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摘 要：以京杭运河徐扬段智能过闸系统的构建为例，介绍了以航道、船闸、船舶、临跨河设施等信息数据的采集和综合应用为核心搭建的京杭运河航道业务运营骨干系统。系统实现了404公里11个航运梯级总计28座船闸的全面感知和船舶智能运调，并对全航段的船闸、船舶实现了全过程、全方位的及时、动态、准确的监控、管理、通行和信息等服务，全面实现了信息化管理，提升了航道通行能力、管理效能以及服务水平。
关键词：船闸智能运调 多级船闸联合调控 船闸综合保障 航运信息采集 电子航道图 综合分析决策 多途径信息发布
概述
京杭运河徐扬段（简称苏北运河），北起徐州蔺家坝，南至扬州六圩口，流经徐州、宿迁、淮安、扬州四市，全长404公里，全程水位落差31米，分为11个航运梯级，建有28座大型船闸。作为国家水运主通道，多年来一直承担了重要物资的运输，是京杭运河通过量最大的航段，对促进长三角地区经济的发展发挥了较大的作用。京杭运河徐扬段航道综合信息化项目借助智能化的手段，通过对多级和单级船闸的智能综合运调、对航道及设施的物联网化数字感知和对综合数据的信息管理以及全方位的便民服务，构建了一个“平时运调监管”、“忙时联合调控”、“紧急情况应急调度”的智能化业务骨干平台系统；形成了一个协调有力、运行高效、信息共享、互联互通的航闸智能运行系统，最终实现了对航道、船闸、船舶的全过程、全方位的及时、动态、准确的监控、管理和服务。
徐扬段智能过闸管理系统从船闸、船舶、航道三个方面对航道业务进行梳理、分析，集船闸、船舶、航道三位一体、涵盖了苏北运河各级航道管理部门、船运企业、所有在航船舶等在内的全方位综合管理、调度、指挥和服务支持的信息化体系。系统在数据层面上实现了与已有的江苏省航道联网收费系统、航道中心数据库系统、航政管理系统、船舶GPS辅助调度等现有系统的融合及交换，消除了目前信息化发展过程中普遍存在的信息孤岛现象。
船闸运调和综合保障管理体系
智能辅助过闸调度子系统，在动态船舶信息数据库、过闸智能监控等系统及计算机快速运算能力的支持下，通过建立待闸船舶过闸行为的数学分析模型，从船舶待闸时间、闸室利用率及船民待闸心理等多重考量因素构成的，涵盖苏北运河各级管理部门以及对所有待闸船舶的海量可选过闸方案中，快速筛选出综合最优化的多闸闸外智能化编组过闸方案，并以图型化呈现。通过指挥调度与服务支持体系实现了船闸调度中心与待闸船舶间的直接调度与沟通。
多级船闸联合调控子系统，在智能辅助过闸子系统及通航能力辅助分析子系统的支持下，根据通航船舶、待闸船舶、航道通航状况、船闸运行状况等，从整个苏北运河的宏观视角，实现了对整个区域内11级28线船闸间的待闸、过闸和航行船舶的可控和有序化调控，实现了区域内船闸间的联合调度，整体提升了全航段多级船闸的通过能力。
在包括RFID、PLC等感知设备构成的物联网技术的支持下，系统建立了包括应急人员管理与调度预案库、船闸设备备件存贮与调度预案库、应急故障抢救预案库在内的应急事件综合应对体系。实现了苏北运河船闸相关运维和综合保障数据的联网汇聚与集中动态展现，实现了对船闸机电故障和突发事件的应急处理、人工远程诊断和辅助故障排除。
1、船闸智能运调及多级船闸联合调控
系统通过融合3G智能船载终端、GPS终端、RFID、AIS等终端识别设备的位置数据，实现了对通过船舶的远程申报、自动登记、智能缴费、智能调度、智能监控、智能过闸、智能确认等一系列过闸流程的自动化管理，降低了一线人员的工作强度，整体提升了船舶的过闸效率。
船舶的远程申报。 在船舶还未到达船闸时，提前将船舶过闸信息通过远程申报的方式报告给船闸所，当船舶到达船闸的虚拟报到线时，系统可以利用远程申报的信息，实现船舶的自动登记。
船舶的智能识别与自动登记。在终端识别设备数据的支持下，系统实现了船舶的自动离岸识别。被识别后的船舶，通过后台系统数据获取船舶的基础信息和船舶的特征尺寸信息，为船舶的自动登记、智能缴费和自动过闸确认提供基础。
船舶智能缴费。系统通过物联网和电子信息手段的综合运用，实现了船舶的智能缴费，既可以采用ETC方式也可以采用电子钱包等方式缴费，体现船舶缴费的差异性服务，方便了船民，提升了船民的满意度。
船舶智能调度。系统根据时间最优、闸室利用率最大化等调度规则，建立了船舶智能调度数学模型及算法，借助同级船闸和多闸室辅助智能编排算法，实现船舶档位的智能编排，自动生成闸次计划及各闸次的档位图。通过智能调度系统，提高了船闸闸室最后空间的利用率，显著增加了单闸次的单船数量和闸室利用率，并根据排挡情况自动发布调度信息。
过闸智能监控。系统在船闸视频监控系统的支持下，利用图像分析技术，实现了对船闸内、待闸区航段的关键设施的警戒保护和监控，对过闸船舶的进、出闸行为进行警戒和预警，并提供视频取证。
智能过闸确认。当船舶顺利过闸后，对于已安装各种终端识别设备的船舶，系统对其实行自动过闸确认，对于未安装终端设备的船舶，则通过人工辅助进行确认。
2、船闸综合保障
系统根据各级船闸的具体情况，建立了船闸调度预案库、应急故障抢救预案和船闸备品备件等应急事件综合应对體系，利用各种传感器、模数转换和计算机采集技术，对模拟信号进行数字化处理，将船闸实时运行的电压、电流、液压启闭机压力、油温、油位、闸阀门运行状态、水位等数据进行监测，辅助技术人员提前发现潜在问题，在故障发生前防患于未然，在故障发生时，缩短抢修时间。
综合支持与指挥调度
1、多业务图层的电子航道图
系统基于GIS技术，根据不同的管理需求分别建立业务管理图层，实现了整个航域的航道、船闸、船舶等数据的图层汇聚和可视化展示。在重点监控区域，建立了高比例尺的船闸GIS地图，并与船舶航行、过闸相关的各类动、静态信息，包括船闸设施、水位、过闸、待闸船舶和船闸开闭等重要信息，分别展现在不同的GIS管理图层中，为航道及船闸的运调提供了支持。 2、八网合一的航运信息采集系统
系统通过建立船舶数据采集网、航道水下断面感知网、航道交通流量监测网、航道通航能力监测网、视频监控网、船闸综合保障物资RFID感知网、船舶过闸安全预警感知网、船闸PLC数据汇聚信息网，对全区域的航道、船闸进行多方位、动静态、全面的信息采集，为全航道的综合分析和指挥调度提供了有力的数据支撑。
3、数据集成与交换
在现有江苏省航道中心数据库和其标准上，结合苏北运河管理所需的数据元素，系统建立了统一的数据标准和基础数据库。通过对数据的抽取、加载、转换、映射，完成从源到目标的数据集成与交换，形成面向航道管理综合应用的业务数据源，为综合分析与决策支持系统、指挥调度与服务以及各业务子系统提供数据层面的支持。
4、综合分析与支持决策
系统以船闸管理决策分析为目的，综合利用各业务子系统的实时或准实时数据进行智能数据分析与挖掘，形成多种类型的分析图表，支持排序、动态切换、图表类型等分析功能业务数据报表，并提供了对报表工具、查询工具、第三方数据分析工具、各类WEB资源、各类数据资源的集成功能，支持对数据模型的展示层设计，并可在电子航道图层中直观的展现，实现了智能化的指挥调度与决策支持。
5、多种类、多途径的航道、船闸信息发布平台
系统可将航道、船闸等航运相关的信息及时、准确的发布到受众对象。
发布的信息类型主要有：船闸调度信息、船舶排档信息、航道水位信息、各类碍航事件信息、通航状况信息等。
信息发布的载体主要有：PC机、网站、指挥中心电视大屏、智能船载终端、LED显示屏、平板电脑、智能手机等。
结束语
管理系统以现代信息和通讯技术为载体，围绕“服务于管理、服务于决策、服务于社会”的建设目标，构建了苏北运河航道业务运营骨干平台。系统在技术上采用了服务总线的架构和综合集成大数据的设计，在服务层和数據层面上实现了综合、集成、共享融合的一体化开放式业务框架，同时支持云环境下的部署，并能够在国产云的环境下，表现出更高的性能和安全特性；在数据层面确立了平台级统一业务数据标准，实现了对所有子系统的数据综合集成统一，同时为外部业务系统数据提供了安全、开放的集成数据环境，为大数据时代航道业务平台提供了最佳数据处理平台；构建了统一、综合、全面的苏北航务管理综合应用集成数据库，实现了对包括3G智能船载终端、GPS终端、RFID、AIS等终端识别设备数据的融合处理和基于国产GIS框架的综合业务应用展现。自系统试运行以来，船闸闸室的平均利用率提升了约16%，船闸的通过能力增加了约20%，减少了船舶的平均待闸时间，增强了船闸的应急保障能力，提升了船舶安全、过闸高效、船民满意的综合服务水平，充分体现了船民、船舶、船闸三位一体的服务理念，体现了快速、便捷、高效的管理效率，实现了对苏北运河的综合立体指挥、协调调度和全方位的信息化管理。
参考文献：
[1]丰玮. DEA模型在船闸运行效率评价中的应用. 现代交通技术〔J〕，2007.3.
[2]王小平，齐欢，肖恒辉等. 基于串联排队网络的三峡-葛洲坝水利枢纽联合调度模型〔J〕.交通运输工程学报，2006.9.
[3]丰玮. 闸室船舶组合优化动态模型.河海大学学报〔J〕，2006.11.
[4]齐欢，孙波，张晓盼，蔡霄. 中国科技论文在线〔D〕. 三峡—葛洲坝联合调度系统的闸室编排降维快速算法.
[5]饶思梁. 内河航道尺度与通航能力关系研究〔D〕， 2011.4.
[6]廖鹏. 繁忙船闸的船舶待闸时间分析与估算〔J〕.东南大学学报，2009.3.
[7]关照旭，廖立涛. 基于JMS和XML的信息交换中消息队列管理模型设计〔J〕.电脑知识与技术，2009.10.
关键词：船闸智能运调 多级船闸联合调控 船闸综合保障 航运信息采集 电子航道图 综合分析决策 多途径信息发布
概述
京杭运河徐扬段（简称苏北运河），北起徐州蔺家坝，南至扬州六圩口，流经徐州、宿迁、淮安、扬州四市，全长404公里，全程水位落差31米，分为11个航运梯级，建有28座大型船闸。作为国家水运主通道，多年来一直承担了重要物资的运输，是京杭运河通过量最大的航段，对促进长三角地区经济的发展发挥了较大的作用。京杭运河徐扬段航道综合信息化项目借助智能化的手段，通过对多级和单级船闸的智能综合运调、对航道及设施的物联网化数字感知和对综合数据的信息管理以及全方位的便民服务，构建了一个“平时运调监管”、“忙时联合调控”、“紧急情况应急调度”的智能化业务骨干平台系统；形成了一个协调有力、运行高效、信息共享、互联互通的航闸智能运行系统，最终实现了对航道、船闸、船舶的全过程、全方位的及时、动态、准确的监控、管理和服务。
徐扬段智能过闸管理系统从船闸、船舶、航道三个方面对航道业务进行梳理、分析，集船闸、船舶、航道三位一体、涵盖了苏北运河各级航道管理部门、船运企业、所有在航船舶等在内的全方位综合管理、调度、指挥和服务支持的信息化体系。系统在数据层面上实现了与已有的江苏省航道联网收费系统、航道中心数据库系统、航政管理系统、船舶GPS辅助调度等现有系统的融合及交换，消除了目前信息化发展过程中普遍存在的信息孤岛现象。
船闸运调和综合保障管理体系
智能辅助过闸调度子系统，在动态船舶信息数据库、过闸智能监控等系统及计算机快速运算能力的支持下，通过建立待闸船舶过闸行为的数学分析模型，从船舶待闸时间、闸室利用率及船民待闸心理等多重考量因素构成的，涵盖苏北运河各级管理部门以及对所有待闸船舶的海量可选过闸方案中，快速筛选出综合最优化的多闸闸外智能化编组过闸方案，并以图型化呈现。通过指挥调度与服务支持体系实现了船闸调度中心与待闸船舶间的直接调度与沟通。
多级船闸联合调控子系统，在智能辅助过闸子系统及通航能力辅助分析子系统的支持下，根据通航船舶、待闸船舶、航道通航状况、船闸运行状况等，从整个苏北运河的宏观视角，实现了对整个区域内11级28线船闸间的待闸、过闸和航行船舶的可控和有序化调控，实现了区域内船闸间的联合调度，整体提升了全航段多级船闸的通过能力。
在包括RFID、PLC等感知设备构成的物联网技术的支持下，系统建立了包括应急人员管理与调度预案库、船闸设备备件存贮与调度预案库、应急故障抢救预案库在内的应急事件综合应对体系。实现了苏北运河船闸相关运维和综合保障数据的联网汇聚与集中动态展现，实现了对船闸机电故障和突发事件的应急处理、人工远程诊断和辅助故障排除。
1、船闸智能运调及多级船闸联合调控
系统通过融合3G智能船载终端、GPS终端、RFID、AIS等终端识别设备的位置数据，实现了对通过船舶的远程申报、自动登记、智能缴费、智能调度、智能监控、智能过闸、智能确认等一系列过闸流程的自动化管理，降低了一线人员的工作强度，整体提升了船舶的过闸效率。
船舶的远程申报。 在船舶还未到达船闸时，提前将船舶过闸信息通过远程申报的方式报告给船闸所，当船舶到达船闸的虚拟报到线时，系统可以利用远程申报的信息，实现船舶的自动登记。
船舶的智能识别与自动登记。在终端识别设备数据的支持下，系统实现了船舶的自动离岸识别。被识别后的船舶，通过后台系统数据获取船舶的基础信息和船舶的特征尺寸信息，为船舶的自动登记、智能缴费和自动过闸确认提供基础。
船舶智能缴费。系统通过物联网和电子信息手段的综合运用，实现了船舶的智能缴费，既可以采用ETC方式也可以采用电子钱包等方式缴费，体现船舶缴费的差异性服务，方便了船民，提升了船民的满意度。
船舶智能调度。系统根据时间最优、闸室利用率最大化等调度规则，建立了船舶智能调度数学模型及算法，借助同级船闸和多闸室辅助智能编排算法，实现船舶档位的智能编排，自动生成闸次计划及各闸次的档位图。通过智能调度系统，提高了船闸闸室最后空间的利用率，显著增加了单闸次的单船数量和闸室利用率，并根据排挡情况自动发布调度信息。
过闸智能监控。系统在船闸视频监控系统的支持下，利用图像分析技术，实现了对船闸内、待闸区航段的关键设施的警戒保护和监控，对过闸船舶的进、出闸行为进行警戒和预警，并提供视频取证。
智能过闸确认。当船舶顺利过闸后，对于已安装各种终端识别设备的船舶，系统对其实行自动过闸确认，对于未安装终端设备的船舶，则通过人工辅助进行确认。
2、船闸综合保障
系统根据各级船闸的具体情况，建立了船闸调度预案库、应急故障抢救预案和船闸备品备件等应急事件综合应对體系，利用各种传感器、模数转换和计算机采集技术，对模拟信号进行数字化处理，将船闸实时运行的电压、电流、液压启闭机压力、油温、油位、闸阀门运行状态、水位等数据进行监测，辅助技术人员提前发现潜在问题，在故障发生前防患于未然，在故障发生时，缩短抢修时间。
综合支持与指挥调度
1、多业务图层的电子航道图
系统基于GIS技术，根据不同的管理需求分别建立业务管理图层，实现了整个航域的航道、船闸、船舶等数据的图层汇聚和可视化展示。在重点监控区域，建立了高比例尺的船闸GIS地图，并与船舶航行、过闸相关的各类动、静态信息，包括船闸设施、水位、过闸、待闸船舶和船闸开闭等重要信息，分别展现在不同的GIS管理图层中，为航道及船闸的运调提供了支持。 2、八网合一的航运信息采集系统
系统通过建立船舶数据采集网、航道水下断面感知网、航道交通流量监测网、航道通航能力监测网、视频监控网、船闸综合保障物资RFID感知网、船舶过闸安全预警感知网、船闸PLC数据汇聚信息网，对全区域的航道、船闸进行多方位、动静态、全面的信息采集，为全航道的综合分析和指挥调度提供了有力的数据支撑。
3、数据集成与交换
在现有江苏省航道中心数据库和其标准上，结合苏北运河管理所需的数据元素，系统建立了统一的数据标准和基础数据库。通过对数据的抽取、加载、转换、映射，完成从源到目标的数据集成与交换，形成面向航道管理综合应用的业务数据源，为综合分析与决策支持系统、指挥调度与服务以及各业务子系统提供数据层面的支持。
4、综合分析与支持决策
系统以船闸管理决策分析为目的，综合利用各业务子系统的实时或准实时数据进行智能数据分析与挖掘，形成多种类型的分析图表，支持排序、动态切换、图表类型等分析功能业务数据报表，并提供了对报表工具、查询工具、第三方数据分析工具、各类WEB资源、各类数据资源的集成功能，支持对数据模型的展示层设计，并可在电子航道图层中直观的展现，实现了智能化的指挥调度与决策支持。
5、多种类、多途径的航道、船闸信息发布平台
系统可将航道、船闸等航运相关的信息及时、准确的发布到受众对象。
发布的信息类型主要有：船闸调度信息、船舶排档信息、航道水位信息、各类碍航事件信息、通航状况信息等。
信息发布的载体主要有：PC机、网站、指挥中心电视大屏、智能船载终端、LED显示屏、平板电脑、智能手机等。
结束语
管理系统以现代信息和通讯技术为载体，围绕“服务于管理、服务于决策、服务于社会”的建设目标，构建了苏北运河航道业务运营骨干平台。系统在技术上采用了服务总线的架构和综合集成大数据的设计，在服务层和数據层面上实现了综合、集成、共享融合的一体化开放式业务框架，同时支持云环境下的部署，并能够在国产云的环境下，表现出更高的性能和安全特性；在数据层面确立了平台级统一业务数据标准，实现了对所有子系统的数据综合集成统一，同时为外部业务系统数据提供了安全、开放的集成数据环境，为大数据时代航道业务平台提供了最佳数据处理平台；构建了统一、综合、全面的苏北航务管理综合应用集成数据库，实现了对包括3G智能船载终端、GPS终端、RFID、AIS等终端识别设备数据的融合处理和基于国产GIS框架的综合业务应用展现。自系统试运行以来，船闸闸室的平均利用率提升了约16%，船闸的通过能力增加了约20%，减少了船舶的平均待闸时间，增强了船闸的应急保障能力，提升了船舶安全、过闸高效、船民满意的综合服务水平，充分体现了船民、船舶、船闸三位一体的服务理念，体现了快速、便捷、高效的管理效率，实现了对苏北运河的综合立体指挥、协调调度和全方位的信息化管理。
参考文献：
[1]丰玮. DEA模型在船闸运行效率评价中的应用. 现代交通技术〔J〕，2007.3.
[2]王小平，齐欢，肖恒辉等. 基于串联排队网络的三峡-葛洲坝水利枢纽联合调度模型〔J〕.交通运输工程学报，2006.9.
[3]丰玮. 闸室船舶组合优化动态模型.河海大学学报〔J〕，2006.11.
[4]齐欢，孙波，张晓盼，蔡霄. 中国科技论文在线〔D〕. 三峡—葛洲坝联合调度系统的闸室编排降维快速算法.
[5]饶思梁. 内河航道尺度与通航能力关系研究〔D〕， 2011.4.
[6]廖鹏. 繁忙船闸的船舶待闸时间分析与估算〔J〕.东南大学学报，2009.3.
[7]关照旭，廖立涛. 基于JMS和XML的信息交换中消息队列管理模型设计〔J〕.电脑知识与技术，2009.10.