張日民

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇南京 210019）

內(nèi)河航運是現(xiàn)綜合交通體系的重要組成部分，在推進我國交通強國建設(shè)、促進經(jīng)濟社會快速發(fā)展中起到重要作用。以江蘇省為例，內(nèi)河貨運量約占全省綜合貨運量的1/3，貨運周轉(zhuǎn)量占全省綜合貨運周轉(zhuǎn)量的1/2。船閘作為內(nèi)河航道上的關(guān)鍵節(jié)點，不僅承擔(dān)著區(qū)域航道網(wǎng)水位調(diào)節(jié)、防洪防汛、過閘費征稽等航運管理職能，還肩負船舶調(diào)度、船閘控制、船舶過閘安全監(jiān)管等職責(zé)，是保證航道安全、高效運行的重要交通樞紐。隨著內(nèi)河航運業(yè)務(wù)的發(fā)展，內(nèi)河航道的貨運量、交通流量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，船舶大型化趨勢日趨明顯，如何有效識別船舶過閘安全風(fēng)險，保障船舶安全、有序、高效過閘成為當(dāng)前亟須解決的問題[1]。

1 船舶過閘安全監(jiān)管現(xiàn)狀

1.1 船舶過閘基本流程

傳統(tǒng)的船舶過閘流程基本包括靠泊、登記繳費、等待調(diào)度、分配閘次閘號、進入待閘區(qū)、進閘與出閘等環(huán)節(jié)。隨著“水上ETC”等航道收費系統(tǒng)的逐步推廣使用，過閘申請與繳費不再需要船民登岸。

船舶過閘流程涉及安全監(jiān)管的步驟：船民過閘申報→船舶身份核查與復(fù)核丈量→過閘身份確認→調(diào)度排檔，分配閘次閘號→待閘船舶進閘，系好纜繩→船舶船閘[1]。

與船舶過閘相對應(yīng)，船閘運行步驟[2]：下行進閘→落上閥→關(guān)上閘→提下閥→開下閘→下行出閘→上行進閘→落下閥→關(guān)下閘→提上閥→開上閘→上行出閘。

在船閘運行過程中，船舶何時進閘、進閘以后是否系好纜繩、船閘何時提落閥、何時開關(guān)門，均需要確認上一步動作結(jié)束后外界是否存在不安定因素，確保船閘運行安全。

船舶過閘關(guān)鍵流程如圖1所示。

圖1 船舶過閘關(guān)鍵流程

船閘運行步驟如圖2所示。

圖2 船閘運行關(guān)鍵步驟

根據(jù)船舶過閘流程及船閘運行步驟，梳理船閘在運行過程中需要執(zhí)行的安全監(jiān)管內(nèi)容，主要包括船舶超高檢測、吃水超限檢測、閘室出空檢測、船舶進閘超速檢測、系纜安全檢測、超警戒線預(yù)警、閘門區(qū)域船舶檢測、閘門上方行人檢測、門頭對中等[4]。

為了保證船舶過閘安全，在船閘運行過程中需要對船舶過閘安全風(fēng)險進行監(jiān)管。

船舶過閘安全監(jiān)管內(nèi)容如圖3所示。

圖3 船舶過閘安全監(jiān)管內(nèi)容

1.2 船舶過閘安全監(jiān)管現(xiàn)狀

根據(jù)對內(nèi)河航道船閘的實地調(diào)研，目前船舶過閘安全監(jiān)管主要依靠船閘現(xiàn)地機房的工作人員人工監(jiān)管。人工監(jiān)管存在監(jiān)管范圍不全面的弊端，不能全面考慮船舶過閘的不安定因素，監(jiān)管效率較低，直接影響船舶過閘效率[5]。

隨著5G、北斗、人工智能、視頻監(jiān)控、雷達檢測、激光檢測、大數(shù)據(jù)分析等新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，將新技術(shù)與船舶過閘安全監(jiān)管有機結(jié)合，解決當(dāng)前人工監(jiān)管存在的不足，支撐船舶快速、安全、高效過閘，是船舶過閘安全監(jiān)管的重要發(fā)展趨勢。

本文重點圍繞船舶過閘業(yè)務(wù)流程及船閘步驟，結(jié)合當(dāng)前新技術(shù)的應(yīng)用，以船舶過閘安全監(jiān)管平臺建設(shè)為依托，分別提出船舶申報階段、待閘階段、過閘階段需要關(guān)注的安全風(fēng)險點，形成閉環(huán)處置，支撐船舶過閘智能安全監(jiān)管。

船舶過閘業(yè)務(wù)流程智能安全監(jiān)管如圖4所示。

圖4 船舶過閘關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程智能安全監(jiān)管

2 船舶過閘智能安全監(jiān)管平臺

船舶過閘智能安全監(jiān)管平臺主要利用計算機數(shù)據(jù)處理和計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，對子系統(tǒng)產(chǎn)生的預(yù)警信息進行采集，集中反映到預(yù)警界面，使船閘管理人員能夠及時、準確了解整個調(diào)度、控制系統(tǒng)安全預(yù)警信息，便于處理[6]。

船舶過閘業(yè)務(wù)智能安全監(jiān)管平臺如圖5所示。

圖5 船舶過閘關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程智能安全監(jiān)管平臺

船舶過閘智能安全監(jiān)管平臺根據(jù)船舶在航道上的位置，對過閘安全監(jiān)管的內(nèi)容進行了分類。

（1）船舶在遠調(diào)站時，需要對船舶超高、吃水超限進行檢測。

（2）船舶在引航道時，需要對船舶身份進行核查。

（3）船舶在閘室時，需要對船舶超速、閘門上方行人、系纜安全、閘室出空、超警戒線、閘門區(qū)域船舶進行檢測。

3 船舶過閘智能安全監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 智能安全監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)研究

（1）船舶吃水超限檢測技術(shù)。

當(dāng)前船舶吃水超限檢測普遍使用人工復(fù)核丈量的方式，效率不高，繁忙時段實施難度大[7]。為了在保證檢測準確率與效率的同時控制建設(shè)成本，本文采用高清照片抓拍初檢與水底聲吶復(fù)核的方式組建吃水超限檢測系統(tǒng)。在船閘下游遠調(diào)站增設(shè)一套船舶抓拍系統(tǒng)，抓拍進閘船舶高清照片，根據(jù)船舶身份信息從船舶數(shù)據(jù)庫里獲取型深數(shù)據(jù)。

借助深度學(xué)習(xí)技術(shù)，利用邊緣檢測技術(shù)定位船水分界線和干舷甲板邊緣，計算得到干舷距離水面高度。采用船舶型深減去該高度，得到船舶吃水深度。

（2）船舶超高檢測技術(shù)。

實踐表明，過閘船舶超高將對船閘上跨橋梁產(chǎn)生碰撞風(fēng)險，影響船舶過閘安全，對船閘結(jié)構(gòu)物造成損失。目前，上跨橋梁的設(shè)計安全通航凈空為7 m，但隨著船舶大型化，尤其是空載船舶，其高度可能會超過7 m，需要對過閘船舶超高進行檢測。本文借助激光差超高檢測技術(shù)，在航道兩岸安裝激光對照設(shè)備，船舶超高時會阻斷激光信號，設(shè)備報警。

船舶超高檢測技術(shù)原理如圖6所示。

圖6 船舶超高檢測技術(shù)原理

（3）船舶身份核查技術(shù)。

目前，船舶身份識別的技術(shù)手段主要有AIS、RFID和視頻圖像等。本文借助高清視頻抓拍技術(shù)，即在船閘上下游閘首安裝高清視頻抓拍設(shè)備，抓拍船舶船名船號、船舶特征，結(jié)合圖像分析技術(shù)，識別船舶身份，并與船舶數(shù)據(jù)庫及AIS系統(tǒng)中的船舶信息進行比對，確保實際過閘船舶與調(diào)度船舶一致。

船舶身份核查系統(tǒng)流程如圖7所示。

圖7 船舶身份核查系統(tǒng)流程

（4）閘室雷達識別技術(shù)。

傳統(tǒng)的船舶測速方法主要有測速區(qū)測速法、雷達距離測速法、正橫距離測速法與GPS定位測速法，雷達測速以其布設(shè)靈活、反饋靈敏等特性，在交通測速場景中應(yīng)用廣泛[8]。本文結(jié)合船舶過閘安全監(jiān)管需求，在閘首及閘室中間位置布設(shè)雷達，一方面對閘室出空及船舶進閘時的速度進行檢測，另一方面對開關(guān)閘門的過程中閘門區(qū)域是否有船舶闖閘、船舶是否超過警戒線進行檢測。

閘室識別原理如圖8所示。

圖8 閘室識別架構(gòu)

（5）閘室視頻檢測技術(shù)。

船舶進入閘室后，為避免船舶隨船閘漲泄水的影響，要求船舶必須系好纜繩。在開關(guān)閘門的過程中，要求閘門上方不得有行人停留。借助高清視頻檢測技術(shù)，在閘室機房樓頂部布設(shè)高清視頻監(jiān)控設(shè)備，借助視頻智能分析與圖像識別技術(shù)，對船舶進閘后是否系好纜繩、開關(guān)閘門時閘門上方是否有行人進行檢測，將檢測結(jié)果匯至安全監(jiān)管平臺。

3.2 安全預(yù)警信息的匯聚與處置

安全預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警信息傳輸與匯聚如圖9所示。

圖9 安全預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警信息傳輸與匯聚

安全預(yù)警系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集模塊從各監(jiān)管子系統(tǒng)中采集安全預(yù)警、性能越限預(yù)警和網(wǎng)絡(luò)預(yù)警等信息，通過分析處理后，以合適的方式呈現(xiàn)給船閘管控工作人員，實現(xiàn)對各通信系統(tǒng)預(yù)警信息的管理[9]。主要包括預(yù)警采集、預(yù)警處理、預(yù)警呈現(xiàn)、預(yù)警操作和查詢等功能。此外通過設(shè)備管理功能，工作人員還可以對外場監(jiān)測設(shè)備工作狀態(tài)實時監(jiān)控，對系統(tǒng)故障迅速定位。

3.3 智能安全監(jiān)管平臺實踐應(yīng)用

為了驗證方案，將船舶過閘關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程智能安全監(jiān)管平臺在多座船閘進行了測試與論證，檢測結(jié)果如表1所示。

表1 船舶過閘智能安全監(jiān)管平臺實踐應(yīng)用分析結(jié)果

通過外場感知與軟件系統(tǒng)的應(yīng)用，船舶過閘智能安全監(jiān)管平臺能夠有效檢測船舶過閘的安全風(fēng)險，將檢測結(jié)果匯至平臺，由平臺與船閘調(diào)度系統(tǒng)與控制系統(tǒng)對接，提升船舶過閘安全監(jiān)管水平，保障船舶快速、安全、高效過閘。

4 結(jié)語

本文借助視頻監(jiān)控、雷達、激光、AIS等多種技術(shù)手段的融合應(yīng)用，構(gòu)建船舶過閘智能安全監(jiān)管平臺，通過外場感知設(shè)施對船舶過閘的關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程的不安全行為進行檢測，將檢測結(jié)果匯至智能安全監(jiān)管平臺，與船閘調(diào)度系統(tǒng)、控制系統(tǒng)進行對接，實現(xiàn)船舶過閘安全監(jiān)管的閉環(huán)處置，切實提升船舶過閘安全監(jiān)管的全面性與有效性。為了驗證船舶智能安全監(jiān)管平臺的應(yīng)用效果，對平臺進行了現(xiàn)場測試。不同的船閘由于環(huán)境、船舶流程、船閘控制方式、船閘結(jié)構(gòu)物等各不相同，后期應(yīng)根據(jù)船閘的特征進一步完善船閘過閘智能安全監(jiān)管平臺，選取合理的建設(shè)內(nèi)容與軟硬件參數(shù)，提升船舶過閘安全監(jiān)管智能化水平。