船舶過(guò)閘關(guān)鍵流程智能安全監(jiān)管研究

張日民

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇南京 210019）

內(nèi)河航運(yùn)是現(xiàn)綜合交通體系的重要組成部分，在推進(jìn)我國(guó)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展中起到重要作用。以江蘇省為例，內(nèi)河貨運(yùn)量約占全省綜合貨運(yùn)量的1/3，貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量占全省綜合貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量的1/2。船閘作為內(nèi)河航道上的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，不僅承擔(dān)著區(qū)域航道網(wǎng)水位調(diào)節(jié)、防洪防汛、過(guò)閘費(fèi)征稽等航運(yùn)管理職能，還肩負(fù)船舶調(diào)度、船閘控制、船舶過(guò)閘安全監(jiān)管等職責(zé)，是保證航道安全、高效運(yùn)行的重要交通樞紐。隨著內(nèi)河航運(yùn)業(yè)務(wù)的發(fā)展，內(nèi)河航道的貨運(yùn)量、交通流量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，船舶大型化趨勢(shì)日趨明顯，如何有效識(shí)別船舶過(guò)閘安全風(fēng)險(xiǎn)，保障船舶安全、有序、高效過(guò)閘成為當(dāng)前亟須解決的問(wèn)題[1]。

1 船舶過(guò)閘安全監(jiān)管現(xiàn)狀

1.1 船舶過(guò)閘基本流程

傳統(tǒng)的船舶過(guò)閘流程基本包括靠泊、登記繳費(fèi)、等待調(diào)度、分配閘次閘號(hào)、進(jìn)入待閘區(qū)、進(jìn)閘與出閘等環(huán)節(jié)。隨著“水上ETC”等航道收費(fèi)系統(tǒng)的逐步推廣使用，過(guò)閘申請(qǐng)與繳費(fèi)不再需要船民登岸。

船舶過(guò)閘流程涉及安全監(jiān)管的步驟：船民過(guò)閘申報(bào)→船舶身份核查與復(fù)核丈量→過(guò)閘身份確認(rèn)→調(diào)度排檔，分配閘次閘號(hào)→待閘船舶進(jìn)閘，系好纜繩→船舶船閘[1]。

與船舶過(guò)閘相對(duì)應(yīng)，船閘運(yùn)行步驟[2]：下行進(jìn)閘→落上閥→關(guān)上閘→提下閥→開(kāi)下閘→下行出閘→上行進(jìn)閘→落下閥→關(guān)下閘→提上閥→開(kāi)上閘→上行出閘。

在船閘運(yùn)行過(guò)程中，船舶何時(shí)進(jìn)閘、進(jìn)閘以后是否系好纜繩、船閘何時(shí)提落閥、何時(shí)開(kāi)關(guān)門(mén)，均需要確認(rèn)上一步動(dòng)作結(jié)束后外界是否存在不安定因素，確保船閘運(yùn)行安全。

船舶過(guò)閘關(guān)鍵流程如圖1所示。

圖1 船舶過(guò)閘關(guān)鍵流程

船閘運(yùn)行步驟如圖2所示。

圖2 船閘運(yùn)行關(guān)鍵步驟

根據(jù)船舶過(guò)閘流程及船閘運(yùn)行步驟，梳理船閘在運(yùn)行過(guò)程中需要執(zhí)行的安全監(jiān)管內(nèi)容，主要包括船舶超高檢測(cè)、吃水超限檢測(cè)、閘室出空檢測(cè)、船舶進(jìn)閘超速檢測(cè)、系纜安全檢測(cè)、超警戒線預(yù)警、閘門(mén)區(qū)域船舶檢測(cè)、閘門(mén)上方行人檢測(cè)、門(mén)頭對(duì)中等[4]。

為了保證船舶過(guò)閘安全，在船閘運(yùn)行過(guò)程中需要對(duì)船舶過(guò)閘安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)管。

船舶過(guò)閘安全監(jiān)管內(nèi)容如圖3所示。

圖3 船舶過(guò)閘安全監(jiān)管內(nèi)容

1.2 船舶過(guò)閘安全監(jiān)管現(xiàn)狀

根據(jù)對(duì)內(nèi)河航道船閘的實(shí)地調(diào)研，目前船舶過(guò)閘安全監(jiān)管主要依靠船閘現(xiàn)地機(jī)房的工作人員人工監(jiān)管。人工監(jiān)管存在監(jiān)管范圍不全面的弊端，不能全面考慮船舶過(guò)閘的不安定因素，監(jiān)管效率較低，直接影響船舶過(guò)閘效率[5]。

隨著5G、北斗、人工智能、視頻監(jiān)控、雷達(dá)檢測(cè)、激光檢測(cè)、大數(shù)據(jù)分析等新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，將新技術(shù)與船舶過(guò)閘安全監(jiān)管有機(jī)結(jié)合，解決當(dāng)前人工監(jiān)管存在的不足，支撐船舶快速、安全、高效過(guò)閘，是船舶過(guò)閘安全監(jiān)管的重要發(fā)展趨勢(shì)。

本文重點(diǎn)圍繞船舶過(guò)閘業(yè)務(wù)流程及船閘步驟，結(jié)合當(dāng)前新技術(shù)的應(yīng)用，以船舶過(guò)閘安全監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)為依托，分別提出船舶申報(bào)階段、待閘階段、過(guò)閘階段需要關(guān)注的安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，形成閉環(huán)處置，支撐船舶過(guò)閘智能安全監(jiān)管。

船舶過(guò)閘業(yè)務(wù)流程智能安全監(jiān)管如圖4所示。

圖4 船舶過(guò)閘關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程智能安全監(jiān)管

2 船舶過(guò)閘智能安全監(jiān)管平臺(tái)

船舶過(guò)閘智能安全監(jiān)管平臺(tái)主要利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，對(duì)子系統(tǒng)產(chǎn)生的預(yù)警信息進(jìn)行采集，集中反映到預(yù)警界面，使船閘管理人員能夠及時(shí)、準(zhǔn)確了解整個(gè)調(diào)度、控制系統(tǒng)安全預(yù)警信息，便于處理[6]。

船舶過(guò)閘業(yè)務(wù)智能安全監(jiān)管平臺(tái)如圖5所示。

圖5 船舶過(guò)閘關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程智能安全監(jiān)管平臺(tái)

船舶過(guò)閘智能安全監(jiān)管平臺(tái)根據(jù)船舶在航道上的位置，對(duì)過(guò)閘安全監(jiān)管的內(nèi)容進(jìn)行了分類(lèi)。

（1）船舶在遠(yuǎn)調(diào)站時(shí)，需要對(duì)船舶超高、吃水超限進(jìn)行檢測(cè)。

（2）船舶在引航道時(shí)，需要對(duì)船舶身份進(jìn)行核查。

（3）船舶在閘室時(shí)，需要對(duì)船舶超速、閘門(mén)上方行人、系纜安全、閘室出空、超警戒線、閘門(mén)區(qū)域船舶進(jìn)行檢測(cè)。

3 船舶過(guò)閘智能安全監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 智能安全監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)研究

（1）船舶吃水超限檢測(cè)技術(shù)。

當(dāng)前船舶吃水超限檢測(cè)普遍使用人工復(fù)核丈量的方式，效率不高，繁忙時(shí)段實(shí)施難度大[7]。為了在保證檢測(cè)準(zhǔn)確率與效率的同時(shí)控制建設(shè)成本，本文采用高清照片抓拍初檢與水底聲吶復(fù)核的方式組建吃水超限檢測(cè)系統(tǒng)。在船閘下游遠(yuǎn)調(diào)站增設(shè)一套船舶抓拍系統(tǒng)，抓拍進(jìn)閘船舶高清照片，根據(jù)船舶身份信息從船舶數(shù)據(jù)庫(kù)里獲取型深數(shù)據(jù)。

借助深度學(xué)習(xí)技術(shù)，利用邊緣檢測(cè)技術(shù)定位船水分界線和干舷甲板邊緣，計(jì)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(cè)技術(shù)。

實(shí)踐表明，過(guò)閘船舶超高將對(duì)船閘上跨橋梁產(chǎn)生碰撞風(fēng)險(xiǎn)，影響船舶過(guò)閘安全，對(duì)船閘結(jié)構(gòu)物造成損失。目前，上跨橋梁的設(shè)計(jì)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(huì)超過(guò)7 m，需要對(duì)過(guò)閘船舶超高進(jìn)行檢測(cè)。本文借助激光差超高檢測(cè)技術(shù)，在航道兩岸安裝激光對(duì)照設(shè)備，船舶超高時(shí)會(huì)阻斷激光信號(hào)，設(shè)備報(bào)警。

船舶超高檢測(cè)技術(shù)原理如圖6所示。

圖6 船舶超高檢測(cè)技術(shù)原理

（3）船舶身份核查技術(shù)。

目前，船舶身份識(shí)別的技術(shù)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(shù)，即在船閘上下游閘首安裝高清視頻抓拍設(shè)備，抓拍船舶船名船號(hào)、船舶特征，結(jié)合圖像分析技術(shù)，識(shí)別船舶身份，并與船舶數(shù)據(jù)庫(kù)及AIS系統(tǒng)中的船舶信息進(jìn)行比對(duì)，確保實(shí)際過(guò)閘船舶與調(diào)度船舶一致。

船舶身份核查系統(tǒng)流程如圖7所示。

圖7 船舶身份核查系統(tǒng)流程

（4）閘室雷達(dá)識(shí)別技術(shù)。

傳統(tǒng)的船舶測(cè)速方法主要有測(cè)速區(qū)測(cè)速法、雷達(dá)距離測(cè)速法、正橫距離測(cè)速法與GPS定位測(cè)速法，雷達(dá)測(cè)速以其布設(shè)靈活、反饋靈敏等特性，在交通測(cè)速場(chǎng)景中應(yīng)用廣泛[8]。本文結(jié)合船舶過(guò)閘安全監(jiān)管需求，在閘首及閘室中間位置布設(shè)雷達(dá)，一方面對(duì)閘室出空及船舶進(jìn)閘時(shí)的速度進(jìn)行檢測(cè)，另一方面對(duì)開(kāi)關(guān)閘門(mén)的過(guò)程中閘門(mén)區(qū)域是否有船舶闖閘、船舶是否超過(guò)警戒線進(jìn)行檢測(cè)。

閘室識(shí)別原理如圖8所示。

圖8 閘室識(shí)別架構(gòu)

（5）閘室視頻檢測(cè)技術(shù)。

船舶進(jìn)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(kāi)關(guān)閘門(mén)的過(guò)程中，要求閘門(mén)上方不得有行人停留。借助高清視頻檢測(cè)技術(shù)，在閘室機(jī)房樓頂部布設(shè)高清視頻監(jiān)控設(shè)備，借助視頻智能分析與圖像識(shí)別技術(shù)，對(duì)船舶進(jìn)閘后是否系好纜繩、開(kāi)關(guān)閘門(mén)時(shí)閘門(mén)上方是否有行人進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果匯至安全監(jiān)管平臺(tái)。

3.2 安全預(yù)警信息的匯聚與處置

安全預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警信息傳輸與匯聚如圖9所示。

圖9 安全預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警信息傳輸與匯聚

安全預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊從各監(jiān)管子系統(tǒng)中采集安全預(yù)警、性能越限預(yù)警和網(wǎng)絡(luò)預(yù)警等信息，通過(guò)分析處理后，以合適的方式呈現(xiàn)給船閘管控工作人員，實(shí)現(xiàn)對(duì)各通信系統(tǒng)預(yù)警信息的管理[9]。主要包括預(yù)警采集、預(yù)警處理、預(yù)警呈現(xiàn)、預(yù)警操作和查詢等功能。此外通過(guò)設(shè)備管理功能，工作人員還可以對(duì)外場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)系統(tǒng)故障迅速定位。

3.3 智能安全監(jiān)管平臺(tái)實(shí)踐應(yīng)用

為了驗(yàn)證方案，將船舶過(guò)閘關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程智能安全監(jiān)管平臺(tái)在多座船閘進(jìn)行了測(cè)試與論證，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 船舶過(guò)閘智能安全監(jiān)管平臺(tái)實(shí)踐應(yīng)用分析結(jié)果

通過(guò)外場(chǎng)感知與軟件系統(tǒng)的應(yīng)用，船舶過(guò)閘智能安全監(jiān)管平臺(tái)能夠有效檢測(cè)船舶過(guò)閘的安全風(fēng)險(xiǎn)，將檢測(cè)結(jié)果匯至平臺(tái)，由平臺(tái)與船閘調(diào)度系統(tǒng)與控制系統(tǒng)對(duì)接，提升船舶過(guò)閘安全監(jiān)管水平，保障船舶快速、安全、高效過(guò)閘。

4 結(jié)語(yǔ)

本文借助視頻監(jiān)控、雷達(dá)、激光、AIS等多種技術(shù)手段的融合應(yīng)用，構(gòu)建船舶過(guò)閘智能安全監(jiān)管平臺(tái)，通過(guò)外場(chǎng)感知設(shè)施對(duì)船舶過(guò)閘的關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程的不安全行為進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果匯至智能安全監(jiān)管平臺(tái)，與船閘調(diào)度系統(tǒng)、控制系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)船舶過(guò)閘安全監(jiān)管的閉環(huán)處置，切實(shí)提升船舶過(guò)閘安全監(jiān)管的全面性與有效性。為了驗(yàn)證船舶智能安全監(jiān)管平臺(tái)的應(yīng)用效果，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。不同的船閘由于環(huán)境、船舶流程、船閘控制方式、船閘結(jié)構(gòu)物等各不相同，后期應(yīng)根據(jù)船閘的特征進(jìn)一步完善船閘過(guò)閘智能安全監(jiān)管平臺(tái)，選取合理的建設(shè)內(nèi)容與軟硬件參數(shù)，提升船舶過(guò)閘安全監(jiān)管智能化水平。