船闸现代化提升方案研究

杨苗苗

（华设设计集团股份有限公司,江苏 南京 210014）

0 概述

随着交通基础设施的不断完善，国家对交通发展提出明确的现代化高质量要求，如国家《交通强国建设纲要》提出构建安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通体系，国家《国家综合立体交通网规划纲要》提出构建便捷顺畅、经济高效、绿色集约、智能先进、安全可靠的现代化高质量国家综合立体交通网。船闸是内河水路运输的重要节点，如何应用5G、物联网、大数据等新一代信息技术建设现代化船闸，提升航运效益、安全绿色水平、服务水平，是亟待解决的难题。

1 船闸现状

1.1 船闸基础设施情况

江苏省某市船闸连通通扬运河与长江，是地区水运物资进出长江的重要咽喉。船闸为双线船闸，船闸等级为Ⅲ级，设计最大船舶等级为1 000吨级。

1.2 信息基础设施情况

船闸现有信息基础设施包括电气控制系统、船闸网络、视频监控等。其中，电气控制采用PCL控制系统在上下游闸首两侧对船闸进行现地控制；在船闸网络建设方面，船闸运行中心与上级管理部门采用双链路内网专线连接，租用运营商有移动和电信，带宽50M；船闸视频监控能够实现对船闸闸室、引航道、远调站等重要位置的监控。

1.3 船闸运行管理情况

船闸的运行管理主要依靠船闸PLC控制系统、e通航智能运调系统、便捷过闸系统和省联网收费系统。工作人员通过e通航智能运调系统实现船舶信息管理、船舶调度管理等船闸调度相关工作，船民通过便捷过闸系统App申报过闸并在手机端实现过闸缴费。

2 现代化船闸内涵

2.1 现代化船闸内涵

现代化船闸是集先进的船闸基础设施、顺畅高效的通航水平、智慧现代的管理手段、绿色生态的船闸环境、安全便捷的船舶运营、人文关怀的航运服务为一体的全方位全要素的绿色船闸、安全船闸、智慧船闸和人文船闸。

2.2 现代化船闸特征

现代化船闸的应当具备设施先进、通航高效、管理智慧、运营平安、生态绿色、服务人文六大特征[1]。

2.2.1 设施先进

现代化船闸首先应当具备先进的船闸基础设施，信息化、智能化技术在船闸充分利用，船闸通过能力充分适应内河航运运输需求。

2.2.2 通航高效

现代化船闸应当具备智能高效的运行调度机制，充分利用5G、物联网、大数据等新一代信息技术，提高船闸运行效率，加强与航道网络中其余船闸的联合联动，将船舶待闸时间、船舶过闸时间控制在规定时间以内，实现船闸整体运转畅达高效。

2.2.3 管理智慧

现代化船闸应当具备智慧便捷的管理，结合现代化智慧手段，推进船舶稽查由传统人工监管向现代化智慧监管转变，推进船闸综合服务分析由传统人工核查向信息化自动分析转变，提高船闸管理效率，降低人工劳力。

2.2.4 运营平安

现代化船闸应当具备完善的安全生产标准化体系，建立完善的安全运营规范，确保过闸船舶安全航行。建立完善的船闸应急反应机制，应对突发事件的响应快速，应急物资保障充足。加强对过闸船舶的动态监管，强化对过闸危险品船舶的安全监管、应急处置能力建设，船闸安全事故发生率降至最低，安全形势持续稳定。

2.2.5 生态绿色

现代化船闸应当坚持生态优先、绿色发展的理念，积极推动船闸建设运营碳达峰，促进全面绿色低碳转型。在船闸设施建设中积极采用生态环保、节能清洁的新材料、新能源，在船闸日常运营中积极采用太阳能等新能源，改善能源结构消耗。建立船闸水运污染事故应急响应机制，配备污染应急处理设备，提高快速反应和处置能力。建设船舶生活垃圾、生活污水、油污水的岸上接收处理设施。闸区可绿化范围生态绿色水平大幅提升。

2.2.6 服务人文

现代化船闸应当注重以人为本的优质服务。充分利用信息化手段，为船民提供精准、贴心的配套服务，探索主动、利民、便民服务模式，在船闸运行与调度、过闸费征收、安全管理、公共信息服务等领域探索深化服务内容、完善服务手段、改进服务设施、健全服务制度、创新服务模式，提高服务质量和效率。

2.3 现代化船闸指标体系

在现代化船闸内涵与特征理解的基础上，该次围绕“设施先进、通航高效、管理智慧、运营平安、生态绿色、服务人文”六个状态层考虑了现代化船闸指标，具体指标见表1。

表1 现代化船闸指标体系

3 九圩港船闸现代化提升方案

3.1 建设目标

以建设“设施先进、通航高效、管理智慧、生态绿色、运营平安、服务人文”的现代化船闸为目标，创新船闸体制、机制及运营模式，重点围绕船闸运行调度、集控管理等业务主线，构建一个多业务系统融合、可持续升级的“现代化船闸应用体系”，实现船闸过闸调度全自动、船舶过闸互动式服务的船闸运营管理新模式，整体提升船闸的运行维护管理能力和运输服务水平[2]。

3.2 提升方案

该提升方案搭建完善、高效的数据与交通基础设施网络，构建现代化船闸“一张网、一张图、一朵云、一平台+N应用”的总体框架，即1张全要素感知网络（现代化船闸全要素感知网络）、1张图（电子航道图+船闸三维模型）、1朵数据云（船闸数据中心）、一平台+N应用（一个平台及多个应用系统组成的应用集群）。

3.2.1 构建绿色船闸环境和文化体系

根据船闸的基础现状，通过绿色环境工程和文化提升工程，为现代化船闸建设提供可持续发展的、基础环境与信息化环境良好并存的“绿色”运行环境。绿色环境提升工程建设内容包括完善闸区功能布局，并按功能分区，有针对性地选取适宜树种进行绿化种植，提高闸区绿化覆盖率和绿化景观效果，实现闸区绿化面积宜达到闸区可绿化面积的100%；在船闸上下游远调站建设垃圾回收和污水接收处理装置的设备，完善船闸污染物接收设施。文化提升工程建设内容包括建设船闸现代科技展示厅，向大众展示当前船闸建设及管理的先进技术；在船闸管理区建设文化景墙，做好船闸对外文化形象展示；提升船闸管理区内既有建筑，完善绿化景观，新增文化小品。

3.2.2 构建全方位要素感知体系“一张网”

船闸全要素感知是实现现代化船闸的数据基础。通过全面覆盖的网络链路，高可靠、低延时的5G技术、高精度的传感技术，形成一张船闸全方位的感知网络，实现对船闸、通航船舶、助航设施、生态环境等各类通航环境要素的数字化采集，让设备具备多维监测、智能网联、精准管控、协同服务能力。

3.2.3 构建虚拟与现实可视化体系“一张图”

以电子航道图底图为基准，利用数字孪生技术、三维感知叠加船闸三维数据，结合航闸管理业务，建立多业务图层，为领导决策提供可视化数据支持。一张图主要业务图层包括基础航道图层、视频监控设备图层、船舶AIS图层、水文气象图层、标识标牌图层、船舶航行轨迹图层、码头泊位图层等。

3.2.4 构建全口径数据融合体系“一朵云”

以船闸全口径数据作为支撑，建设船闸数据中心，打造现代化船闸的智慧“大脑”，作为全要素数据深度挖掘和协同应用的中枢，为现代化船闸的安全、高效运行提供驱动力。数据中心数据内容主要包括地理信息数据、基础数据、业务数据、交换共享数据以及主题数据等。

3.2.5 构建现代化船闸运行调度体系“1平台+N应用”

建设现代化船闸运行管理平台，包括基于智能排挡的统一调度系统、船闸远程集中控制系统、船闸联动控制系统、船闸运维养护系统、船闸安全运行系统、公共信息服务系统以及运行分析与决策系统等。其中，统一调度系统根据闸室水位，对待闸船舶自动排挡，并向船民发送闸次信息，档位信息；远程集控系统在运调中心通过组态软件与各船闸的PLC通信，实时采集现场设备数据，同时下发控制命令，实现多个船闸在运调中心层的集中控制；船闸联动控制系统将控制系统、调度系统、视频监控系统、越线检测系统、水文监测系统、灯光引导系统等数据进行对接，协同各系统运行，实现船闸控制流程全自动化；闸室安全运行系统包括闸室越线检测和过闸安全确认，保证船闸闸门开关时，闸门和闸台附近不存在船舶，保障船闸闸门开关安全；运行分析与决策系统通过大数据深度研判分析，按照不同的分析主体对当前运行数据以及历史运行数据进行分类统计，分析数据走势，挖掘信息价值，形成对船闸运行态势的数据表达和可视化展现，提高调度指挥决策能力。

图1 现代化船闸提升方案

4 结语

该文通过解读国家对交通现代化的发展要求，首次提出了现代化船闸的内涵与特征。在此基础上，结合“云大移物智”等新一代信息技术，提出现代化船闸提升的技术路线和方案，通过对船闸控制系统现地操作值守模式的升级改造，实现船闸闸/阀门人工手动操作向系统自动操作转变；融合调度系统、控制系统、视频监控系统、广播系统、灯光引导系统等多系统的数据要素，建设覆盖船闸运行全流程的智慧、互通、一体化的智慧船闸，实现船闸控制流程全自动化。方案实现了船闸由传统业态向现代化业态的转变，对船闸新型基础设施建设具有重要借鉴意义。