水利船閘智能運管系統應用研究與實踐

摘要：以邵仙套閘智能運管系統為例，介紹了通過系統建設推進水利船閘運行管理數字化轉型情況，分析了其應用成效與特色，并進行了下一步展望。該系統的開發上線提高了船舶通行效率，降低了安全風險，支撐了“不上岸、不見面”新運行模式，讓廣大船員享受到了互聯網帶來的便利，科技助力打造更加順暢、安全、陽光的“水上高速路”。

關鍵詞：船閘運行；管理系統；收費

中圖分類號：U641.7" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）21-0032-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.21.008

0" " 引言

船閘是通航建筑物主要形式，其作用在于幫助克服上下游水位落差，以達到船舶順利通行的目的。據統計，全國有900多座船閘，僅江蘇就有150多座船閘（含套閘、節制閘通航孔），分別由水利或交通運輸部門等單位管理。隨著我國內河水運交通量的持續增加，船閘通過能力相對船舶過閘需求不足的矛盾愈發突出[1]，在不改變基礎設施的情況下，優化交通組織能夠提高通過能力與服務質量，有利于船閘更加高效地發揮作用[2]。

1" " 背景與現狀

1.1" " 船閘通行能力提升途徑

船閘作為水路咽喉要道和服務窗口，其通行效率關系到水網通暢與安全，并直接反映工程管理單位的服務水平。船閘的通過能力不僅與其規模和技術指標有關，還與船型、交通負荷和調度方式等因素有關[2]。國內船閘通行能力的提升大致有三個途徑：一是二三線閘室擴建，增加閘室數量以適應日益增長的需求；二是通行等級提升，改建船閘以適應船舶大型化、匹配航道等級；三是通過信息化、智能化技術應用和數據賦能，提高船閘管理水平和運行效率。

當前，船閘建設面臨的土地、資金、生態等要素約束愈發嚴格，依靠工程建設來提高船閘通行能力的困難程度不言而喻。相較于新建或改擴建船閘龐大的資金需求及漫長的建設周期，通過充分挖掘現有船閘資源，加強隊伍建設，提高船閘的維修養護水平，重視船閘數字化新技術的應用，從而提高船閘運營管理水平，具有明顯的資金優勢和時效優勢，應作為提高船閘通行能力的首要手段。因此，不可單純依賴增加閘室數量或提高船閘等級來緩解過閘壓力，只有通過建設智能運管系統實現船閘服務流程重構和管理數字化轉型，才是短時間內突破“瓶頸”最有效可行的途徑。

1.2" " 面臨的挑戰及原因分析

邵仙套閘是江都水利樞紐工程的重要組成部分，位于揚州市江都區仙女鎮以北的高水河。多年來船閘運行一直采取船員在南、北遠調站上岸登記，核定噸位和人工窗口收費的調度收費管理模式。船舶過閘需要先在指定停泊區停靠，船員攜帶證件上岸登記、核對、刷卡繳費，再回船等待調度指令。

從整體上看，船閘運行管理中面臨的挑戰主要包括過閘流程煩瑣、設備設施老化、人員老齡化及技能不足、設計尺寸限制、船型標準化程度低及內控監督機制缺失等方面。過閘流程煩瑣，船員需要上下船辦理過閘手續，費時費力且不方便，也不安全；設備設施老化影響閘門的靈活啟閉與監控系統準確性，降低了通航效率和安全性；人員老齡化及技能不足導致操作不規范、溝通響應遲緩，影響調度效率；設計尺寸限制使得船閘難以適應船舶大型化趨勢，過閘等待時間較長，甚至會引發嚴重擁堵現象；船型標準化程度低加大了船舶過閘編排難度，閘室空間利用率不高；內控監督機制不健全造成管理效率低下，難以及時應對突發情況，增加了運行風險。這些挑戰共同制約了船閘運行效率、服務效能和安全性的提高。

邵仙套閘近年來通過持續的升級改造，包括自動化監控系統、過閘收費系統的建設，在一定程度上緩解了部分矛盾。但是在運行管理方面仍完全依賴服務窗口和人工登記收費，已難以適應水運快速發展，特別是船舶大型化、通過量激增等情況，不能滿足船舶快捷過閘的實際需求，從而導致了運行管理與服務中的各種問題，不僅降低了通航效率，更是通航安全的重要隱患。高水河是江都水利樞紐向北送水的主要通道，當抽水站大流量送水時，水體會產生較大的縱向流速，容易導致上行船舶上岸繳費時出現安全事故。

因此，為了提高通行效率和管理水平，必須通過“智改網聯，數據賦能”，從變革業務模式入手，開展邵仙套閘智能運管系統的建設，實現以智能過閘服務模式為核心的運行管理數字化轉型，徹底破解過閘流程煩瑣的突出問題。

1.3" " 智能過閘服務模式

隨著以物聯網、大數據為代表的信息技術發展，國內各地均在積極探索和試點推進船舶智能過閘服務，部分已取得較好的應用效果。智能過閘服務重點實現了船舶調度和收費的智能化，基于移動互聯網實現“過閘不上岸，服務不見面”。由于管理體制和運營模式差異，各地智能過閘服務的技術實現形式各異，概括起來主要有三種：一是以西南省份為代表的“以電養航”不收費模式，船閘僅以運行調度為核心，免收過閘費，系統功能復雜度及技術難度相對較低；二是以江浙省份為代表的“計次收費”模式，采用船舶總噸或核載噸位（不分空重載）單一費率收費，功能復雜度及技術難度適中；三是以安徽為代表的“計量收費”模式，依據船舶空重載狀態計費，采取空、重載狀態雙費率甚至三費率（空載、半載、滿載）方式收費，功能復雜度及技術難度相對較高。

智能過閘服務模式的本質是業務流程的變革，通過船舶身份識別、電子支付、智能調度、電子發票、消息推送等技術綜合運用，船舶過閘從原來的上岸、登記、繳費、打票、回船、待閘、進出閘優化為遠程申報、登記、自助繳費、待閘、進出閘、發票推送。最重要的是，船員只需一部智能手機，全過程遠程在線操作，方便快捷，動動手指就免去了從前上下船奔波的辛苦，應用實效明顯。

2" " 水利船閘智能運管系統設計

2.1" " 業務場景目標

徹底變革邵仙套閘運行管理模式，借助互聯網等數字化技術，從面向管理轉型為面向服務，由“面對面”辦理手續升級為遠程“不見面”信息交互，以服務船員為中心重組優化過閘流程，建立新的“遠程申報—審核確認—自助繳費—遠程調度”流程，提供便民、快捷的過閘服務，提升整體運行效率和本質安全性。

智能運管系統需實現手機申報、審核確認、遠程繳費、調度過閘及電子發票推送等功能應用。船員只需一部智能手機，足不出船即可完成船舶過閘的所有操作，做到過閘不上岸，繳費不跑腿。

2.2" " 過閘流程優化

過閘船員辦理手續全面數字化、遠程化，下船上岸登記、繳費、等待通知的煩瑣過程全部改由智能手機+互聯網渠道完成。過閘流程關鍵步驟如下：

1）遠程申報：船員使用智能手機App自助填報航次信息并提交過閘申請，運管系統自動關聯船舶身份。

2）審核確認：在運管系統中，工作人員審核船員的申報信息，確認無誤后通過審核。符合條件的誠信船舶到閘也可自動報到并由系統自動審核，完成遠程登記。

3）自助繳費：審核通過后，船員在App中選擇合適的支付方式進行閘費繳納。閘費由系統根據計費標準自動計算和顯示。

4）遠程調度：已繳費成功的船舶接收到調度指令后，根據工作人員相應通知，駛入等待區準備進閘或直接進閘。

5）過閘確認：船舶實際通過船閘后，工作人員在系統中進行信息核對稽查，完成過閘確認操作。

6）發票推送：經確認的過閘船舶由運管系統自動通知稅控平臺開具電子發票，發票鏈接可通過短信推送至船員手機，或在App中按需查詢下載。

不上岸過閘流程如圖1所示。

2.3" " 系統結構設計

充分消化吸收國內智能過閘服務模式優點，結合套閘在計費標準、電子發票及支付渠道等方面的實際需求，形成適用于邵仙套閘的智能運管系統，如圖2所示。

數據層包括船舶資料、船舶位置、運調數據、收費數據及歷史數據等主題數據庫；平臺層主要是支撐系統運行的基礎運行環境、數據治理服務、用戶認證服務及電子地圖引擎（選用公共地圖）；應用層工作人員使用電腦端Web應用，船員使用手機端App應用，包含運調收費、聚合支付、遠程申報、電子發票、船舶識別等子系統或模塊；船舶自動識別手段主要考慮使用智能手機定位；電子發票開具和管理，按照政策要求通過與現有稅控發票平臺規范對接實現。

軟件開發技術路線為JAVA Web體系，選用主流TOMCAT開源容器，手機端通信基于HTTPS協議，保證安全性、易用性、兼容性和可維護性。采用SOA面向服務體系架構，運行調度子系統與其他子系統之間以Web服務方式松耦合掛接。

2.4" " 主要功能設計

智能運管系統在功能模塊設計方面聚焦快捷、高效、所見即所得的設計目標，互聯共享各類數據資源，融合打造形成技術先進的便民服務與智能管理一體化信息系統。船舶資料、運行調度、閘費管理、統計分析及系統維護等面向工作人員的功能集合為運調收費子系統，該子系統也是整個系統的主體。遠程申報子系統采用面向過閘船員的手機App，該子系統是過閘信息服務的主要載體；聚合支付、電子發票、船舶識別作為相對獨立的子系統設計，形成運調收費與遠程申報、聚合支付、電子發票、船舶識別子系統“1+4”功能框架，如圖3所示。各子系統共享一套數據環境，無縫對接稅控發票管理平臺，全面兼容主流第三方支付渠道。

2.4.1" " 運調收費子系統

由船舶資料、運行調度、閘費管理、統計分析及系統維護等模塊組成，實現船舶資料管理、調度指令生成與發布、閘費自動計算、繳費通知生成、數據統計與報表分析等功能。

2.4.2" " 遠程申報子系統

包含遠程申報、電子繳費和過閘記錄、消息推送等功能。手機App提供船舶過閘業務辦理功能及信息查詢服務。船員通過智能手機自助進行遠程登記和閘費電子支付，并接收自動發送的電子發票、過閘調度指令等信息。

2.4.3" " 聚合支付子系統

建立聚合支付通道，開發“多合一”支付接口，對接支付寶、微信及網銀在線支付平臺實現多種支付方式。支付子系統與調度子系統無縫關聯，負責發起支付和退款，記錄交易情況，并記錄每一筆交易的詳細信息，包括交易時間、金額、支付方式等。

2.4.4" " 電子發票子系統

實現收費開票一體化應用。開票接口實現開票請求、結果查詢、作廢申請以及紅字發票等相應功能，支持發票作廢申請和紅字發票的開具。

2.4.5" " 船舶識別子系統

包含電子報到區、船舶識別、實時位置獲取等功能。在套閘區域的電子地圖中劃設報到區電子圍欄，船舶進入報到區后，自動關聯識別其身份，用于審核確認和調度業務操作。

3" " 系統應用實踐

3.1" " 建設歷程與成效

2020年9月，邵仙套閘智能運管系統上線運行，全面支撐不見面過閘服務，手機遠程申報繳費，船舶自動識別，船員自動接收調度通知，移動互聯網+過閘服務全面賦能套閘運行管理。系統實現了過閘收費、調度以及日常管理的綜合應用，在江蘇省水利系統率先自主提供了微信、支付寶、銀行卡在線聚合支付服務，不但節約了運行管理成本，降本增效，同時還縮短了船舶過閘時間，提升了服務水平。2022年12月，智能運管系統按照全新架構對原有調度、收費、分析、服務等模塊進行了優化升級，運行調度子系統功能升級，進一步提高了技術兼容性和性能，夯實了軟件安全基礎，優化了用戶操作體驗，可為過往船舶提供更高效便捷的服務。邵仙套閘運行管理穩步邁入“水上ETC”時代。

3.2" " 應用特色總結

邵仙套閘智能運管系統的研究與實踐，實現了運行效率和服務質量雙提升。系統的成功應用表明，運用現代信息技術實施智能化改造、推進數字化轉型，是提升船閘管理水平的有效手段和提高為民服務能力的有效途徑。

3.2.1" " 面向服務對象的過閘流程重組優化

智能運管系統變革“下船—上岸—回船”傳統過閘流程，以船員服務對象為中心，在吸收國內智能過閘模式的基礎上進行重組優化，建立了符合邵仙套閘實際的過閘流程。系統通過引入物聯網技術，能夠自動識別船舶身份，自動計算過閘費用，并通過手機App實現遠程繳費。這種自動化、自助化的流程設計極大地便利了閘船溝通，縮短了過閘時間，船員無須上岸即可完成所有手續，過閘體驗非常友好。

3.2.2" " 聚合主流支付渠道便利在線自助繳費

系統在水利系統率先打造了包含支付寶、微信及銀行卡繳費的聚合支付平臺，實現了主流支付渠道全覆蓋，可由船員自主選擇繳費方式。這一創新舉措提高了操作便捷性和系統可靠性，滿足了服務對象多樣化的支付需求。

3.2.3" " 電子發票開具推送自動化、一體化

系統在設計時結合船員需求和管理實際，在滿足稅務監管要求的前提下，實現收費和開票功能自動化、一體化運行。在人工推送電子發票的基礎上，進一步簡化了票據管理，從人工推送升級為自動推送。船舶過閘確認后，系統自動開具過閘費發票，并自動向船員手機端推送電子發票鏈接，船員可隨時按需下載。

3.2.4" " 服務模式轉變推進綜合管理提質增效

智能運管系統的實施不僅讓船員真正體驗了互聯網帶來的便利，享受到更加便捷、高效、安全的過閘服務，在推動邵仙套閘綜合管理方面也發揮了重要作用。過閘秩序難管理、船員反復投訴、運行安全風險多、一線人員不足和老齡化嚴重等運行管理、綜合管理問題得到解決或緩解。一線人員勞動強度大幅降低，內部管理矛盾壓力明顯減少，推進了套閘綜合管理提質增效。

4" " 總結與展望

創新發展不停步，為民服務無止境。我們身處一個數字化、網絡化和智能化技術快速迭代升級的時代，以計算機、互聯網、人工智能為代表的技術持續賦能千行萬業，不斷催生各種新場景、新模式、新應用，改變人們的生產生活方式，推進社會高質量發展。

1）智能運管系統的建立幫助邵仙套閘成功應對了發展中面臨的各種挑戰，也為后續發展奠定了良好基礎。一方面，隨著智能手機、移動通信網更新換代，移動應用形態也在發生轉變，手機App將往小程序“輕應用”方向演化，更加方便船員安裝使用；另一方面，隨著系統深化應用，信息資源不斷積累，在數據挖掘分析、智能預測調度、安全監測預警、全自動化運行和內部考核管理等工作中都將發揮更大作用。

2）網絡安全、數據安全相關法規密集出臺，國家在網絡空間治理、網絡安全管理方面的要求越來越嚴格。智能運管系統業務融合度高，套閘運行管理工作對其依賴性強，一旦發生網絡攻擊等事件將造成較大社會影響，必須嚴格落實法規要求，從理念、技術、管理層面全面實施網絡安全監測和加固，并注重培養既熟悉系統又懂網絡、懂安全的自主專業技術力量，強化網絡和數據安全管控能力。

3）船閘通行管理涉及多個部門機構，并且會跨越不同機構的轄區，如邵仙套閘上下游都設置有交通船閘，船舶交通安全則主要由交通執法部門實施監管。智能運管系統使用后，多個單位可以及時互通管理信息，共同保障船舶順暢過閘，但由于沒有做到實時聯網，缺少跨部門數據共享加持，“一船多方”的協調機制作用沒有得到充分發揮，圍繞船舶過閘“一件事”的聯動監管、協同服務合力仍待加強。

4）智能運管系統的研究實踐為水利樞紐工程數字化、智能化發展提供了有益探索。江蘇水利船閘數量多，其中有部分仍在延續傳統運行和收費模式，已不能滿足船員快捷過閘需求，船閘單位和有關主管部門可加大信息化建設力度，加快智改數轉網聯，提升行業數字化服務水平。

[參考文獻]

[1] 王煒，過秀成.交通工程學[M].2版.南京：東南大學出版社，2011.

[2] 孔莊，廖鵬，楊春紅，等.船閘運行狀態與通過能力仿真分析[J].水利水運工程學報，2017（1）：73-79.

收稿日期：2024-08-01

作者簡介：邵林（1977—），男，江蘇泰興人，工程碩士，高級工程師，主要從事水利工程的建設和運行管理工作。