三峡船闸运行调度智能化研究
王礼仑 高术 胡航
摘 要：三峡船闸是三峡水利枢纽发挥航运效益的关键因子，其通过能力直接受船闸运行调度的影响。本文结合三峡船闸当前运行调度指挥流程，对三峡船闸运行调度智能化模式进行了初步探讨，为后期建设三峡船闸智能化运行平台提供理论支撑。
关键词：三峡船闸;调度指挥;智能化
中图分类号：U641? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? 文章编号：1006—7973（2019）08-0020-03
1引言
近年来，随着长江航运事业的不断壮大和国家长江经济带建设等国家战略稳步推进，三峡船闸年通过量持续保持在1亿吨以上并逐年高位稳定增长[1]，通航需求与三峡船闸通过能力之间的矛盾日益突出，船舶大量积压已成常态。
目前，解决船闸通过能力不足这一问题的方式主要有两个[2]：一是通过加强船闸运行调度的管理，使用信息化手段代替人工作业流程，此方式成本较低，实施难度小，但对船闸运行效率的提高作用有限。二是扩大船闸建设规模，通过建设复线甚至三四线船闸增加船闸规模来疏解通航压力，此方法可以从根本上解决船闸通过能力不足的问题，但投入较大，船闸建设周期较长。
国内船闸行业关于船闸智能化调度运行方面进行了一些初步的探索与运用[3]，但现行的智能调度更多的放在船闸调度作业工具的信息化与智能化上面，对于船闸调度过程的智能化开发还没有成熟的工程应用案例。因此，开展面对调度过程的智能化研究对于提升船闸运行效率与管理水平有着非常显著的现实意义[4]。
2 三峡船闸现有运行调度系统
2.1当前运行调度模式
三峡船闸运行调度指挥是指：由船闸运行部门根据船闸运行流程在现有的过闸排挡计划下执行对过闸船舶的调度与指挥的过程。目前，三峡船闸采用两线联合运行方式运行，北线船闸运行上行船舶、南线船闸运行下行船舶。从运行环节上划分，船舶通过三峡船闸的调度流程一般包含：靠船墩待闸指挥、导航墙待闸指挥、船舶进闸指挥、运行移泊指挥、船舶出闸指挥。如图1所示。
2.2三峽船闸运行调度特点
三峡船闸运行调度的特点主要体现在以下几个方面：
（1）调度区域小、容量大。三峡船闸调度水域处于船闸上下游靠船墩之间且同时有上行与下行船舶航行，航行船只较多。通常情况下，闸室、导航墙与靠船墩均有船舶运行与待闸，从而导致在船闸较小的调度水域内同时聚集大量船只。
（2）影响因素多。三峡船闸运行调度过程既要考虑外部因素的影响也要考虑船闸运行情况与计划执行情况等内部因素的影响。外部影响因素主要是航道交通管制、水文、气象等，内部影响因素则主要是闸次计划的执行情况、船闸设备运行情况等。
（3）系统隔离。三峡船闸现有通航调度指挥系统无法实现运行绩效量化的主要症结在于通航基础数据单一，在实际的运行过程中，数据散乱，相互隔绝而形成了信息孤岛，不能够全面、系统、深入地反映通航供给与需求平衡关系，不能够实现多系统之间的融合协同，缺乏对通航信息的全面融合和深度应用。
因此，针对三峡船闸智能调度指挥过程信息数据的收集、处理、交换、分析和利用，实现三峡船闸运行调度过程的实时性、多样性、针对性信息服务和智慧化决策，对打破三峡船闸通过能力壁垒、提升通航效率具有重大意义。
3 三峡船闸运行调度智能化
3.1运行调度智能化的概念
船闸运行调度智能化是指对船闸的调度指挥流程进行智能化条件判断，并辅助船闸运行调度人员及时准确执行调度与指挥操作，高效引导船舶过闸。船闸运行调度指挥智能化的主要服务对象是船闸运行调度人员。
3.2智能化在船闸运行调度环节中的体现
3.2.1船舶发航期间
实时监测船舶从锚地的发航状态与船舶位置信息，将信息反馈给调度人员，并对靠船墩区域待闸条件进行判断，监视引航道区域动态，为调度人员的下一步指挥调度提供信息支撑。
3.2.2待闸期间
待闸条件判断：通过对环境、船舶、设备条件的结合，判断船舶是否具备待闸条件。
待闸优化判断：根据船舶船位信息当前拍档计划对比，核实船舶尺寸及吃水，进行智能优化排挡，避免出现靠船墩船舶错船、让船情况，方便船方航行靠泊，减少移泊待闸时间，及时将靠船墩待闸区域空出。方便后续闸次船舶待闸。
反馈待闸情况：通过船舶位置实时检测与导航墙靠泊设施状态检测等方式向运行调度人员反馈当前闸次船舶待闸情况，并通过信息交互向后续船舶及指挥中心反馈当前闸次船舶待闸情况，方便运行人员调度指挥以及后续船舶航行。
3.2.3进闸期间
指挥进闸条件判断：通过对首级闸室设备、环境以及船舶状态的检测自动判断该闸次船舶是否具备进闸条件，当具备进闸条件时及时向指挥调度人员发出提示信息，提示调度人员及时通知船舶进闸。
监控进闸动态：在船舶进闸过程中通过对船舶航行动态，船闸外部环境以及设备设施状态的监视对进闸动态进行监控，确保船舶进闸安全以及现场突发事件不对进闸过程产生不利影响。
监控靠泊位置：通过船舶位置信息检测以及浮式系船柱套缆状态检测以及防撞装置检测、上下游禁停线区域扫测信息对船舶的靠泊位置进行监控，确保船舶靠泊在规定的安全区域内。并将靠泊信息传递到调度指挥系统，指导运行人员把握闸次状态并开展后续闸次的调度指挥。
3.2.4移泊期间
移泊条件判断：通过对当前闸首设备运行情况、闸室环境情况的检测判断当前闸次船舶是否具备向下一闸室移泊的条件，满足条件是向运行调度人员及船舶发出可以移泊的提示信号，若不满足移泊条件时发出提示信息，暂缓船舶向下一闸室移泊。
监控移泊动态：在船舶移泊过程中通过对船舶航行动态，船闸外部环境以及设备设施状态的监视对进闸动态进行监控，确保船舶进闸安全以及现场突发事件不对移泊过程产生不利影响。
监控靠泊位置：通过船舶位置信息检测以及浮式系船柱套缆状态检测以及防撞装置检测、上下游禁停线区域扫测信息对船舶的靠泊位置进行监控，确保船舶靠泊在规定的安全区域内。并将靠泊信息传递到调度指挥系统，指导运行人员把握闸次状态并开展后续闸次的调度指挥。
3.2.5出闸期间
出闸条件判断：通过对当前闸首设备运行情况、闸室环境情况以及引航道航行条件的检测判断当前闸次船舶是否具备出闸航行的条件，满足条件时向运行调度人员及船舶发出可以移泊的提示信号，若不满足移泊条件时发出提示信息，暂缓船舶出闸。
监控出闸动态：在船舶进闸过程中通过对船舶航行动态，闸室外部环境、引航道航行条件以及另一线船闸航道设备设施状态的监视对出闸动态进行监控，确保船舶进闸安全以及现场突发事件不对进闸过程产生不利影响。
3.3智能化调度模式探索
从功能来讲，三峡船闸调度指挥智能化涵盖了从船舶发航到出闸共五个流程节点期间的条件判断、信息反馈、决策辅助与动、静态监视。其系统功能如图2所示。
条件判断：通过各种技术手段对船舶过闸流程中的各个调度环节的调度条件进行判断辅助，主要涵盖了靠船墩待闸条件判断辅助、导航墙待闸条件判断辅助、待闸优化判断辅助、船舶进闸条件判断辅助、船舶船舶移泊条件判断辅助、船舶出闸条件判断辅助。
信息反馈：通过信息交互技术对船舶狀态信息进行反馈。主要涵盖了船舶发航状态反馈、船位信息反馈、靠船墩靠泊状态反馈、导航墙靠泊状态反馈、进闸动态反馈、闸室靠泊状态反馈、船舶出闸信息反馈。
动、静态监视：对船舶过闸各个调度指挥流程的船舶静止状态进行辅助监视。静态监视辅助主要涵盖了船舶靠船墩靠泊状态监视辅助、导航墙待闸状态监视辅助、船闸运行过程中船舶状态监视辅助。
决策辅助：对船舶过闸流程各个调度环节发出调度提示，主要涵盖了靠船墩待闸指挥决策辅助、导航墙待闸指挥决策辅助、待闸优化决策辅助、船舶进闸指挥决策辅助、船舶移泊指挥决策辅助、船舶出闸指挥决策辅助。
3.4智能化运行调度流程设计
智能化运行调度方式是在现有调度模式的基础上增加了调度条件与调度过程的系统自我判断，其目标是结合当前设备运行工况、环境条件等对待闸船舶的运行调度条件进行判断，向运行人员发出明确的调度提示指令，实现运行调度过程的智能化。智能化船闸调度指挥流程如图3所示。
通过实时收集船舶航行信息、船位信息、设备信息、水文气象信息等，并进行数据处理，从而得出最优调度策略，最终向运行调度指挥人员给出最优调度指令建议，辅助调度指挥人员完成船舶调度指挥工作。
3.5智能化调度对船闸运行调度效能的提高作用分析
（1）船闸运行效率及船舶航行安全。船闸的运行过程是在满足各个闭锁条件的前提下才能完成，智能化运行调度可对调度条件与调度过程进行二次检测与复核，避免了人工调度作业的主观影响，从而提升船闸运行效率，保证船舶航行的安全性。
（2）船闸运行调度时效性与连续性。船闸运行调度是一个链式调度过程，多年的运行经验表明，运行调度中间环节的滞后与中断会对前后多个闸次的运行造成巨大影响。智能化运行调度对运行调度的时效性与连续性影响主要体现在对运行人员的提示和对决策行为的辅助。三峡船闸为多级船闸，运行调度人员需同时对多个闸次的船舶运行进行调度指挥，智能化调度的引入可以确保运行人员第一时间进行调度作业，避免了人为因素导致的调度流程滞后，从而保证船闸运行效能的充分发挥。
参考文献：
[1]郭涛.三峡船闸通过能力分析[J].水运工程，2011（12）：112-116.
[2]陈晓关.提高三峡船闸通航能力的研究[D].武汉，武汉理工大学.2006
[3]陈明辉， 盛黎. 苏北运河船闸智能排档调度研究及应用[J]. 中国水运，2016， 16（4）：75-77.
[4]陈国仁，王小峰，李炳源.数字船闸建设相关技术研究[J]. 制造业自动化， 2016， 38（5）：170-172.
