船閘現(xiàn)代化提升方案研究

楊苗苗

（華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司,江蘇 南京 210014）

0 概述

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，國家對交通發(fā)展提出明確的現(xiàn)代化高質(zhì)量要求，如國家《交通強國建設(shè)綱要》提出構(gòu)建安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟的現(xiàn)代化綜合交通體系，國家《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》提出構(gòu)建便捷順暢、經(jīng)濟高效、綠色集約、智能先進、安全可靠的現(xiàn)代化高質(zhì)量國家綜合立體交通網(wǎng)。船閘是內(nèi)河水路運輸?shù)闹匾?jié)點，如何應(yīng)用5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)建設(shè)現(xiàn)代化船閘，提升航運效益、安全綠色水平、服務(wù)水平，是亟待解決的難題。

1 船閘現(xiàn)狀

1.1 船閘基礎(chǔ)設(shè)施情況

江蘇省某市船閘連通通揚運河與長江，是地區(qū)水運物資進出長江的重要咽喉。船閘為雙線船閘，船閘等級為Ⅲ級，設(shè)計最大船舶等級為1 000噸級。

1.2 信息基礎(chǔ)設(shè)施情況

船閘現(xiàn)有信息基礎(chǔ)設(shè)施包括電氣控制系統(tǒng)、船閘網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控等。其中，電氣控制采用PCL控制系統(tǒng)在上下游閘首兩側(cè)對船閘進行現(xiàn)地控制；在船閘網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，船閘運行中心與上級管理部門采用雙鏈路內(nèi)網(wǎng)專線連接，租用運營商有移動和電信，帶寬50M；船閘視頻監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)對船閘閘室、引航道、遠調(diào)站等重要位置的監(jiān)控。

1.3 船閘運行管理情況

船閘的運行管理主要依靠船閘PLC控制系統(tǒng)、e通航智能運調(diào)系統(tǒng)、便捷過閘系統(tǒng)和省聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)。工作人員通過e通航智能運調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)船舶信息管理、船舶調(diào)度管理等船閘調(diào)度相關(guān)工作，船民通過便捷過閘系統(tǒng)App申報過閘并在手機端實現(xiàn)過閘繳費。

2 現(xiàn)代化船閘內(nèi)涵

2.1 現(xiàn)代化船閘內(nèi)涵

現(xiàn)代化船閘是集先進的船閘基礎(chǔ)設(shè)施、順暢高效的通航水平、智慧現(xiàn)代的管理手段、綠色生態(tài)的船閘環(huán)境、安全便捷的船舶運營、人文關(guān)懷的航運服務(wù)為一體的全方位全要素的綠色船閘、安全船閘、智慧船閘和人文船閘。

2.2 現(xiàn)代化船閘特征

現(xiàn)代化船閘的應(yīng)當(dāng)具備設(shè)施先進、通航高效、管理智慧、運營平安、生態(tài)綠色、服務(wù)人文六大特征[1]。

2.2.1 設(shè)施先進

現(xiàn)代化船閘首先應(yīng)當(dāng)具備先進的船閘基礎(chǔ)設(shè)施，信息化、智能化技術(shù)在船閘充分利用，船閘通過能力充分適應(yīng)內(nèi)河航運運輸需求。

2.2.2 通航高效

現(xiàn)代化船閘應(yīng)當(dāng)具備智能高效的運行調(diào)度機制，充分利用5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，提高船閘運行效率，加強與航道網(wǎng)絡(luò)中其余船閘的聯(lián)合聯(lián)動，將船舶待閘時間、船舶過閘時間控制在規(guī)定時間以內(nèi)，實現(xiàn)船閘整體運轉(zhuǎn)暢達高效。

2.2.3 管理智慧

現(xiàn)代化船閘應(yīng)當(dāng)具備智慧便捷的管理，結(jié)合現(xiàn)代化智慧手段，推進船舶稽查由傳統(tǒng)人工監(jiān)管向現(xiàn)代化智慧監(jiān)管轉(zhuǎn)變，推進船閘綜合服務(wù)分析由傳統(tǒng)人工核查向信息化自動分析轉(zhuǎn)變，提高船閘管理效率，降低人工勞力。

2.2.4 運營平安

現(xiàn)代化船閘應(yīng)當(dāng)具備完善的安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化體系，建立完善的安全運營規(guī)范，確保過閘船舶安全航行。建立完善的船閘應(yīng)急反應(yīng)機制，應(yīng)對突發(fā)事件的響應(yīng)快速，應(yīng)急物資保障充足。加強對過閘船舶的動態(tài)監(jiān)管，強化對過閘危險品船舶的安全監(jiān)管、應(yīng)急處置能力建設(shè)，船閘安全事故發(fā)生率降至最低，安全形勢持續(xù)穩(wěn)定。

2.2.5 生態(tài)綠色

現(xiàn)代化船閘應(yīng)當(dāng)堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的理念，積極推動船閘建設(shè)運營碳達峰，促進全面綠色低碳轉(zhuǎn)型。在船閘設(shè)施建設(shè)中積極采用生態(tài)環(huán)保、節(jié)能清潔的新材料、新能源，在船閘日常運營中積極采用太陽能等新能源，改善能源結(jié)構(gòu)消耗。建立船閘水運污染事故應(yīng)急響應(yīng)機制，配備污染應(yīng)急處理設(shè)備，提高快速反應(yīng)和處置能力。建設(shè)船舶生活垃圾、生活污水、油污水的岸上接收處理設(shè)施。閘區(qū)可綠化范圍生態(tài)綠色水平大幅提升。

2.2.6 服務(wù)人文

現(xiàn)代化船閘應(yīng)當(dāng)注重以人為本的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。充分利用信息化手段，為船民提供精準(zhǔn)、貼心的配套服務(wù)，探索主動、利民、便民服務(wù)模式，在船閘運行與調(diào)度、過閘費征收、安全管理、公共信息服務(wù)等領(lǐng)域探索深化服務(wù)內(nèi)容、完善服務(wù)手段、改進服務(wù)設(shè)施、健全服務(wù)制度、創(chuàng)新服務(wù)模式，提高服務(wù)質(zhì)量和效率。

2.3 現(xiàn)代化船閘指標(biāo)體系

在現(xiàn)代化船閘內(nèi)涵與特征理解的基礎(chǔ)上，該次圍繞“設(shè)施先進、通航高效、管理智慧、運營平安、生態(tài)綠色、服務(wù)人文”六個狀態(tài)層考慮了現(xiàn)代化船閘指標(biāo)，具體指標(biāo)見表1。

表1 現(xiàn)代化船閘指標(biāo)體系

3 九圩港船閘現(xiàn)代化提升方案

3.1 建設(shè)目標(biāo)

以建設(shè)“設(shè)施先進、通航高效、管理智慧、生態(tài)綠色、運營平安、服務(wù)人文”的現(xiàn)代化船閘為目標(biāo)，創(chuàng)新船閘體制、機制及運營模式，重點圍繞船閘運行調(diào)度、集控管理等業(yè)務(wù)主線，構(gòu)建一個多業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合、可持續(xù)升級的“現(xiàn)代化船閘應(yīng)用體系”，實現(xiàn)船閘過閘調(diào)度全自動、船舶過閘互動式服務(wù)的船閘運營管理新模式，整體提升船閘的運行維護管理能力和運輸服務(wù)水平[2]。

3.2 提升方案

該提升方案搭建完善、高效的數(shù)據(jù)與交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建現(xiàn)代化船閘“一張網(wǎng)、一張圖、一朵云、一平臺+N應(yīng)用”的總體框架，即1張全要素感知網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)代化船閘全要素感知網(wǎng)絡(luò)）、1張圖（電子航道圖+船閘三維模型）、1朵數(shù)據(jù)云（船閘數(shù)據(jù)中心）、一平臺+N應(yīng)用（一個平臺及多個應(yīng)用系統(tǒng)組成的應(yīng)用集群）。

3.2.1 構(gòu)建綠色船閘環(huán)境和文化體系

根據(jù)船閘的基礎(chǔ)現(xiàn)狀，通過綠色環(huán)境工程和文化提升工程，為現(xiàn)代化船閘建設(shè)提供可持續(xù)發(fā)展的、基礎(chǔ)環(huán)境與信息化環(huán)境良好并存的“綠色”運行環(huán)境。綠色環(huán)境提升工程建設(shè)內(nèi)容包括完善閘區(qū)功能布局，并按功能分區(qū)，有針對性地選取適宜樹種進行綠化種植，提高閘區(qū)綠化覆蓋率和綠化景觀效果，實現(xiàn)閘區(qū)綠化面積宜達到閘區(qū)可綠化面積的100%；在船閘上下游遠調(diào)站建設(shè)垃圾回收和污水接收處理裝置的設(shè)備，完善船閘污染物接收設(shè)施。文化提升工程建設(shè)內(nèi)容包括建設(shè)船閘現(xiàn)代科技展示廳，向大眾展示當(dāng)前船閘建設(shè)及管理的先進技術(shù)；在船閘管理區(qū)建設(shè)文化景墻，做好船閘對外文化形象展示；提升船閘管理區(qū)內(nèi)既有建筑，完善綠化景觀，新增文化小品。

3.2.2 構(gòu)建全方位要素感知體系“一張網(wǎng)”

船閘全要素感知是實現(xiàn)現(xiàn)代化船閘的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過全面覆蓋的網(wǎng)絡(luò)鏈路，高可靠、低延時的5G技術(shù)、高精度的傳感技術(shù)，形成一張船閘全方位的感知網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對船閘、通航船舶、助航設(shè)施、生態(tài)環(huán)境等各類通航環(huán)境要素的數(shù)字化采集，讓設(shè)備具備多維監(jiān)測、智能網(wǎng)聯(lián)、精準(zhǔn)管控、協(xié)同服務(wù)能力。

3.2.3 構(gòu)建虛擬與現(xiàn)實可視化體系“一張圖”

以電子航道圖底圖為基準(zhǔn)，利用數(shù)字孿生技術(shù)、三維感知疊加船閘三維數(shù)據(jù)，結(jié)合航閘管理業(yè)務(wù)，建立多業(yè)務(wù)圖層，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供可視化數(shù)據(jù)支持。一張圖主要業(yè)務(wù)圖層包括基礎(chǔ)航道圖層、視頻監(jiān)控設(shè)備圖層、船舶AIS圖層、水文氣象圖層、標(biāo)識標(biāo)牌圖層、船舶航行軌跡圖層、碼頭泊位圖層等。

3.2.4 構(gòu)建全口徑數(shù)據(jù)融合體系“一朵云”

以船閘全口徑數(shù)據(jù)作為支撐，建設(shè)船閘數(shù)據(jù)中心，打造現(xiàn)代化船閘的智慧“大腦”，作為全要素數(shù)據(jù)深度挖掘和協(xié)同應(yīng)用的中樞，為現(xiàn)代化船閘的安全、高效運行提供驅(qū)動力。數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括地理信息數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、交換共享數(shù)據(jù)以及主題數(shù)據(jù)等。

3.2.5 構(gòu)建現(xiàn)代化船閘運行調(diào)度體系“1平臺+N應(yīng)用”

建設(shè)現(xiàn)代化船閘運行管理平臺，包括基于智能排擋的統(tǒng)一調(diào)度系統(tǒng)、船閘遠程集中控制系統(tǒng)、船閘聯(lián)動控制系統(tǒng)、船閘運維養(yǎng)護系統(tǒng)、船閘安全運行系統(tǒng)、公共信息服務(wù)系統(tǒng)以及運行分析與決策系統(tǒng)等。其中，統(tǒng)一調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)閘室水位，對待閘船舶自動排擋，并向船民發(fā)送閘次信息，檔位信息；遠程集控系統(tǒng)在運調(diào)中心通過組態(tài)軟件與各船閘的PLC通信，實時采集現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)，同時下發(fā)控制命令，實現(xiàn)多個船閘在運調(diào)中心層的集中控制；船閘聯(lián)動控制系統(tǒng)將控制系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、越線檢測系統(tǒng)、水文監(jiān)測系統(tǒng)、燈光引導(dǎo)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)進行對接，協(xié)同各系統(tǒng)運行，實現(xiàn)船閘控制流程全自動化；閘室安全運行系統(tǒng)包括閘室越線檢測和過閘安全確認，保證船閘閘門開關(guān)時，閘門和閘臺附近不存在船舶，保障船閘閘門開關(guān)安全；運行分析與決策系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)深度研判分析，按照不同的分析主體對當(dāng)前運行數(shù)據(jù)以及歷史運行數(shù)據(jù)進行分類統(tǒng)計，分析數(shù)據(jù)走勢，挖掘信息價值，形成對船閘運行態(tài)勢的數(shù)據(jù)表達和可視化展現(xiàn)，提高調(diào)度指揮決策能力。

圖1 現(xiàn)代化船閘提升方案

4 結(jié)語

該文通過解讀國家對交通現(xiàn)代化的發(fā)展要求，首次提出了現(xiàn)代化船閘的內(nèi)涵與特征。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合“云大移物智”等新一代信息技術(shù)，提出現(xiàn)代化船閘提升的技術(shù)路線和方案，通過對船閘控制系統(tǒng)現(xiàn)地操作值守模式的升級改造，實現(xiàn)船閘閘/閥門人工手動操作向系統(tǒng)自動操作轉(zhuǎn)變；融合調(diào)度系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、燈光引導(dǎo)系統(tǒng)等多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要素，建設(shè)覆蓋船閘運行全流程的智慧、互通、一體化的智慧船閘，實現(xiàn)船閘控制流程全自動化。方案實現(xiàn)了船閘由傳統(tǒng)業(yè)態(tài)向現(xiàn)代化業(yè)態(tài)的轉(zhuǎn)變，對船閘新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)具有重要借鑒意義。