揚州智慧船閘建設的相關問題研究與建議

嚴立笠

（揚州市港航事業發展中心，江蘇 揚州 225000）

水運具有運能大、能耗低、污染小等優勢，在加快構建高效、安全、綠色的綜合交通運輸體系中占有重要地位。船閘是溝通水系、提高航道等級、改善通航條件的通航建筑物，隨著日益增長的水運需求和船舶大型化、標準化，以及船民對過閘服務水平要求的不斷提高，這對航運的管理者提出了更高的要求。近年來，我國眾多船閘開展了智慧船閘建設，包括三峽雙線五級船閘、葛洲壩船閘、廣西西江船閘、浙江省三堡船閘、江蘇省泰州引江河高港船閘等，不同的智慧船閘建設側重點不同，揚州船閘需要根據實際情況和自身特點，強化自身需求，加快智慧船閘建設，提升船閘信息化管理水平，提高船閘養護、管理、服務、運營能力。

1 智慧船閘定義和特點

1.1 智慧船閘定義

智慧船閘是船閘信息化的高級階段，是一個不斷動態變化和升級的過程。智慧船閘指的是綜合運用大數據、移動互聯網、智能傳感及物聯網等新一代人工智能技術，建立廣泛覆蓋、深度互聯的船閘信息化網絡，以信息化、智能化技術引領船閘管理模式創新升級為主要特征，為船閘的智慧運營、智慧運維和智慧服務提供便捷、智能的過程控制、響應支援和決策參考的信息化發展過程。

1.2 智慧船閘特點

智慧船閘作為船閘信息化建設升級版和新階段，它應以安全履行船閘職能為第一要務，基于船閘的業務結構，結合智慧船閘的概念和內涵特征，充分運用系統傳感器技術、PLC控制技術、網絡技術、通信技術、視頻監控技術、聲納技術和BIM技術等，建立一套全方位的船閘控制和綜合管理系統，快速、暢通地實現船舶過閘流程，從而服務船民，達到便民的目的。

2 揚州智慧船閘發展現狀

揚州智慧船閘依托江蘇省航道信息化建設穩步推進。江蘇航道信息化近年逐步推進信息化基礎設施建設，一是已建成較完備的信息化基礎設施體系，航道信息高效的采集、傳輸及存儲體系已基本建立；二是基本建成江蘇航道的“一主二分”數據中心；三是航道信息服務形式和內容呈多樣化發展，各級航道管理部門的公共信息服務水平進一步提升。其中“水上ETC”在全國率先建成并得到推廣運行，過閘船員無需上岸登記、無需上岸繳費，過閘流程直接通過手機客戶端完成，極大地提高了船舶的過閘效率。

揚州市航道管理處還結合揚州市內河航道和船閘的特點開展了過閘船舶吃水深度自動測量技術、水下機器人巡檢系統等研究。2018年建成了揚州航閘指揮調度中心，為智慧船閘的運營調度和聯合指揮奠定了基礎。

3 國內外智慧船閘建設概況

國外發達國家內河航道信息化建設較早。密西西比河在20世紀末已經將智能運輸系統、差分全球定位系統等先進的通信和導航技術應用到航道信息采集和分析中，為航道的規劃、建設、管理及養護提供了支持和參考。萊茵河在1940年后開始逐步實現了信息技術標準的統一，于20世紀90年代末期開始了萊茵河導航計劃，實現了ENC在船舶雷達顯示圖像上加載、航段通信信號智能控制以及航道維護管理智能分析決策等內河航運綜合信息服務。其中比較典型的，包含船閘信息化的有：荷蘭的船舶報關信息系統（IVS90）采用先進的信息工作流技術，支持船閘調度、船舶交通管理（VTS）以及水上安全監控等；比利時的IBIS/GINA系統主要用于船閘調度、航運管理以及統計分析等，其核心技術包括互聯網和EDI技術；挪威的Norcontrol IT系統滿足了船舶管理當局對精確船舶定位等需求，基本功能包括雷達圖像、高精度AIS覆蓋、到港船舶電子報告、多傳感器的信息融合、同其他河流信息系統的信息交互、交通計劃和管理的數據庫應用等。美國的船閘實時監控系統（LPMS）可實現對流域內所有船閘通航情況、運行狀況、維護情況、數據信息進行實時跟蹤與查詢。

近年來，國內內河航運事業發展越來越快，船閘信息化管理水平有了較大地提升，除基礎的服務于生產、管理、安全的信息化建設成果外，較為典型的三峽船閘、葛洲壩船閘、廣西西江流域船閘等，通過運用成熟先進的信息化技術（VITS、GPS、CCTV、互聯網等），建立合理的調度規則，優化管理流程，使得船閘的管理、服務水平有了進一步提升。

3.1 三峽-葛洲壩船閘

（1）信息化船閘調度規則體系。統一規范船舶過壩管理流程，船舶通過GPS、手機客戶端、企業微信、網頁等方式申報，或向當地海事管理機構申請，通航指揮中心根據安檢合格船舶的到錨順序編制船舶過壩計劃，24小時向社會公開發布過壩作業計劃和所有船舶滾動預計化等動態信息。

（2）過閘船舶的實名制和誠信管理信息化。全面實施過壩船舶誠信管理機制，并通過船公司、船舶、船員誠信管理信息系統，實時記錄并向社會公布誠信得分及評定情況。

3.2 廣西西江流域船閘

（1）流域船閘聯合調度和統一管理。目前，西江集團船閘分公司已對11個梯級樞紐共15座船閘按照“三統一分”的船閘通航管理模式，特別是對集團所屬的7座船閘實現集中控制功能，可以遠程實時調用控制船閘任一生產攝像監控點、通過多方通信融合指揮系統進行遠距離一對多、一對一的實時通信，幾百公里以外的船閘能夠做到“無人值班，少人值守”。

（2）實現了港航運數據的有機融合。一是船閘調度信息的交互共享。實現了申報過閘船舶動態、船閘通過能力、平均待閘時間、船閘水位、船閘視頻圖像等信息的實時采集與監測，實現各船閘上傳數據質量的監控和對各船閘間交換共享數據的管理。同時，調度系統實現各船閘報到信息、調度信息、水位信息、水情信息的實時共享互通和集中統計。二是船舶運輸信息的交互共享。船閘聯合調度系統與廣西水路運單管理系統等實現了實時信息共享，船閘調度管理可以實時查看船舶出港運單數據和海事船舶簽證數據，省去了大量的過閘船舶信息現場復核等工作。三是航運數據信息的監測分析。建立了船閘大數據年報制度，重點分析了船閘總體運行情況（含多線船閘分閘室數據）、過閘船型、過閘時間、過閘貨物種類、過閘貨源地和目的地（貨物流向）、重點航線、運力指數及貨運指數等，并以多種方式展現和統計船閘運行大數據。實現了從航運市場總體情況、重點航線市場運行、重點港口市場運行等多個維度監測航運市場。

（3）實現了北斗衛星定位技術的應用。西江集團為全國首家將北斗衛星定位技術應用在內河船閘過閘的單位。配合“西江通”手機APP和西江“E支付”，實現西江流域船舶過閘時“不停船報到、不上岸繳費”，提高了船舶過閘效率。通過會員尊享增值服務（如不停船報到、不上岸繳費、船閘調度信息推送與提醒、船舶監控服務、過閘費“e（易）托收”等），以市場商業化運營服務方式在西江流域推廣使用北斗智能終端（設備費5 000余元）。采用北斗衛星定位技術，可對安裝有北斗智能終端的船舶進行航行軌跡實時跟蹤，設置船舶自動報到感應區域，實現船舶自動報到和自動排隊，有力維護了船舶報到和過閘的公平、公正、公開。

通過分析和總結國內智慧船閘的建設現狀，可以看出：目前智慧船閘的建設主要還是從運營、運維、服務的其中一個方面出發，取得了一定的成果，但還沒有將三者結合統一起來，建立起涵蓋智慧運營、智慧運維、智慧服務的智慧船閘。

4 智慧船閘存在問題

對上述現狀進行分析和總結，揚州智慧船閘建設現階段存在的問題主要體現如下。

4.1 智慧船閘的建設缺乏頂層設計

揚州智慧船閘建設缺少頂層設計、缺乏統籌管理，整體性不強，綜合效能展現不足。多個業務應用系統由于是獨立開發和運行的，難以實現業務系統間的數據共享交換。未形成統一平臺，系統之間的接口繁雜。信息資源的統一管理機制缺乏，信息化建設與業務管理和服務融合度不足。信息資源開發利用程度不高，尚未在決策支持、業務規范、流程再造、綜合管理與對外服務等方面得到深化應用。

4.2 新技術未能充分應用到船閘運營維護領域，船閘數據資源尚未形成共享交換機制

智慧船閘的建設必須依靠現代化科學技術支撐，現有技術需要進行推廣應用和升級研究，比如新版便捷過閘系統、智能排擋與調度、視頻與控制聯動、智能無線船閘便捷控制、船閘閘門防撞預警、公共信息服務APP等。

還有一部分涉及船閘運營、運維的關鍵技術亟需開發建設和應用，比如水下機器人巡檢、基于人臉識別的船閘智能安全巡查、船閘機電遠程故障診斷、基于高分影像船閘基礎設施巡檢、基于GIS/BIM融合技術的船閘智能運維等新技術和新方法。

船閘信息資源分散的狀況依然存在，有的還處于“信息孤島”狀態。揚州市船閘在發展過程中通過統計、調查、規劃、研究已積累了豐富的基礎信息，包括船閘基礎設施數據、運營數據、設施設備維護信息、公共服務信息、收費信息等，但由于散落在相關管理部門和各類獨立的信息系統中，無法充分發揮基礎信息對船閘運行的支撐作用，造成了信息資源和人力資源的耗費。

4.3 未形成智慧船閘統一標準

智慧船閘在全國各地水運行業建設，并根據不同船閘的實際情況進行設計、建設和推進，但現階段的智慧船閘建設還處在各自建設的階段，尚未形成智慧船閘功能準確定位和行業統一標準，建設的差異化情況明顯。

5 加快發展揚州智慧船閘的建議

5.1 加強揚州智慧船閘的頂層設計

頂層設計是實現信息化規劃向信息化實施過渡的一個不可或缺的重要環節，是以信息化規劃為指導來創建信息化實施的總體框架，是總體規劃的一種實現手段，即用系統論的方法，從全局出發，以信息資源規劃為核心，對信息化建設的各方面、各層次、各要素進行統籌考慮，協調各種關系，明確目標，選擇實現目標的具體路線，制定正確的戰略方法，并適時調整、規避可能導致失敗的風險，降低成本、提高效益。

就智慧船閘頂層設計而言，需要統籌考慮智慧船閘涉及的各方面要素，通過規范數據、業務功能、應用系統來實現資源共享與業務協同目標，提出適應智慧船閘發展需求的管理機制，指導智慧船閘建設工作。

5.2 充分將新技術應用到船閘運營維護領域，數據資源工程形成共享交換體制

智慧船閘綜合運用大數據、云計算、移動互聯網、智能傳感及物聯網等新一代信息與人工智能技術，建立廣泛覆蓋、深度互聯的船閘信息網絡，實現船閘運營、運維、服務等的便捷化、智慧化。

建立船閘運行統一管理平臺，打造船閘智慧運營、船閘智慧運維、船閘智慧服務等三大綜合業務體系，分別解決船閘的運營、運維和服務等三大需求，主要包括船閘運行統一監測、船閘運行智能分析、船閘統一集中調度管控、公共信息發布航道等四個方面。

船閘管理中各項業務間數據也需要有相互的支持和交互。建立數據資源共享機制需要進一步區分內部業務間的關聯情況，明確其中的業務邏輯關系；理清各業務內部的協同需求，規范、整合數據資源，提高系統互聯互通和數據交換共享程度，滿足船閘對業務應用和數據使用需求，實現船閘的智慧運營、智慧運維和智慧服務。

5.3 制定智慧船閘統一標準

智慧船閘標準及管理辦法是揚州智慧船閘是否能夠可持續發展的重要保證，是智慧船閘整體框架的支撐。要站在揚州智慧船閘建設整體推進的全局角度，抓緊制定智慧船閘建設管理辦法、信息化技術管理辦法，完善技術管控體系建設。建立智慧船閘管理和業務信息資源采集、更新、共享制度，明確數據來源、標準以及信息交換的責任和義務。進一步加強和完善揚州智慧船閘標準及建設管理辦法，推動數據整合共享，實現信息系統互聯、互通、互操作。采取有效措施，保障信息標準和管理辦法的貫徹執行，保證智慧船閘建設、運營的健康有序進行。

5.4 建設揚州船閘調度中心，實現揚州船閘統一運行聯合調度

目前揚州船閘運行調度模式為各船閘分散控制，建議建設揚州船閘集中運行調度中心作為管理處6座船閘的集中運行調度的樞紐，通過對揚州區域內船閘的集中控制、統一調度、統一信息發布，并實現與水利等全市船閘、周邊船閘聯合調度，提升船閘運行效能。

5.5 建設視頻監控綜合管理平臺，做好船閘調度管理和應急指揮

依托現有的網絡基礎條件，在揚州船閘集中運行調度中心建設視頻監控綜合平臺，通過平臺與各船閘流媒體服務器級聯方式整合接入管理處6個船閘引航道、閘門、閘室和泵站等重要部位的視頻圖像資源，運行調度中心的拼接大屏，能夠通過平臺對接入的所有視頻資源進行統一解碼拼接上墻。調度中心人員通過平臺對各船閘遠程調度管理，同時也能夠對公共事件和突發事件進行更好的應急指揮。

5.6 建設多方通信調度系統

建設多方通訊調度系統。基于網絡通訊的模式，將IP電話與集群網關2種通信方式融入運行統一管理平臺，通過通信調度系統實現對管理、調度人員的辦公話機、值班話機、對講機終端等統一調度，可快速發起單呼、會議、廣播和對講等調度任務。實現對電話、無線對講機、電臺等各類通信終端的互通。

5.7 加快船閘養護新技術應用，實現船閘設施設備智能化升級

推廣應用船閘運行機電設備實時監控系統、基于高分影像的船閘基礎設施運維系統、BIM模型/三維模型和船閘智能安全巡查裝置。

（1）利用高分系列衛星獲取的數據建設船閘高分影像圖。

（2）船閘基礎設施運維系統通過北斗高精度與高分遙感數據的結合，定期進行圖像對比分析，自動識別或者預判船閘或航道護岸變形和滑坡。

（3）利用BIM技術（或三維技術）為船閘重點機電設備和水工建筑物建立模型，為船閘的運營管理養護提供支持。

（4）船閘智能安全巡查裝置。利用智能終端實現安全巡查，包括智能登錄、巡查事故上報、巡查軌跡回放和巡查統計分析等功能。

5.8 與海事、水利船閘等第三方數據共享，提高船閘數據利用率

與海事、水利船閘數據信息交互共享，實現揚州境內所有船舶報到信息、調度信息和水情信息的實時共享，通過對航行船舶有序化的調控，實現揚州各船閘的統一管理和聯合調度。

5.9 利用船舶AIS、VITS設備對船舶準確定位

與海事部門協調，開放船舶AIS、VITS數據接口，利用船舶AIS、VITS設備對船舶準確定位，實現船載設備軌跡顯示、設備在離線狀態顯示，并將實際位置精確定位到電子航道圖上，配合視頻監控的可視化管理手段，為運調中心管理人員提供全面的決策支持，有效提高過閘船舶的監管水平。

6 結束語

智慧船閘建設是水運事業的必然趨勢，通過分階段逐步實施整合，揚州智慧船閘建設以實現“集中值守”為階段目標，以打造“無人船閘”或“少人船閘”為最終目標，整合船閘數據資源，建設船閘統一管理平臺，應用和推廣現有新技術，形成統一標準，將揚州市的船閘打造成在智慧運營、智慧運維、智慧服務等方面全省乃至全國領先的智慧船閘，打造交通強國的“揚州樣本”。