能安全監管平臺實踐應用

為了驗證方案，將船舶過閘關鍵業務流程智能安全監管平臺在多座船閘進行了測試與論證，檢測結果如表1所示。

表1 船舶過閘智能安全監管平臺實踐應用分析結果

通過外場感知與軟件系統的應用，船舶過閘智能安全監管平臺能夠有效檢測船舶過閘的安全風險，將檢測結果匯至平臺，由平臺與船閘調度系統與控制系統對接，提升船舶過閘安全監管水平，保障船舶快速、安全、高效過閘。

4 結語

本文借助視頻監控、雷達、激光、AIS等多種技術手段的融合應用，構建船舶過閘智能安全監管平臺，通過外場感知設施對船舶過閘的關鍵業務流程的不安全行為進行檢測，將檢測結果匯至智能安全監管平臺，與船閘調度系統、控制系統進行對接，實現船舶過閘安全監管的閉環處置，切實提升船舶過閘安全監管的全面性與有效性。為了驗證船舶智能安全監管平臺的應用效果，對平臺進行了現場測試。不同的船閘由于環境、船舶流程、船閘控制方式、船閘結構物等各不相同，后期應根據船閘的特征進一步完善船閘過閘智能安全監管平臺，選取合理的建設內容與軟硬件參數，提升船舶過閘安全監管智能化水平。