高杰 陳璐 孫俊峰 史丹

摘 要：本文以船閘在套閘運行時對應于“上閘門至下閘門”這一最小運行空間區(qū)段為例，探討船閘人工微干預自動化運行控制技術。

關鍵詞：船閘;自動化;運行

中圖分類號：U662.9? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）09-0077-03

1前言

江蘇省內(nèi)河航道網(wǎng)絡密布，航道總里長約2.4萬公里，其中規(guī)劃三級以上的高等級航道里程約2363公里，內(nèi)河貨運量占全省綜合貨運量的三分之一，貨運周轉(zhuǎn)量占全省綜合貨運周轉(zhuǎn)量的一半，是名符其實的水運大省。水路運輸具有成本低、運量大的優(yōu)勢，但與其它運輸形式相比，信息化進展相對滯后，在一定程度上制約了水運事業(yè)的快速發(fā)展。“智慧船閘”作為江蘇水運信息化建設的重要目標，近年來開展了廣泛的技術研究和試點應用工作。

本文以船閘在套閘運行時對應于“上閘門至下閘門”這一最小運行空間區(qū)段為例，就“智慧船閘”領域中“人工微干預自動化運行控制技術”進行探討。

2人工微干預自動化船閘運行控制工藝流程

目前，江蘇交通船閘主要采取現(xiàn)地分散運行和遠程集中控制運行兩種運行控制模式，而人工微干預自動化船閘還應具備第三種運行模式——無人工參與的“自動運行”模式，并能讓上述三種模式在一定條件下相互轉(zhuǎn)換。

對應于“上閘門至下閘門”這一最小運行空間區(qū)段為例，船閘“自動運行”的標準流程為：①自動關閉上游閘門→②自動打開下游閥門→③自動打開下游閘門→④自動關閉下游閥門→⑤自動打開下游進閘綠燈（上行進閘紅燈轉(zhuǎn)綠燈）→⑥自動關閉下游閘門→⑦自動打開上游閥門→⑧自動打開上游閘門→⑨自動關閉上游閥門→⑩自動打開上游進閘綠燈（下行進閘紅燈轉(zhuǎn)綠燈）。

3人工微干預自動化船閘運行安全風險評估

3.1人工微干預自動化船閘運行安全風險點

對應于“上閘門至下閘門”這一最小運行空間區(qū)段為例，與開或關閘門、開或關閥門、進閘紅綠燈控制這幾項控制動作高度相關的安全風險點如表1所示。

此外，船舶超高超速或超載進出閘、雨霧冰雪等較差氣象條件、船閘機電設備運行故障等也是不可忽視的安全風險點，在船閘自動化運行整體方案設計時應一并考慮。

3.2人工微干預自動化船閘運行安全風險評估

風險評價指數(shù)矩陣法（RAC法）是船閘安全運行風險定性評估的常用方法，它將決定船閘運行安全風險的兩種因素—危險的嚴重性（S：人員傷亡、經(jīng)濟損失、設施損壞、通航影響、環(huán)境污染、社會影響）和危險的可能性（P：較高、一般、較低）形成一個風險評價矩陣，賦予一定的加權(quán)值來定性的衡量風險的大小。風險源點的風險值（Ri）等于后果分值（Cs）與發(fā)生可能性分值（Pr）的乘積，即：

Ri=Cs× Pr

式中：Ri為風險值;

Cs為后果分值;

Pr為可能性分值。

4人工微干預自動化船閘運行技術條件

增設外場感知設備、提升運行現(xiàn)場運行風險的感知能力，是實現(xiàn)船閘自動化運行的必備手段。在綜合評估船閘自動化運行安全風險的前提下，基于外場感知增強方案的人工微干預自動化運行中各動作發(fā)生的必要條件如下：

4.1自動“關閉上游閘門”條件

關閉上游閘門互鎖條件判定+下行船舶進閘數(shù)量信號采集比對+上閘首人員安全偵測+上閘首船舶安全偵測+閘門關閉過程中無危險物體/船舶接近+下行船舶進閘身份信號采集比對。

（1）上述條件為自動“關閉上游閘門”的必要條件，參與PLC運行控制;

（2）船舶進閘數(shù)量信號由外場感知設備采集，與智能調(diào)度信息系統(tǒng)相關調(diào)度信息比對后，輸出結(jié)果參與PLC程序運行控制;

（3）閘門關閉過程中無危險物體/船舶接近信號采集，由外場感知設備（視頻或激光測距儀）檢測。檢測到物體或船舶危險接近，PLC控制閘門停止運行，人工確認危險消除后，閘門繼續(xù)運行;

（4）船舶進閘身份信號由外場感知設備采集，與智能調(diào)度信息系統(tǒng)相關調(diào)度信息比對結(jié)果用于船舶身份驗證、稽查報警等，因不匹配現(xiàn)象僅為偶發(fā)，所以船舶進閘身份識別目前不參與運行控制;

（5）船舶進閘數(shù)量信號外場感知設備與智能調(diào)度網(wǎng)在同一網(wǎng)絡，比對結(jié)果輸出參與PLC程序運行控制;

（6）上閘首人員安全偵測與上閘首船舶安全偵測外場感知設備與控制網(wǎng)在同一規(guī)劃網(wǎng)絡，監(jiān)測結(jié)果參與PLC控制運行。

4.2自動“打開下游閥門”條件

自動打開下游閥門互鎖條件判定+上閘門關閉時錯位信號采集+下行進閘船舶越限檢測+下閘首船舶安全偵測+閘室船舶系纜偵測+浮式船柱卡阻檢測;

（1）上述為自動“打開下游閥門”必要條件，參與PLC運行控制;

（2）感知設備與PLC設備同網(wǎng)絡，檢測結(jié)果參與PLC運行控制;

（3）下行進閘船舶越限檢測+下閘首船舶安全偵測均始于上閘門關閉到位。若檢測結(jié)果異常，立即發(fā)出聲、光、語音報警，閥門停止運行;

（4）閘室船舶系纜偵測重點對首檔船系纜情況進行偵測，結(jié)果作聲光語音報警通知，能確保偵測準確的前提下也可參與PLC自動“打開下游閥門”控制;

（5）閘門關閉錯位信號采集包括接近開關信號和視頻監(jiān)測信號（人字門）。檢測發(fā)現(xiàn)異常則不能泄水，并立即將錯位報警信號及錯位視頻切入監(jiān)控平臺;

（6）提閥過程中，檢測到浮式系船柱卡阻（激光測距儀連續(xù)檢測無變化且與其它全部浮式系船柱水平位置距離偏差呈正相關），則觸發(fā)語音播報，同時強落閥門;

4.3自動“打開下游閘門”條件

自動開下閘門互鎖條件判定+閘室內(nèi)外水平信號采集+下閘首船舶安全偵測+下閘首人員安全偵測+閘室內(nèi)外水位差信號采集;

（1）上述為自動“打開下游閘門”必要條件，參與PLC運行控制;

（2）感知設備與PLC設備同網(wǎng)絡，檢測結(jié)果參與PLC運行控制;

（3）人字形閘門本身安裝有門頭開關，因此閘室內(nèi)外水位差信號檢測對人字形閘門為非必要條件，對橫拉門和三角門為必要條件;

4.4自動“關閉下游閥門”條件

自動“關閉下游閥門”互鎖條件判定。

（1）上述為自動“關閉下游閥門”必要條件，參與PLC運行控制;

4.5自動“打開進閘綠燈”條件

閘門開到位+閘室內(nèi)調(diào)度船舶出清+同向調(diào)度指令發(fā)出。

（1）上述為自動“打開進閘綠燈”必要條件，參與PLC運行控制;

（2）調(diào)度系統(tǒng)上行調(diào)度指令的發(fā)出是“打開進閘綠燈”的觸發(fā)條件，這里控制系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)需要進行數(shù)據(jù)交換;

4.6其它技術條件

⑥自動關閉下游閘門→⑦自動打開上游閥門→⑧自動打開上游閘門→⑨自動關閉上游閥門→⑩自動打開上游進閘綠燈（下行進閘紅燈轉(zhuǎn)綠燈）的技術條件依此類推。

5其它要求

（1）航閘全息智能感知網(wǎng)建設是智慧船閘不可或缺的環(huán)節(jié)，是船閘自動化運行的安全保障;

（2）船閘自動化運行涉及控制系統(tǒng)與智能調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換和業(yè)務協(xié)同，技術路徑應充分考慮網(wǎng)際邊界安全問題;

（3）功能設計與感知網(wǎng)布設應充分考慮費效比和運行效率，力求安全第一、效率優(yōu)先、功能完善三者平衡;

（4）基于船閘自動化運行監(jiān)測、業(yè)務協(xié)同、遠程控制等運行要求，模擬量數(shù)據(jù)及監(jiān)測終端幾何級增加，需對船閘控制系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)進行頂層設計;

（5）人工微干預自動化船閘運行過程中應為現(xiàn)場巡檢人員提供緊急狀態(tài)下的應急處置手段（如暫停、急停、強落及故障告警等）;

（6）感知終端設備提供錯誤動作信號及閘閥門啟閉機、電氣等關鍵設備帶故障運行同樣是不可忽視的船閘安全運行風險。

6 結(jié)語

船舶過閘是一個復雜的過程，影響安全的因素較多，人工微干預自動化船閘需要在全面評估船閘安全運行風險的前提下，通過構(gòu)建自動化船閘運行控制標準化流程，完善預防預控體系，強化運行環(huán)境及設備動態(tài)感知能力，在航、閘、船、水一體化協(xié)同運行指揮體系下實現(xiàn)人工微干預船閘“自動化運行”，在充分保障船閘安全運行的前提下，提升船閘的運行效率。