三峽船閘運行調度智能化研究

王禮侖 高術 胡航

摘 要：三峽船閘是三峽水利樞紐發揮航運效益的關鍵因子，其通過能力直接受船閘運行調度的影響。本文結合三峽船閘當前運行調度指揮流程，對三峽船閘運行調度智能化模式進行了初步探討，為后期建設三峽船閘智能化運行平臺提供理論支撐。

關鍵詞：三峽船閘;調度指揮;智能化

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

1引言

近年來，隨著長江航運事業的不斷壯大和國家長江經濟帶建設等國家戰略穩步推進，三峽船閘年通過量持續保持在1億噸以上并逐年高位穩定增長[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。

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]：一是通過加強船閘運行調度的管理，使用信息化手段代替人工作業流程，此方式成本較低，實施難度小，但對船閘運行效率的提高作用有限。二是擴大船閘建設規模，通過建設復線甚至三四線船閘增加船閘規模來疏解通航壓力，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，船閘建設周期較長。

國內船閘行業關于船閘智能化調度運行方面進行了一些初步的探索與運用[3]，但現行的智能調度更多的放在船閘調度作業工具的信息化與智能化上面，對于船閘調度過程的智能化開發還沒有成熟的工程應用案例。因此，開展面對調度過程的智能化研究對于提升船閘運行效率與管理水平有著非常顯著的現實意義[4]。

2 三峽船閘現有運行調度系統

2.1當前運行調度模式

三峽船閘運行調度指揮是指：由船閘運行部門根據船閘運行流程在現有的過閘排擋計劃下執行對過閘船舶的調度與指揮的過程。目前，三峽船閘采用兩線聯合運行方式運行，北線船閘運行上行船舶、南線船閘運行下行船舶。從運行環節上劃分，船舶通過三峽船閘的調度流程一般包含：靠船墩待閘指揮、導航墻待閘指揮、船舶進閘指揮、運行移泊指揮、船舶出閘指揮。如圖1所示。

2.2三峽船閘運行調度特點

三峽船閘運行調度的特點主要體現在以下幾個方面：

（1）調度區域小、容量大。三峽船閘調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、導航墻與靠船墩均有船舶運行與待閘，從而導致在船閘較小的調度水域內同時聚集大量船只。

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

（3）系統隔離。三峽船閘現有通航調度指揮系統無法實現運行績效量化的主要癥結在于通航基礎數據單一，在實際的運行過程中，數據散亂，相互隔絕而形成了信息孤島，不能夠全面、系統、深入地反映通航供給與需求平衡關系，不能夠實現多系統之間的融合協同，缺乏對通航信息的全面融合和深度應用。

因此，針對三峽船閘智能調度指揮過程信息數據的收集、處理、交換、分析和利用，實現三峽船閘運行調度過程的實時性、多樣性、針對性信息服務和智慧化決策，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 三峽船閘運行調度智能化

3.1運行調度智能化的概念

船閘運行調度智能化是指對船閘的調度指揮流程進行智能化條件判斷，并輔助船閘運行調度人員及時準確執行調度與指揮操作，高效引導船舶過閘。船閘運行調度指揮智能化的主要服務對象是船閘運行調度人員。

3.2智能化在船閘運行調度環節中的體現

3.2.1船舶發航期間

實時監測船舶從錨地的發航狀態與船舶位置信息，將信息反饋給調度人員，并對靠船墩區域待閘條件進行判斷，監視引航道區域動態，為調度人員的下一步指揮調度提供信息支撐。

3.2.2待閘期間

待閘條件判斷：通過對環境、船舶、設備條件的結合，判斷船舶是否具備待閘條件。

待閘優化判斷：根據船舶船位信息當前拍檔計劃對比，核實船舶尺寸及吃水，進行智能優化排擋，避免出現靠船墩船舶錯船、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域空出。方便后續閘次船舶待閘。

反饋待閘情況：通過船舶位置實時檢測與導航墻靠泊設施狀態檢測等方式向運行調度人員反饋當前閘次船舶待閘情況，并通過信息交互向后續船舶及指揮中心反饋當前閘次船舶待閘情況，方便運行人員調度指揮以及后續船舶航行。

3.2.3進閘期間

指揮進閘條件判斷：通過對首級閘室設備、環境以及船舶狀態的檢測自動判斷該閘次船舶是否具備進閘條件，當具備進閘條件時及時向指揮調度人員發出提示信息，提示調度人員及時通知船舶進閘。

監控進閘動態：在船舶進閘過程中通過對船舶航行動態，船閘外部環境以及設備設施狀態的監視對進閘動態進行監控，確保船舶進閘安全以及現場突發事件不對進閘過程產生不利影響。

監控靠泊位置：通過船舶位置信息檢測以及浮式系船柱套纜狀態檢測以及防撞裝置檢測、上下游禁停線區域掃測信息對船舶的靠泊位置進行監控，確保船舶靠泊在規定的安全區域內。并將靠泊信息傳遞到調度指揮系統，指導運行人員把握閘次狀態并開展后續閘次的調度指揮。

3.2.4移泊期間

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

監控移泊動態：在船舶移泊過程中通過對船舶航行動態，船閘外部環境以及設備設施狀態的監視對進閘動態進行監控，確保船舶進閘安全以及現場突發事件不對移泊過程產生不利影響。

監控靠泊位置：通過船舶位置信息檢測以及浮式系船柱套纜狀態檢測以及防撞裝置檢測、上下游禁停線區域掃測信息對船舶的靠泊位置進行監控，確保船舶靠泊在規定的安全區域內。并將靠泊信息傳遞到調度指揮系統，指導運行人員把握閘次狀態并開展后續閘次的調度指揮。

3.2.5出閘期間

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

監控出閘動態：在船舶進閘過程中通過對船舶航行動態，閘室外部環境、引航道航行條件以及另一線船閘航道設備設施狀態的監視對出閘動態進行監控，確保船舶進閘安全以及現場突發事件不對進閘過程產生不利影響。

3.3智能化調度模式探索

從功能來講，三峽船閘調度指揮智能化涵蓋了從船舶發航到出閘共五個流程節點期間的條件判斷、信息反饋、決策輔助與動、靜態監視。其系統功能如圖2所示。

條件判斷：通過各種技術手段對船舶過閘流程中的各個調度環節的調度條件進行判斷輔助，主要涵蓋了靠船墩待閘條件判斷輔助、導航墻待閘條件判斷輔助、待閘優化判斷輔助、船舶進閘條件判斷輔助、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：通過信息交互技術對船舶狀態信息進行反饋。主要涵蓋了船舶發航狀態反饋、船位信息反饋、靠船墩靠泊狀態反饋、導航墻靠泊狀態反饋、進閘動態反饋、閘室靠泊狀態反饋、船舶出閘信息反饋。

動、靜態監視：對船舶過閘各個調度指揮流程的船舶靜止狀態進行輔助監視。靜態監視輔助主要涵蓋了船舶靠船墩靠泊狀態監視輔助、導航墻待閘狀態監視輔助、船閘運行過程中船舶狀態監視輔助。

決策輔助：對船舶過閘流程各個調度環節發出調度提示，主要涵蓋了靠船墩待閘指揮決策輔助、導航墻待閘指揮決策輔助、待閘優化決策輔助、船舶進閘指揮決策輔助、船舶移泊指揮決策輔助、船舶出閘指揮決策輔助。

3.4智能化運行調度流程設計

智能化運行調度方式是在現有調度模式的基礎上增加了調度條件與調度過程的系統自我判斷，其目標是結合當前設備運行工況、環境條件等對待閘船舶的運行調度條件進行判斷，向運行人員發出明確的調度提示指令，實現運行調度過程的智能化。智能化船閘調度指揮流程如圖3所示。

通過實時收集船舶航行信息、船位信息、設備信息、水文氣象信息等，并進行數據處理，從而得出最優調度策略，最終向運行調度指揮人員給出最優調度指令建議，輔助調度指揮人員完成船舶調度指揮工作。

3.5智能化調度對船閘運行調度效能的提高作用分析

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

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

參考文獻：

[1]郭濤.三峽船閘通過能力分析[J].水運工程，2011（12）：112-116.

[2]陳曉關.提高三峽船閘通航能力的研究[D].武漢，武漢理工大學.2006

[3]陳明輝， 盛黎. 蘇北運河船閘智能排檔調度研究及應用[J]. 中國水運，2016， 16（4）：75-77.

[4]陳國仁，王小峰，李炳源.數字船閘建設相關技術研究[J]. 制造業自動化， 2016， 38（5）：170-172.