京杭運河徐揚段智能過閘管理系統的構建與實踐

豐瑋++王迅++楊本

摘 要：以京杭運河徐揚段智能過閘系統的構建為例，介紹了以航道、船閘、船舶、臨跨河設施等信息數據的采集和綜合應用為核心搭建的京杭運河航道業務運營骨干系統。系統實現了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，并對全航段的船閘、船舶實現了全過程、全方位的及時、動態、準確的監控、管理、通行和信息等服務，全面實現了信息化管理，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 多級船閘聯合調控 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，對促進長三角地區經濟的發展發揮了較大的作用。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、對航道及設施的物聯網化數字感知和對綜合數據的信息管理以及全方位的便民服務，構建了一個“平時運調監管”、“忙時聯合調控”、“緊急情況應急調度”的智能化業務骨干平臺系統；形成了一個協調有力、運行高效、信息共享、互聯互通的航閘智能運行系統，最終實現了對航道、船閘、船舶的全過程、全方位的及時、動態、準確的監控、管理和服務。

徐揚段智能過閘管理系統從船閘、船舶、航道三個方面對航道業務進行梳理、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、所有在航船舶等在內的全方位綜合管理、調度、指揮和服務支持的信息化體系。系統在數據層面上實現了與已有的江蘇省航道聯網收費系統、航道中心數據庫系統、航政管理系統、船舶GPS輔助調度等現有系統的融合及交換，消除了目前信息化發展過程中普遍存在的信息孤島現象。

船閘運調和綜合保障管理體系

智能輔助過閘調度子系統，在動態船舶信息數據庫、過閘智能監控等系統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化的多閘閘外智能化編組過閘方案，并以圖型化呈現。通過指揮調度與服務支持體系實現了船閘調度中心與待閘船舶間的直接調度與溝通。

多級船閘聯合調控子系統，在智能輔助過閘子系統及通航能力輔助分析子系統的支持下，根據通航船舶、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，實現了對整個區域內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控，實現了區域內船閘間的聯合調度，整體提升了全航段多級船閘的通過能力。

在包括RFID、PLC等感知設備構成的物聯網技術的支持下，系統建立了包括應急人員管理與調度預案庫、船閘設備備件存貯與調度預案庫、應急故障搶救預案庫在內的應急事件綜合應對體系。實現了蘇北運河船閘相關運維和綜合保障數據的聯網匯聚與集中動態展現，實現了對船閘機電故障和突發事件的應急處理、人工遠程診斷和輔助故障排除。

1、船閘智能運調及多級船閘聯合調控

系統通過融合3G智能船載終端、GPS終端、RFID、AIS等終端識別設備的位置數據，實現了對通過船舶的遠程申報、自動登記、智能繳費、智能調度、智能監控、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，系統可以利用遠程申報的信息，實現船舶的自動登記。

船舶的智能識別與自動登記。在終端識別設備數據的支持下，系統實現了船舶的自動離岸識別。被識別后的船舶，通過后臺系統數據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。系統通過物聯網和電子信息手段的綜合運用，實現了船舶的智能繳費，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。

船舶智能調度。系統根據時間最優、閘室利用率最大化等調度規則，建立了船舶智能調度數學模型及算法，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。通過智能調度系統，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量和閘室利用率，并根據排擋情況自動發布調度信息。

過閘智能監控。系統在船閘視頻監控系統的支持下，利用圖像分析技術，實現了對船閘內、待閘區航段的關鍵設施的警戒保護和監控，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

系統根據各級船閘的具體情況，建立了船閘調度預案庫、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、模數轉換和計算機采集技術，對模擬信號進行數字化處理，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、水位等數據進行監測，輔助技術人員提前發現潛在問題，在故障發生前防患于未然，在故障發生時，縮短搶修時間。

綜合支持與指揮調度

1、多業務圖層的電子航道圖

系統基于GIS技術，根據不同的管理需求分別建立業務管理圖層，實現了整個航域的航道、船閘、船舶等數據的圖層匯聚和可視化展示。在重點監控區域，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，分別展現在不同的GIS管理圖層中，為航道及船閘的運調提供了支持。

2、八網合一的航運信息采集系統

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

3、數據集成與交換

在現有江蘇省航道中心數據庫和其標準上，結合蘇北運河管理所需的數據元素，系統建立了統一的數據標準和基礎數據庫。通過對數據的抽取、加載、轉換、映射，完成從源到目標的數據集成與交換，形成面向航道管理綜合應用的業務數據源，為綜合分析與決策支持系統、指揮調度與服務以及各業務子系統提供數據層面的支持。

4、綜合分析與支持決策

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

5、多種類、多途徑的航道、船閘信息發布平臺

系統可將航道、船閘等航運相關的信息及時、準確的發布到受眾對象。

發布的信息類型主要有：船閘調度信息、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。

信息發布的載體主要有：PC機、網站、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。

結束語

管理系統以現代信息和通訊技術為載體，圍繞“服務于管理、服務于決策、服務于社會”的建設目標，構建了蘇北運河航道業務運營骨干平臺。系統在技術上采用了服務總線的架構和綜合集成大數據的設計，在服務層和數據層面上實現了綜合、集成、共享融合的一體化開放式業務框架，同時支持云環境下的部署，并能夠在國產云的環境下，表現出更高的性能和安全特性；在數據層面確立了平臺級統一業務數據標準，實現了對所有子系統的數據綜合集成統一，同時為外部業務系統數據提供了安全、開放的集成數據環境，為大數據時代航道業務平臺提供了最佳數據處理平臺；構建了統一、綜合、全面的蘇北航務管理綜合應用集成數據庫，實現了對包括3G智能船載終端、GPS終端、RFID、AIS等終端識別設備數據的融合處理和基于國產GIS框架的綜合業務應用展現。自系統試運行以來，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，充分體現了船民、船舶、船閘三位一體的服務理念，體現了快速、便捷、高效的管理效率，實現了對蘇北運河的綜合立體指揮、協調調度和全方位的信息化管理。

參考文獻：

[1]豐瑋. DEA模型在船閘運行效率評價中的應用. 現代交通技術〔J〕，2007.3.

[2]王小平，齊歡，肖恒輝等. 基于串聯排隊網絡的三峽-葛洲壩水利樞紐聯合調度模型〔J〕.交通運輸工程學報，2006.9.

[3]豐瑋. 閘室船舶組合優化動態模型.河海大學學報〔J〕，2006.11.

[4]齊歡，孫波，張曉盼，蔡霄. 中國科技論文在線〔D〕. 三峽—葛洲壩聯合調度系統的閘室編排降維快速算法.

[5]饒思梁. 內河航道尺度與通航能力關系研究〔D〕， 2011.4.

[6]廖鵬. 繁忙船閘的船舶待閘時間分析與估算〔J〕.東南大學學報，2009.3.

[7]關照旭，廖立濤. 基于JMS和XML的信息交換中消息隊列管理模型設計〔J〕.電腦知識與技術，2009.10.