三峽船閘運(yùn)行調(diào)度智能化研究

王禮侖 高術(shù) 胡航

摘 要：三峽船閘是三峽水利樞紐發(fā)揮航運(yùn)效益的關(guān)鍵因子，其通過能力直接受船閘運(yùn)行調(diào)度的影響。本文結(jié)合三峽船閘當(dāng)前運(yùn)行調(diào)度指揮流程，對三峽船閘運(yùn)行調(diào)度智能化模式進(jìn)行了初步探討，為后期建設(shè)三峽船閘智能化運(yùn)行平臺提供理論支撐。

關(guān)鍵詞：三峽船閘;調(diào)度指揮;智能化

中圖分類號：U641? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）08-0020-03

1引言

近年來，隨著長江航運(yùn)事業(yè)的不斷壯大和國家長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)等國家戰(zhàn)略穩(wěn)步推進(jìn)，三峽船閘年通過量持續(xù)保持在1億噸以上并逐年高位穩(wěn)定增長[1]，通航需求與三峽船閘通過能力之間的矛盾日益突出，船舶大量積壓已成常態(tài)。

目前，解決船閘通過能力不足這一問題的方式主要有兩個[2]：一是通過加強(qiáng)船閘運(yùn)行調(diào)度的管理，使用信息化手段代替人工作業(yè)流程，此方式成本較低，實(shí)施難度小，但對船閘運(yùn)行效率的提高作用有限。二是擴(kuò)大船閘建設(shè)規(guī)模，通過建設(shè)復(fù)線甚至三四線船閘增加船閘規(guī)模來疏解通航壓力，此方法可以從根本上解決船閘通過能力不足的問題，但投入較大，船閘建設(shè)周期較長。

國內(nèi)船閘行業(yè)關(guān)于船閘智能化調(diào)度運(yùn)行方面進(jìn)行了一些初步的探索與運(yùn)用[3]，但現(xiàn)行的智能調(diào)度更多的放在船閘調(diào)度作業(yè)工具的信息化與智能化上面，對于船閘調(diào)度過程的智能化開發(fā)還沒有成熟的工程應(yīng)用案例。因此，開展面對調(diào)度過程的智能化研究對于提升船閘運(yùn)行效率與管理水平有著非常顯著的現(xiàn)實(shí)意義[4]。

2 三峽船閘現(xiàn)有運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)

2.1當(dāng)前運(yùn)行調(diào)度模式

三峽船閘運(yùn)行調(diào)度指揮是指：由船閘運(yùn)行部門根據(jù)船閘運(yùn)行流程在現(xiàn)有的過閘排擋計劃下執(zhí)行對過閘船舶的調(diào)度與指揮的過程。目前，三峽船閘采用兩線聯(lián)合運(yùn)行方式運(yùn)行，北線船閘運(yùn)行上行船舶、南線船閘運(yùn)行下行船舶。從運(yùn)行環(huán)節(jié)上劃分，船舶通過三峽船閘的調(diào)度流程一般包含：靠船墩待閘指揮、導(dǎo)航墻待閘指揮、船舶進(jìn)閘指揮、運(yùn)行移泊指揮、船舶出閘指揮。如圖1所示。

2.2三峽船閘運(yùn)行調(diào)度特點(diǎn)

三峽船閘運(yùn)行調(diào)度的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）調(diào)度區(qū)域小、容量大。三峽船閘調(diào)度水域處于船閘上下游靠船墩之間且同時有上行與下行船舶航行，航行船只較多。通常情況下，閘室、導(dǎo)航墻與靠船墩均有船舶運(yùn)行與待閘，從而導(dǎo)致在船閘較小的調(diào)度水域內(nèi)同時聚集大量船只。

（2）影響因素多。三峽船閘運(yùn)行調(diào)度過程既要考慮外部因素的影響也要考慮船閘運(yùn)行情況與計劃執(zhí)行情況等內(nèi)部因素的影響。外部影響因素主要是航道交通管制、水文、氣象等，內(nèi)部影響因素則主要是閘次計劃的執(zhí)行情況、船閘設(shè)備運(yùn)行情況等。

（3）系統(tǒng)隔離。三峽船閘現(xiàn)有通航調(diào)度指揮系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)運(yùn)行績效量化的主要癥結(jié)在于通航基礎(chǔ)數(shù)據(jù)單一，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，數(shù)據(jù)散亂，相互隔絕而形成了信息孤島，不能夠全面、系統(tǒng)、深入地反映通航供給與需求平衡關(guān)系，不能夠?qū)崿F(xiàn)多系統(tǒng)之間的融合協(xié)同，缺乏對通航信息的全面融合和深度應(yīng)用。

因此，針對三峽船閘智能調(diào)度指揮過程信息數(shù)據(jù)的收集、處理、交換、分析和利用，實(shí)現(xiàn)三峽船閘運(yùn)行調(diào)度過程的實(shí)時性、多樣性、針對性信息服務(wù)和智慧化決策，對打破三峽船閘通過能力壁壘、提升通航效率具有重大意義。

3 三峽船閘運(yùn)行調(diào)度智能化

3.1運(yùn)行調(diào)度智能化的概念

船閘運(yùn)行調(diào)度智能化是指對船閘的調(diào)度指揮流程進(jìn)行智能化條件判斷，并輔助船閘運(yùn)行調(diào)度人員及時準(zhǔn)確執(zhí)行調(diào)度與指揮操作，高效引導(dǎo)船舶過閘。船閘運(yùn)行調(diào)度指揮智能化的主要服務(wù)對象是船閘運(yùn)行調(diào)度人員。

3.2智能化在船閘運(yùn)行調(diào)度環(huán)節(jié)中的體現(xiàn)

3.2.1船舶發(fā)航期間

實(shí)時監(jiān)測船舶從錨地的發(fā)航狀態(tài)與船舶位置信息，將信息反饋給調(diào)度人員，并對靠船墩區(qū)域待閘條件進(jìn)行判斷，監(jiān)視引航道區(qū)域動態(tài)，為調(diào)度人員的下一步指揮調(diào)度提供信息支撐。

3.2.2待閘期間

待閘條件判斷：通過對環(huán)境、船舶、設(shè)備條件的結(jié)合，判斷船舶是否具備待閘條件。

待閘優(yōu)化判斷：根據(jù)船舶船位信息當(dāng)前拍檔計劃對比，核實(shí)船舶尺寸及吃水，進(jìn)行智能優(yōu)化排擋，避免出現(xiàn)靠船墩船舶錯船、讓船情況，方便船方航行靠泊，減少移泊待閘時間，及時將靠船墩待閘區(qū)域空出。方便后續(xù)閘次船舶待閘。

反饋待閘情況：通過船舶位置實(shí)時檢測與導(dǎo)航墻靠泊設(shè)施狀態(tài)檢測等方式向運(yùn)行調(diào)度人員反饋當(dāng)前閘次船舶待閘情況，并通過信息交互向后續(xù)船舶及指揮中心反饋當(dāng)前閘次船舶待閘情況，方便運(yùn)行人員調(diào)度指揮以及后續(xù)船舶航行。

3.2.3進(jìn)閘期間

指揮進(jìn)閘條件判斷：通過對首級閘室設(shè)備、環(huán)境以及船舶狀態(tài)的檢測自動判斷該閘次船舶是否具備進(jìn)閘條件，當(dāng)具備進(jìn)閘條件時及時向指揮調(diào)度人員發(fā)出提示信息，提示調(diào)度人員及時通知船舶進(jìn)閘。

監(jiān)控進(jìn)閘動態(tài)：在船舶進(jìn)閘過程中通過對船舶航行動態(tài)，船閘外部環(huán)境以及設(shè)備設(shè)施狀態(tài)的監(jiān)視對進(jìn)閘動態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，確保船舶進(jìn)閘安全以及現(xiàn)場突發(fā)事件不對進(jìn)閘過程產(chǎn)生不利影響。

監(jiān)控靠泊位置：通過船舶位置信息檢測以及浮式系船柱套纜狀態(tài)檢測以及防撞裝置檢測、上下游禁停線區(qū)域掃測信息對船舶的靠泊位置進(jìn)行監(jiān)控，確保船舶靠泊在規(guī)定的安全區(qū)域內(nèi)。并將靠泊信息傳遞到調(diào)度指揮系統(tǒng)，指導(dǎo)運(yùn)行人員把握閘次狀態(tài)并開展后續(xù)閘次的調(diào)度指揮。

3.2.4移泊期間

移泊條件判斷：通過對當(dāng)前閘首設(shè)備運(yùn)行情況、閘室環(huán)境情況的檢測判斷當(dāng)前閘次船舶是否具備向下一閘室移泊的條件，滿足條件是向運(yùn)行調(diào)度人員及船舶發(fā)出可以移泊的提示信號，若不滿足移泊條件時發(fā)出提示信息，暫緩船舶向下一閘室移泊。

監(jiān)控移泊動態(tài)：在船舶移泊過程中通過對船舶航行動態(tài)，船閘外部環(huán)境以及設(shè)備設(shè)施狀態(tài)的監(jiān)視對進(jìn)閘動態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，確保船舶進(jìn)閘安全以及現(xiàn)場突發(fā)事件不對移泊過程產(chǎn)生不利影響。

監(jiān)控靠泊位置：通過船舶位置信息檢測以及浮式系船柱套纜狀態(tài)檢測以及防撞裝置檢測、上下游禁停線區(qū)域掃測信息對船舶的靠泊位置進(jìn)行監(jiān)控，確保船舶靠泊在規(guī)定的安全區(qū)域內(nèi)。并將靠泊信息傳遞到調(diào)度指揮系統(tǒng)，指導(dǎo)運(yùn)行人員把握閘次狀態(tài)并開展后續(xù)閘次的調(diào)度指揮。

3.2.5出閘期間

出閘條件判斷：通過對當(dāng)前閘首設(shè)備運(yùn)行情況、閘室環(huán)境情況以及引航道航行條件的檢測判斷當(dāng)前閘次船舶是否具備出閘航行的條件，滿足條件時向運(yùn)行調(diào)度人員及船舶發(fā)出可以移泊的提示信號，若不滿足移泊條件時發(fā)出提示信息，暫緩船舶出閘。

監(jiān)控出閘動態(tài)：在船舶進(jìn)閘過程中通過對船舶航行動態(tài)，閘室外部環(huán)境、引航道航行條件以及另一線船閘航道設(shè)備設(shè)施狀態(tài)的監(jiān)視對出閘動態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，確保船舶進(jìn)閘安全以及現(xiàn)場突發(fā)事件不對進(jìn)閘過程產(chǎn)生不利影響。

3.3智能化調(diào)度模式探索

從功能來講，三峽船閘調(diào)度指揮智能化涵蓋了從船舶發(fā)航到出閘共五個流程節(jié)點(diǎn)期間的條件判斷、信息反饋、決策輔助與動、靜態(tài)監(jiān)視。其系統(tǒng)功能如圖2所示。

條件判斷：通過各種技術(shù)手段對船舶過閘流程中的各個調(diào)度環(huán)節(jié)的調(diào)度條件進(jìn)行判斷輔助，主要涵蓋了靠船墩待閘條件判斷輔助、導(dǎo)航墻待閘條件判斷輔助、待閘優(yōu)化判斷輔助、船舶進(jìn)閘條件判斷輔助、船舶船舶移泊條件判斷輔助、船舶出閘條件判斷輔助。

信息反饋：通過信息交互技術(shù)對船舶狀態(tài)信息進(jìn)行反饋。主要涵蓋了船舶發(fā)航狀態(tài)反饋、船位信息反饋、靠船墩靠泊狀態(tài)反饋、導(dǎo)航墻靠泊狀態(tài)反饋、進(jìn)閘動態(tài)反饋、閘室靠泊狀態(tài)反饋、船舶出閘信息反饋。

動、靜態(tài)監(jiān)視：對船舶過閘各個調(diào)度指揮流程的船舶靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行輔助監(jiān)視。靜態(tài)監(jiān)視輔助主要涵蓋了船舶靠船墩靠泊狀態(tài)監(jiān)視輔助、導(dǎo)航墻待閘狀態(tài)監(jiān)視輔助、船閘運(yùn)行過程中船舶狀態(tài)監(jiān)視輔助。

決策輔助：對船舶過閘流程各個調(diào)度環(huán)節(jié)發(fā)出調(diào)度提示，主要涵蓋了靠船墩待閘指揮決策輔助、導(dǎo)航墻待閘指揮決策輔助、待閘優(yōu)化決策輔助、船舶進(jìn)閘指揮決策輔助、船舶移泊指揮決策輔助、船舶出閘指揮決策輔助。

3.4智能化運(yùn)行調(diào)度流程設(shè)計

智能化運(yùn)行調(diào)度方式是在現(xiàn)有調(diào)度模式的基礎(chǔ)上增加了調(diào)度條件與調(diào)度過程的系統(tǒng)自我判斷，其目標(biāo)是結(jié)合當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行工況、環(huán)境條件等對待閘船舶的運(yùn)行調(diào)度條件進(jìn)行判斷，向運(yùn)行人員發(fā)出明確的調(diào)度提示指令，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行調(diào)度過程的智能化。智能化船閘調(diào)度指揮流程如圖3所示。

通過實(shí)時收集船舶航行信息、船位信息、設(shè)備信息、水文氣象信息等，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而得出最優(yōu)調(diào)度策略，最終向運(yùn)行調(diào)度指揮人員給出最優(yōu)調(diào)度指令建議，輔助調(diào)度指揮人員完成船舶調(diào)度指揮工作。

3.5智能化調(diào)度對船閘運(yùn)行調(diào)度效能的提高作用分析

（1）船閘運(yùn)行效率及船舶航行安全。船閘的運(yùn)行過程是在滿足各個閉鎖條件的前提下才能完成，智能化運(yùn)行調(diào)度可對調(diào)度條件與調(diào)度過程進(jìn)行二次檢測與復(fù)核，避免了人工調(diào)度作業(yè)的主觀影響，從而提升船閘運(yùn)行效率，保證船舶航行的安全性。

（2）船閘運(yùn)行調(diào)度時效性與連續(xù)性。船閘運(yùn)行調(diào)度是一個鏈?zhǔn)秸{(diào)度過程，多年的運(yùn)行經(jīng)驗表明，運(yùn)行調(diào)度中間環(huán)節(jié)的滯后與中斷會對前后多個閘次的運(yùn)行造成巨大影響。智能化運(yùn)行調(diào)度對運(yùn)行調(diào)度的時效性與連續(xù)性影響主要體現(xiàn)在對運(yùn)行人員的提示和對決策行為的輔助。三峽船閘為多級船閘，運(yùn)行調(diào)度人員需同時對多個閘次的船舶運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度指揮，智能化調(diào)度的引入可以確保運(yùn)行人員第一時間進(jìn)行調(diào)度作業(yè)，避免了人為因素導(dǎo)致的調(diào)度流程滯后，從而保證船閘運(yùn)行效能的充分發(fā)揮。

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