三峽船閘運(yùn)行調(diào)度人機(jī)集成設(shè)計方案研究

楊 全 林，李 涵 釗，陳 鵬

(長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002)

三峽船閘是舉世矚目的三峽水利樞紐的重要組成部分，其安全穩(wěn)定運(yùn)行是發(fā)揮三峽水利樞紐航運(yùn)效益的重要保障。近年，隨著長江經(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)保持高位穩(wěn)定增長，2018年更是達(dá)到了1.42億t，超過2030年單向5 000萬t的設(shè)計通過能力指標(biāo)40%以上。隨著長江航運(yùn)的持續(xù)增長，其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)。未來，三峽船閘貨物通過量需求仍將持續(xù)高速增長，三峽船閘通過能力無法滿足航運(yùn)發(fā)展需求，亟需進(jìn)行“擴(kuò)能”。有學(xué)者運(yùn)用量化評價模糊決策方法從船閘、過閘船舶、環(huán)境和運(yùn)行管理4個方面對影響三峽船閘通過能力的關(guān)鍵因素進(jìn)行了量化研究，結(jié)果表明：船閘運(yùn)行組織、調(diào)度管理優(yōu)化、調(diào)度績效評估等都成為其通過能力進(jìn)一步提升的關(guān)鍵[1-4]。為解決航運(yùn)需求與通過能力不足之間的突出矛盾，有關(guān)部門已啟動三峽航運(yùn)新通道建設(shè)的研究工作[5-7]。然而，在新通道正式建成投用以前，三峽船閘通過能力的繼續(xù)挖潛，已成為近期及未來很長一段時間社會各界普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問題。

三峽船閘的通過能力受貨物通過的空間效能和過閘運(yùn)行的運(yùn)行績效約束。運(yùn)行部門多年來通過對工程、技術(shù)、管理等方式持續(xù)改進(jìn)優(yōu)化，船閘運(yùn)行績效得以保持高效，三峽船閘日均運(yùn)行閘次已由通航初期的23次提高至31次。但是，關(guān)心三峽航運(yùn)的各方均對其仍有一定的預(yù)期：一方面，從三峽船閘節(jié)點(diǎn)自身的過閘交通組織來說，其運(yùn)行績效的量化評價主要是基于結(jié)果，運(yùn)行目標(biāo)是持續(xù)保持三峽船閘高效運(yùn)行，減小運(yùn)行過程因人工決策導(dǎo)致的波動性和安全風(fēng)險；另一方面，從整個三峽通航的角度，三峽船閘的通航組織效率影響整個三峽通航的交通組織效率，現(xiàn)行的船閘運(yùn)行業(yè)務(wù)系統(tǒng)并未與通航調(diào)度系統(tǒng)等信息饋通、聯(lián)動，形成信息資源集中統(tǒng)一應(yīng)用的綜合效益。

國內(nèi)的船閘運(yùn)行部門在船閘智能化運(yùn)行調(diào)度方面進(jìn)行了大量積極探索與運(yùn)用，但現(xiàn)行的智能調(diào)度研究更多地側(cè)重于船閘調(diào)度作業(yè)工具的信息化與智能化，對于船閘調(diào)度過程的智能化開發(fā)以及智能決策還未見成熟的應(yīng)用范例[8-11]。因此，在分析現(xiàn)有船閘運(yùn)行調(diào)度效率瓶頸的基礎(chǔ)上，基于人機(jī)集成設(shè)計理論，構(gòu)建船閘智能運(yùn)行調(diào)度平臺，降低人為主觀因素的影響，同時實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)綜合效能的發(fā)揮，是進(jìn)一步提升船閘運(yùn)行績效的必經(jīng)之路。同時，開展面向多級船閘的運(yùn)行調(diào)度智能化研究，對提升船閘運(yùn)行效率與管理水平具有非常顯著的指導(dǎo)作用和現(xiàn)實(shí)意義。

1 三峽船閘運(yùn)行調(diào)度現(xiàn)狀分析

1.1 當(dāng)前運(yùn)行調(diào)度模式

三峽船閘的運(yùn)行調(diào)度是由船閘運(yùn)行部門根據(jù)船閘運(yùn)行工藝流程，在現(xiàn)有的過閘排擋計劃下執(zhí)行對過閘船舶的調(diào)度、指揮與控制過程。如圖1所示，目前，根據(jù)三峽船閘運(yùn)行規(guī)程，一般情況下三峽船閘南線過下行，北線過上行；特殊情況下每線船閘均可以換向運(yùn)行。不同運(yùn)行級數(shù)或不同運(yùn)行方向方式下，除船舶待閘方式有差異外，船舶過閘流程和船閘設(shè)備運(yùn)行工藝基本一致。船舶通過三峽船閘的調(diào)度指揮包含靠船墩指揮、導(dǎo)航墻待閘指揮、船舶進(jìn)閘指揮、運(yùn)行移泊指揮和船舶出閘指揮。

圖1 三峽船閘運(yùn)行組織流程Fig.1 Operation organization process of Three Gorges ship lock

1.2 通航調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

將三峽船閘的運(yùn)行過程視作一個多級排隊的通過系統(tǒng)，它與通航調(diào)度系統(tǒng)之間表現(xiàn)為供需關(guān)系。根據(jù)通航調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)算規(guī)則對三峽船閘通過系統(tǒng)理想供給能力進(jìn)行測算，其輸出的單位周期內(nèi)“三峽船閘船舶過閘計劃”是對三峽船閘通過系統(tǒng)通過能力需求的具體表現(xiàn)，且在船舶過閘需求飽和的情況下這種供需關(guān)系呈不對稱性。調(diào)度系統(tǒng)通常按照需求大于或等于供給的原則進(jìn)行輸出，而三峽船閘通過系統(tǒng)運(yùn)行目標(biāo)就是最大限度地滿足這一需求。從體系結(jié)構(gòu)上來說，系統(tǒng)基于J2EE架構(gòu)多層體系，分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、表示層3個主要層次，層與層之間通過不同的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議連接，層與層之間既相對獨(dú)立，又緊密聯(lián)系(見圖2)。

在三峽船閘實(shí)際運(yùn)行過程中，調(diào)度系統(tǒng)輸出的單位周期內(nèi)過閘計劃與三峽船閘通過系統(tǒng)的執(zhí)行情況不匹配，兩者難以同步運(yùn)行，結(jié)合多年來船閘運(yùn)行控制流程的具體分析結(jié)果可知，從調(diào)度計劃下發(fā)到船舶進(jìn)閘執(zhí)行過閘工藝流程存在時間差，船舶移泊的整個過程中進(jìn)閘環(huán)節(jié)的平均時間占比20%以上，是影響船舶過閘歷時的重要環(huán)節(jié)，給三峽船閘運(yùn)行調(diào)度帶來了極大挑戰(zhàn)。

圖2 通航調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of navigation scheduling system

1.3 三峽船閘運(yùn)行調(diào)度概述

單級船閘運(yùn)行作業(yè)流程主要包括船舶待閘、船舶進(jìn)閘、設(shè)備操作、設(shè)備運(yùn)行、船舶出閘。三峽船閘設(shè)計為雙線五級梯級船閘，是世界上規(guī)模最大、技術(shù)難度最高、運(yùn)行過程最為復(fù)雜的船閘，其運(yùn)行作業(yè)流程較單級船閘更為復(fù)雜，增加了船舶移泊、設(shè)備操作、設(shè)備運(yùn)行的次數(shù)。三峽船閘船舶過閘排隊過程分解圖如圖3所示，把三峽船閘的運(yùn)行作業(yè)過程視為一個智能化“通道”，船舶通過三峽船閘的交通運(yùn)輸過程，是由船舶過閘航行過程、調(diào)度指揮過程、船閘設(shè)施狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程(含控制系統(tǒng)自動運(yùn)行過程)、船閘輸水過程共同組成一個復(fù)合型的排隊過程。船閘運(yùn)行員根據(jù)收集到的船舶航行過程信息，通過調(diào)度指揮過程對其進(jìn)行干預(yù)，同時通過操縱船閘控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換船閘設(shè)施狀態(tài)和干預(yù)船閘輸水過程，最終達(dá)到船舶過閘航行過程符合交通組織的預(yù)期目標(biāo)。此過程的信息收集任務(wù)和過程干預(yù)行為(決策和指令輸出)均依靠人工完成，其效率受運(yùn)行員的技能水平、精力、情緒等因素影響，存在一定的波動性和提升瓶頸。分析發(fā)現(xiàn)：此交通運(yùn)輸過程的4個子過程所產(chǎn)生的信息絕大多數(shù)是時空數(shù)據(jù)，具有強(qiáng)力的時間屬性和空間屬性，既可以表述為時間序列數(shù)據(jù)，亦可以表述為地理空間數(shù)據(jù)。

圖3 三峽船閘船舶過程排隊過程分解(下行過程)Fig.3 Decomposition diagram of the queuing process of the ship crossing the Three Gorges ship lock

由此可知，船閘運(yùn)行是過閘船舶、船閘設(shè)備設(shè)施、閘室及引航道水位和運(yùn)行員多個對象，將排檔指揮、船舶航行等基本過程按照待閘、進(jìn)閘、逐級過閘和出閘時空順序復(fù)合而形成的總過程，各個環(huán)節(jié)均由運(yùn)行員結(jié)合環(huán)境、設(shè)備、船舶條件進(jìn)行判斷。三峽船閘半人工半自動化的運(yùn)行模式下運(yùn)行過程轉(zhuǎn)步和狀態(tài)轉(zhuǎn)換主要依賴于人工銜接。來自于現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的船閘運(yùn)行過程數(shù)據(jù)量龐大，具備了大數(shù)據(jù)所擁有的體量大、類型多、變化快和價值密度低的種種特征，并且數(shù)據(jù)資源的集中化程度不高、應(yīng)用面單一。僅僅依靠人工采集和感知這些大數(shù)據(jù)，存在不全面和不可控的問題，目前情況下只能進(jìn)行周期性的結(jié)果評價和交通組織的被動調(diào)整。因此這些現(xiàn)實(shí)問題都已成為當(dāng)前制約三峽船閘繼續(xù)深度挖潛擴(kuò)能和保持高效運(yùn)行的瓶頸，只有廣泛吸收和借鑒先進(jìn)信息技術(shù)和智能化手段才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過程量化，以系統(tǒng)自主決策替代人工決策來實(shí)現(xiàn)通過時間最小的目標(biāo)，制定船閘運(yùn)行調(diào)度智能化方案，提高三峽船閘的運(yùn)行效能。

現(xiàn)有船閘運(yùn)行調(diào)度方式為：① 發(fā)航，通過人工查看調(diào)度系統(tǒng)獲取過閘計劃和排擋圖，通過高頻詢問船方判斷具體船位，人工判斷環(huán)境等其他因素后按待閘規(guī)定做出決策，下發(fā)靠船墩待閘調(diào)度指令；② 待閘，通過人工查看調(diào)度系統(tǒng)獲取過閘計劃和排擋圖，通過高頻詢問船方判斷具體船位，人工確認(rèn)設(shè)備、環(huán)境、工況等其他因素后按待閘規(guī)定做出決策，下發(fā)導(dǎo)航墻待閘調(diào)度指揮指令；③ 進(jìn)閘、移泊、出閘，控制系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)閘/移泊/出閘信號，人工判斷設(shè)備、環(huán)境、工況、船舶執(zhí)行情況等因素后做出船舶進(jìn)閘/移泊/出閘的干預(yù)決策，如提醒移泊或發(fā)出禁止移泊指令等。

2 三峽船閘運(yùn)行調(diào)度智能化模式

船閘運(yùn)行調(diào)度指揮智能輔助主要服務(wù)于船閘運(yùn)行調(diào)度員，是對船閘的調(diào)度指揮流程進(jìn)行智能化條件判斷，并輔助船閘運(yùn)行員及時準(zhǔn)確執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)度與指揮，引導(dǎo)船舶過閘。船閘調(diào)度指揮智能輔助涵蓋了從發(fā)航到出閘5個流程節(jié)點(diǎn)期間的條件判斷輔助、信息反饋輔助與動靜態(tài)監(jiān)視輔助，主要體現(xiàn)在發(fā)航期間、待閘期間、進(jìn)閘期間、移泊期間、出閘期間。

2.1 模型設(shè)計

三峽船閘在不同運(yùn)行模式下，待閘規(guī)則、過閘流程、注意事項等存在差異。因此，調(diào)度指揮智能輔助針對不同的船舶閘次和不同船閘運(yùn)行方式，可設(shè)計多種模型，初始選擇條件不同，具體如下：

(1) 上行。T1，上行-四級運(yùn)行-一級危險品閘次；T2，上行-四級運(yùn)行-二級危險品閘次；T3，上行-四級運(yùn)行-普貨閘次；T4，上行-五級補(bǔ)水/五級運(yùn)行-一級危險品閘次；T5，上行-五級補(bǔ)水/五級運(yùn)行-二級危險品閘次；T6，上行-五級補(bǔ)水/五級運(yùn)行-普貨閘次。

(2) 下行。T1，下行-四級運(yùn)行-一級危險品閘次；T2，下行-四級運(yùn)行-二級危險品閘次；T3，下行-四級運(yùn)行-普貨閘次；T4，下行-五級補(bǔ)水/五級運(yùn)行-一級危險品閘次；T5，下行-五級補(bǔ)水/五級運(yùn)行-二級危險品閘次；T6，下行-五級補(bǔ)水/五級運(yùn)行-普貨閘次。

2.2 專家輔助設(shè)計

調(diào)度指揮智能輔助功能塊的專家輔助設(shè)計以時間節(jié)點(diǎn)為主干，功能為分支。

如圖4所示，專家輔助設(shè)計主要表現(xiàn)為從發(fā)航、待閘、進(jìn)閘、移泊到出閘5個調(diào)度環(huán)節(jié)的相關(guān)信息收集、信息處理以及指令下達(dá)，為調(diào)度指揮過程提供相關(guān)條件判斷、動態(tài)監(jiān)控和過程監(jiān)視輔助，保障調(diào)度各環(huán)節(jié)船舶過閘安全性和高效性。

由圖4可知，船閘過閘調(diào)度指揮過程本質(zhì)上是一個樞紐通航的交通組織過程不斷循環(huán)重復(fù)的場景，這種場景具有空間范圍固定(船閘基礎(chǔ)設(shè)施及位置空間相對固定)和過程相似度高的特征，其智能化的場景相對單一，其數(shù)據(jù)源多少和數(shù)據(jù)量大小決定了對算力的要求，通過先進(jìn)的建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)多級船閘運(yùn)行調(diào)度指揮過程控制及數(shù)字化，能一定程度上提升決策的科學(xué)性。

智能決策主要體現(xiàn)在各個調(diào)度環(huán)節(jié)中的相關(guān)信息收集、數(shù)據(jù)處理和指令的下達(dá)。以進(jìn)閘環(huán)節(jié)為例，當(dāng)收到進(jìn)閘指令，即通航信號燈變?yōu)榫G色，提前10 min提示調(diào)度員通知待閘船舶準(zhǔn)備動車進(jìn)閘，判斷進(jìn)閘條件，監(jiān)控進(jìn)閘過程和?？坎次?，從而縮短進(jìn)閘時間，增加決策指令安全性。

2.3 測量反饋設(shè)計

此環(huán)節(jié)主要是對運(yùn)行員在每個調(diào)度指揮環(huán)節(jié)的調(diào)度指揮條件、調(diào)度指令、調(diào)度指揮效率、調(diào)度指揮安全性進(jìn)行測量，并對比此次調(diào)度指揮數(shù)據(jù)、同類型閘次在該環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，形成實(shí)時報表并及時反饋。

2.4 偏差校正設(shè)計

此環(huán)節(jié)主要是對調(diào)度指揮條件、調(diào)度指揮效率、調(diào)度指揮安全性進(jìn)行測量。比對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、規(guī)定流程，當(dāng)發(fā)現(xiàn)調(diào)度指令、調(diào)度指揮時間數(shù)據(jù)異?；蛞?guī)定流程執(zhí)行情況異常時，自動觸發(fā)干預(yù)程序。其中調(diào)度指揮條件符合率和調(diào)度指揮效率小于95%，與標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)度過程時間數(shù)據(jù)偏差超過5%，若流程執(zhí)行偏差率超過10%，則通過系統(tǒng)給出調(diào)整提醒，提醒運(yùn)行員進(jìn)行人工干預(yù)，如調(diào)整調(diào)度指令、復(fù)核流程等。

圖4 船閘運(yùn)行調(diào)度指揮智能輔助功能分支圖Fig.4 Functional branch diagram of intelligent ship lock operation and dispatching

2.5 系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計

通過大量的調(diào)度指揮數(shù)據(jù)、指揮流程執(zhí)行數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計與分析，進(jìn)一步優(yōu)化“標(biāo)準(zhǔn)”調(diào)度指揮時間、“標(biāo)準(zhǔn)”調(diào)度指揮流程和該功能塊的輔助功能。

通過相關(guān)數(shù)據(jù)信息的感知、采集，進(jìn)行時序數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)分析，超實(shí)時計算最優(yōu)調(diào)度策略對應(yīng)的時間，為運(yùn)行調(diào)度指揮人員最佳發(fā)航時間提供科學(xué)依據(jù)，以數(shù)字化的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)船閘運(yùn)行調(diào)度智能輔助。

3 基于人機(jī)集成設(shè)計的智能化方案

3.1 面向船閘運(yùn)行調(diào)度的信息集成模型

面向船閘運(yùn)行調(diào)度的信息集成模型不僅包括原始通航調(diào)度系統(tǒng)從發(fā)航狀態(tài)到船舶位置信息、待閘條件信息、過閘流程信息等，而且定義了船閘運(yùn)行工藝流程約束信息，并能融合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、船閘控制系統(tǒng)和GPS/北斗信息數(shù)據(jù)，該模型在船閘運(yùn)行調(diào)度過程中不斷動態(tài)演進(jìn)。如圖5所示，以數(shù)據(jù)流向?yàn)榛A(chǔ)的集成模型，采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，從船閘運(yùn)行調(diào)度規(guī)則或歷史數(shù)據(jù)等經(jīng)驗(yàn)領(lǐng)域文檔中自動抽取本體概念與關(guān)系，基于本體映射、邏輯規(guī)約等算法，結(jié)合調(diào)度指揮過程語義，實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域本體以及數(shù)據(jù)的一致性檢測和沖突消解，基于領(lǐng)域上下文情景，采用本體建模工具構(gòu)建知識本體模型。

圖5 信息集成模型Fig.5 Information integration model

3.2 人機(jī)集成設(shè)計架構(gòu)

人機(jī)集成設(shè)計架構(gòu)理論上包括：集成設(shè)計原型、基于本體的知識管理系統(tǒng)、基于認(rèn)知的推理機(jī)制以及基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的人機(jī)交互平臺[12-13]。本文通過將Pahl和Beitz的通用設(shè)計架構(gòu)與Gero的FBS模型結(jié)合[12]，提出一個既適用于計算機(jī)的邏輯推理方式，又符合人類知識表達(dá)特征的船閘運(yùn)行調(diào)度人機(jī)集成設(shè)計原型，如圖6所示。

圖6 人機(jī)集成設(shè)計流程Fig.6 Process of human-machine integrated design

從本體和認(rèn)知的角度來看，集成設(shè)計原型可分為領(lǐng)域知識的建模與表達(dá)，以及設(shè)計推理與信息流2個核心內(nèi)容。人機(jī)集成設(shè)計包括6個設(shè)計狀態(tài)，分別代表船閘運(yùn)行調(diào)度流程設(shè)計所涉及的6個知識領(lǐng)域，即需求(R)、功能(F)、組織(C)、結(jié)構(gòu)(S)、細(xì)節(jié)(D)和行為(B)。其中，行為可以分為期望行為(EB)和實(shí)際行為(AB)。

本體集成過程包括本體映射和本體融合2個連續(xù)步驟，如圖7所示。其中本體映射將由領(lǐng)域?qū)＜医⒒蛱岢龅木植勘倔w與其他領(lǐng)域中相似的知識概念進(jìn)行識別，本體融合則是將具有相似關(guān)系的概念進(jìn)行合并的過程。

(1) 計算概念名稱相似度、概念屬性相似度、概念關(guān)系相似度與概念實(shí)例相似度。2個概念的相似度可以通過Jaccard因子來計算。概念名稱相似度的計算公式為

(1)

(2) 在第一步計算得到名稱、屬性、關(guān)系和實(shí)例4個相似度的基礎(chǔ)上，通過計算總體相似度來判斷2個概念之間的關(guān)系。

(3) 將總體相似度存儲在一個向量中，再計算全局本體中其他概念與當(dāng)前計算的局部本體中概念的相似度，計算的方式與第一步和第二步完全相同。最終，從存儲相似度的向量中選取最大值所對應(yīng)的全局本體候選概念，作為本體映射的最終結(jié)果。

本體融合過程主要包括2個步驟：概念名稱、屬性和實(shí)例的合并，以及語義關(guān)系的重建。概念合并是指若一個概念與全局本體存在相似的概念，則將它的概念名稱、屬性以及實(shí)例進(jìn)行并集運(yùn)算；否則，在全局本體中創(chuàng)建一個全新的獨(dú)立概念，同時將其在局部本體中所包含的全部內(nèi)容進(jìn)行復(fù)制，并將其所涉及的語義關(guān)系添加進(jìn)來。語義關(guān)系重建中，概念的語義關(guān)系將在新的本體庫中進(jìn)行添加，其中包括層次關(guān)系以及過程關(guān)系等。

由此，以船閘運(yùn)行調(diào)度過程領(lǐng)域知識為基礎(chǔ)進(jìn)行領(lǐng)域本體融合和概念關(guān)系重構(gòu)，建立起船閘運(yùn)行調(diào)度人機(jī)集成設(shè)計模型。結(jié)合船閘運(yùn)行調(diào)度流程語義和知識經(jīng)驗(yàn)文本，完整準(zhǔn)確地表達(dá)多元信息本體模型和實(shí)際運(yùn)行調(diào)度行為之間的關(guān)系，使船閘運(yùn)行調(diào)度過程與人機(jī)集成設(shè)計流程不謀而合。

基于集成設(shè)計架構(gòu)建立的船閘運(yùn)行調(diào)度智能化方案如圖8所示。以三峽南線船閘下行2019年2月4日12∶00閘次計劃A為例，閘次編號900546756，閘次A開始時間12∶27∶10，依據(jù)三峽五級船閘累計運(yùn)行多年的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)日閘次A、B船舶平均移泊時間為23 min和24 min，相應(yīng)閘首設(shè)備運(yùn)行時間平均值為18 min和17 min，后一閘次B開始時刻由上述方案進(jìn)行超實(shí)時計算為：T4=T1+ΔT=14∶08∶00，與當(dāng)日實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)14∶08∶50相比，相差0.35%，小于0.5%的誤差范圍，說明了該方案的可行性。

船舶所在閘次編號等信息與船閘運(yùn)行過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)按照時間和空間位置順序建立聯(lián)系，船舶所在閘次編號與船閘控制系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)按時間標(biāo)簽進(jìn)行關(guān)聯(lián)融合，建立了船舶調(diào)度系統(tǒng)中的計劃信息和船閘控制系統(tǒng)之間的自動匹配和融合關(guān)系，打通通航調(diào)度系統(tǒng)與船閘控制系統(tǒng)之間的信息壁壘。通過超實(shí)時仿真，模擬船閘運(yùn)行調(diào)度過程，再現(xiàn)了船閘運(yùn)行長時間內(nèi)運(yùn)行調(diào)度過程數(shù)據(jù)。通過預(yù)判最佳指揮時機(jī)，提示循環(huán)待閘閘次儲備，以及提前預(yù)警提示導(dǎo)航墻待閘船舶備車進(jìn)閘(給出最佳準(zhǔn)備進(jìn)閘時間建議)和導(dǎo)航墻及靠船墩循環(huán)待閘形成閘次儲備，為船閘智能運(yùn)行調(diào)度提供專家輔助。

圖7 人機(jī)集成設(shè)計的本體集成過程Fig.7 Ontology integration process of human-machine integrated design

圖8 船閘運(yùn)行調(diào)度智能化方案Fig.8 Intelligent scheme of ship lock operation and dispatching

4 結(jié) 論

(1) 以船閘運(yùn)行調(diào)度過程信息集成融合為主線，基于人機(jī)集成設(shè)計架構(gòu)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)和知識建模等智能方法對船閘運(yùn)行調(diào)度過程中人工決策和輸出各環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計，建立了面向機(jī)器推理和人類決策的人機(jī)集成智能決策模型，形成三峽船閘運(yùn)行調(diào)度智能決策方案。

(2) 將船閘運(yùn)行調(diào)度過程人機(jī)交互和決策規(guī)則、工藝知識、語義等信息集成內(nèi)化為智能輔助系統(tǒng)，通過三峽船閘運(yùn)行實(shí)踐證明了方案的可行性，為解決船閘運(yùn)行調(diào)度過程量化評價問題提供了新的方向。

(3) 與原始人工調(diào)度模式相比，新的調(diào)度模式提升了調(diào)度操作的安全性、可靠性，通過模擬和超實(shí)時計算預(yù)測最佳調(diào)度時機(jī)，能夠一定程度上縮短過閘歷時，提高船閘運(yùn)行調(diào)度效率，使船閘運(yùn)行時序過程更具智能性和可控性。