京杭運河徐揚段智能過閘管理系統(tǒng)的構(gòu)建與實踐

豐瑋++王迅++楊本

摘 要：以京杭運河徐揚段智能過閘系統(tǒng)的構(gòu)建為例，介紹了以航道、船閘、船舶、臨跨河設施等信息數(shù)據(jù)的采集和綜合應用為核心搭建的京杭運河航道業(yè)務運營骨干系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)了404公里11個航運梯級總計28座船閘的全面感知和船舶智能運調(diào)，并對全航段的船閘、船舶實現(xiàn)了全過程、全方位的及時、動態(tài)、準確的監(jiān)控、管理、通行和信息等服務，全面實現(xiàn)了信息化管理，提升了航道通行能力、管理效能以及服務水平。

關鍵詞：船閘智能運調(diào) 多級船閘聯(lián)合調(diào)控 船閘綜合保障 航運信息采集 電子航道圖 綜合分析決策 多途徑信息發(fā)布

概述

京杭運河徐揚段（簡稱蘇北運河），北起徐州藺家壩，南至揚州六圩口，流經(jīng)徐州、宿遷、淮安、揚州四市，全長404公里，全程水位落差31米，分為11個航運梯級，建有28座大型船閘。作為國家水運主通道，多年來一直承擔了重要物資的運輸，是京杭運河通過量最大的航段，對促進長三角地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展發(fā)揮了較大的作用。京杭運河徐揚段航道綜合信息化項目借助智能化的手段，通過對多級和單級船閘的智能綜合運調(diào)、對航道及設施的物聯(lián)網(wǎng)化數(shù)字感知和對綜合數(shù)據(jù)的信息管理以及全方位的便民服務，構(gòu)建了一個“平時運調(diào)監(jiān)管”、“忙時聯(lián)合調(diào)控”、“緊急情況應急調(diào)度”的智能化業(yè)務骨干平臺系統(tǒng)；形成了一個協(xié)調(diào)有力、運行高效、信息共享、互聯(lián)互通的航閘智能運行系統(tǒng)，最終實現(xiàn)了對航道、船閘、船舶的全過程、全方位的及時、動態(tài)、準確的監(jiān)控、管理和服務。

徐揚段智能過閘管理系統(tǒng)從船閘、船舶、航道三個方面對航道業(yè)務進行梳理、分析，集船閘、船舶、航道三位一體、涵蓋了蘇北運河各級航道管理部門、船運企業(yè)、所有在航船舶等在內(nèi)的全方位綜合管理、調(diào)度、指揮和服務支持的信息化體系。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)層面上實現(xiàn)了與已有的江蘇省航道聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)、航道中心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、航政管理系統(tǒng)、船舶GPS輔助調(diào)度等現(xiàn)有系統(tǒng)的融合及交換，消除了目前信息化發(fā)展過程中普遍存在的信息孤島現(xiàn)象。

船閘運調(diào)和綜合保障管理體系

智能輔助過閘調(diào)度子系統(tǒng)，在動態(tài)船舶信息數(shù)據(jù)庫、過閘智能監(jiān)控等系統(tǒng)及計算機快速運算能力的支持下，通過建立待閘船舶過閘行為的數(shù)學分析模型，從船舶待閘時間、閘室利用率及船民待閘心理等多重考量因素構(gòu)成的，涵蓋蘇北運河各級管理部門以及對所有待閘船舶的海量可選過閘方案中，快速篩選出綜合最優(yōu)化的多閘閘外智能化編組過閘方案，并以圖型化呈現(xiàn)。通過指揮調(diào)度與服務支持體系實現(xiàn)了船閘調(diào)度中心與待閘船舶間的直接調(diào)度與溝通。

多級船閘聯(lián)合調(diào)控子系統(tǒng)，在智能輔助過閘子系統(tǒng)及通航能力輔助分析子系統(tǒng)的支持下，根據(jù)通航船舶、待閘船舶、航道通航狀況、船閘運行狀況等，從整個蘇北運河的宏觀視角，實現(xiàn)了對整個區(qū)域內(nèi)11級28線船閘間的待閘、過閘和航行船舶的可控和有序化調(diào)控，實現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)船閘間的聯(lián)合調(diào)度，整體提升了全航段多級船閘的通過能力。

在包括RFID、PLC等感知設備構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，系統(tǒng)建立了包括應急人員管理與調(diào)度預案庫、船閘設備備件存貯與調(diào)度預案庫、應急故障搶救預案庫在內(nèi)的應急事件綜合應對體系。實現(xiàn)了蘇北運河船閘相關運維和綜合保障數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)匯聚與集中動態(tài)展現(xiàn)，實現(xiàn)了對船閘機電故障和突發(fā)事件的應急處理、人工遠程診斷和輔助故障排除。

1、船閘智能運調(diào)及多級船閘聯(lián)合調(diào)控

系統(tǒng)通過融合3G智能船載終端、GPS終端、RFID、AIS等終端識別設備的位置數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對通過船舶的遠程申報、自動登記、智能繳費、智能調(diào)度、智能監(jiān)控、智能過閘、智能確認等一系列過閘流程的自動化管理，降低了一線人員的工作強度，整體提升了船舶的過閘效率。

船舶的遠程申報。 在船舶還未到達船閘時，提前將船舶過閘信息通過遠程申報的方式報告給船閘所，當船舶到達船閘的虛擬報到線時，系統(tǒng)可以利用遠程申報的信息，實現(xiàn)船舶的自動登記。

船舶的智能識別與自動登記。在終端識別設備數(shù)據(jù)的支持下，系統(tǒng)實現(xiàn)了船舶的自動離岸識別。被識別后的船舶，通過后臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取船舶的基礎信息和船舶的特征尺寸信息，為船舶的自動登記、智能繳費和自動過閘確認提供基礎。

船舶智能繳費。系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)和電子信息手段的綜合運用，實現(xiàn)了船舶的智能繳費，既可以采用ETC方式也可以采用電子錢包等方式繳費，體現(xiàn)船舶繳費的差異性服務，方便了船民，提升了船民的滿意度。

船舶智能調(diào)度。系統(tǒng)根據(jù)時間最優(yōu)、閘室利用率最大化等調(diào)度規(guī)則，建立了船舶智能調(diào)度數(shù)學模型及算法，借助同級船閘和多閘室輔助智能編排算法，實現(xiàn)船舶檔位的智能編排，自動生成閘次計劃及各閘次的檔位圖。通過智能調(diào)度系統(tǒng)，提高了船閘閘室最后空間的利用率，顯著增加了單閘次的單船數(shù)量和閘室利用率，并根據(jù)排擋情況自動發(fā)布調(diào)度信息。

過閘智能監(jiān)控。系統(tǒng)在船閘視頻監(jiān)控系統(tǒng)的支持下，利用圖像分析技術(shù)，實現(xiàn)了對船閘內(nèi)、待閘區(qū)航段的關鍵設施的警戒保護和監(jiān)控，對過閘船舶的進、出閘行為進行警戒和預警，并提供視頻取證。

智能過閘確認。當船舶順利過閘后，對于已安裝各種終端識別設備的船舶，系統(tǒng)對其實行自動過閘確認，對于未安裝終端設備的船舶，則通過人工輔助進行確認。

2、船閘綜合保障

系統(tǒng)根據(jù)各級船閘的具體情況，建立了船閘調(diào)度預案庫、應急故障搶救預案和船閘備品備件等應急事件綜合應對體系，利用各種傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換和計算機采集技術(shù)，對模擬信號進行數(shù)字化處理，將船閘實時運行的電壓、電流、液壓啟閉機壓力、油溫、油位、閘閥門運行狀態(tài)、水位等數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，輔助技術(shù)人員提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，在故障發(fā)生前防患于未然，在故障發(fā)生時，縮短搶修時間。

綜合支持與指揮調(diào)度

1、多業(yè)務圖層的電子航道圖

系統(tǒng)基于GIS技術(shù)，根據(jù)不同的管理需求分別建立業(yè)務管理圖層，實現(xiàn)了整個航域的航道、船閘、船舶等數(shù)據(jù)的圖層匯聚和可視化展示。在重點監(jiān)控區(qū)域，建立了高比例尺的船閘GIS地圖，并與船舶航行、過閘相關的各類動、靜態(tài)信息，包括船閘設施、水位、過閘、待閘船舶和船閘開閉等重要信息，分別展現(xiàn)在不同的GIS管理圖層中，為航道及船閘的運調(diào)提供了支持。

2、八網(wǎng)合一的航運信息采集系統(tǒng)

系統(tǒng)通過建立船舶數(shù)據(jù)采集網(wǎng)、航道水下斷面感知網(wǎng)、航道交通流量監(jiān)測網(wǎng)、航道通航能力監(jiān)測網(wǎng)、視頻監(jiān)控網(wǎng)、船閘綜合保障物資RFID感知網(wǎng)、船舶過閘安全預警感知網(wǎng)、船閘PLC數(shù)據(jù)匯聚信息網(wǎng)，對全區(qū)域的航道、船閘進行多方位、動靜態(tài)、全面的信息采集，為全航道的綜合分析和指揮調(diào)度提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

3、數(shù)據(jù)集成與交換

在現(xiàn)有江蘇省航道中心數(shù)據(jù)庫和其標準上，結(jié)合蘇北運河管理所需的數(shù)據(jù)元素，系統(tǒng)建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準和基礎數(shù)據(jù)庫。通過對數(shù)據(jù)的抽取、加載、轉(zhuǎn)換、映射，完成從源到目標的數(shù)據(jù)集成與交換，形成面向航道管理綜合應用的業(yè)務數(shù)據(jù)源，為綜合分析與決策支持系統(tǒng)、指揮調(diào)度與服務以及各業(yè)務子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)層面的支持。

4、綜合分析與支持決策

系統(tǒng)以船閘管理決策分析為目的，綜合利用各業(yè)務子系統(tǒng)的實時或準實時數(shù)據(jù)進行智能數(shù)據(jù)分析與挖掘，形成多種類型的分析圖表，支持排序、動態(tài)切換、圖表類型等分析功能業(yè)務數(shù)據(jù)報表，并提供了對報表工具、查詢工具、第三方數(shù)據(jù)分析工具、各類WEB資源、各類數(shù)據(jù)資源的集成功能，支持對數(shù)據(jù)模型的展示層設計，并可在電子航道圖層中直觀的展現(xiàn)，實現(xiàn)了智能化的指揮調(diào)度與決策支持。

5、多種類、多途徑的航道、船閘信息發(fā)布平臺

系統(tǒng)可將航道、船閘等航運相關的信息及時、準確的發(fā)布到受眾對象。

發(fā)布的信息類型主要有：船閘調(diào)度信息、船舶排檔信息、航道水位信息、各類礙航事件信息、通航狀況信息等。

信息發(fā)布的載體主要有：PC機、網(wǎng)站、指揮中心電視大屏、智能船載終端、LED顯示屏、平板電腦、智能手機等。

結(jié)束語

管理系統(tǒng)以現(xiàn)代信息和通訊技術(shù)為載體，圍繞“服務于管理、服務于決策、服務于社會”的建設目標，構(gòu)建了蘇北運河航道業(yè)務運營骨干平臺。系統(tǒng)在技術(shù)上采用了服務總線的架構(gòu)和綜合集成大數(shù)據(jù)的設計，在服務層和數(shù)據(jù)層面上實現(xiàn)了綜合、集成、共享融合的一體化開放式業(yè)務框架，同時支持云環(huán)境下的部署，并能夠在國產(chǎn)云的環(huán)境下，表現(xiàn)出更高的性能和安全特性；在數(shù)據(jù)層面確立了平臺級統(tǒng)一業(yè)務數(shù)據(jù)標準，實現(xiàn)了對所有子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)綜合集成統(tǒng)一，同時為外部業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供了安全、開放的集成數(shù)據(jù)環(huán)境，為大數(shù)據(jù)時代航道業(yè)務平臺提供了最佳數(shù)據(jù)處理平臺；構(gòu)建了統(tǒng)一、綜合、全面的蘇北航務管理綜合應用集成數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了對包括3G智能船載終端、GPS終端、RFID、AIS等終端識別設備數(shù)據(jù)的融合處理和基于國產(chǎn)GIS框架的綜合業(yè)務應用展現(xiàn)。自系統(tǒng)試運行以來，船閘閘室的平均利用率提升了約16%，船閘的通過能力增加了約20%，減少了船舶的平均待閘時間，增強了船閘的應急保障能力，提升了船舶安全、過閘高效、船民滿意的綜合服務水平，充分體現(xiàn)了船民、船舶、船閘三位一體的服務理念，體現(xiàn)了快速、便捷、高效的管理效率，實現(xiàn)了對蘇北運河的綜合立體指揮、協(xié)調(diào)調(diào)度和全方位的信息化管理。

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