潮汐性船闸节能调度智能系统研究

计划和调度实施方案应根据船闸所在地的潮汐表和涨落潮规律确定，并参考当日风向、风力对潮汐的影响。通闸开启时，船闸上下游水位差宜掌握在0.3m内，并且不得超过闸门设计允许承受的动水启闭能力；等待闸室内水流平稳后，且流速小于1.6m后方可调度船舶过闸。

1.1潮汐预测模型的建立

根据对灌河已知的水文历史数据资料分析，我们认为调和分析和预报模型比较适合对灌河的潮汐状况的预测。调和分析的实质是根据某一点实际潮位过程，推求该点各个分潮调和常数和g的过程，其目的是根据潮汐观测资料计算各个分潮的调和常数。

潮汐预报可以看作是潮汐调和分析的逆过程，是指根据已知某一地区潮汐调和常数预报未来任意时刻的潮汐。可以采用以下公式推算任意时刻的潮高：

1.2预测数据校正

由于盐灌船闸下游的武障河节制闸的排洪泄水，水闸的放水冲淤以及当日的风力、风向等因素会对潮汐产生一定的影响，闸下测点预报结果受上游径流、水利闸开闸放水以及口外风暴潮的影响。为此，我们从灌河人海口的燕尾港以及武障河与义泽河交汇处的东三岔附近，距离船闸约12公里处的张湾大桥分别设立了两级水文监测点。从入海口逐级、逐时的依据预测模型及各级站点实时数据，层层预报、层层校正，实现对通闸时间的精度逼近式预报。

燕尾港作为第一级水文监测点，可以实时地监测到当天的起潮、潮长、潮量的关键数据，为预测模型提供基于物联网技术支持的第一手实时数据。在预测模型的支持下，提前为盐灌船闸提供当天的通闸可能性初级预报。

张湾大桥作为第二级水文监测点，再次对当天的潮水进行实时监测，准确度量潮高、潮长、潮量、风速和风向等关键数据，同时，也考虑武障河节制闸的泄洪放水，在预测模型的支持下，再次对前级预报进行校正并重新做出更加精确的二级预报，实时度量和掌控潮水实况，实施开闸、过船、闭闸等通闸操作。

1.3模型的验证

为检测上述模型的正确性，我们分别对已知的历史和2015年7月～10月的潮汐情况进行了验证，其结果如下：

2闸船间信息交互方式

闸船间的信息交互是通过安装在船民手机端的APP系统，将过闸船舶的信息与船闸调度系统进行信息交互，实现船舶过闸的远程电子申报、过闸缴费、过闸档位图查看等服务，并可通过手机直接查看航道水深、航段天气、通航公告等信息，实现闸船间的信息互通。

2.1电子申报

当过闸船舶行驶至待闸区后，船主通过手机APP提交过闸申请。申报内容包括船名船号、起讫点、单船，船队、实际吨位、实际吃水、拟过闸货种种类、是否危险品等。

2.2报审核

船主提交过闸申请后，船闸调度系统将自动审核申报内容和智能识别结果的相关信息，完成船舶的过闸登记，并将船舶加入到待闸队列中并自动进行过闸费的计算。

2.3电子缴费

审核通过后，系统自动向手机发出船舶过闸登记号、过闸费金额，船主用手机缴纳过闸费。缴费后系统将自动推送船舶过闸档位图给船民手机。

2.4调度过闸

船民在接到档位图后，将船舶停靠在指定区域，等待过闸调度通知。

2.5信息交互和服务

通过本系统，船民可以得到以下服务：

待闸情况：包括等待过闸的船舶数、船舶顺位、队列号、预计过闸时间等信息，实时掌握过闸进度；

过闸档位图：系统会自动推送船舶的过闸档位图，显示过闸的闸室、排挡、上下行和预计过闸时间；

航道水深查看：全面详细了解航段的水深情况，准确判断航行条件，确保航行安全；

短消息：查询航道新闻、航道天气、碍航通告等信息；

通话：船民可查询到船闸的电话号码，并可以直接拨打该号码；

3通闸调度指挥模式

通闸调度指挥模式主要与船闸调度模式的选择、通闸船舶预检及船舶的排档调度相关。

3.1通闸调度模式的选择

当潮汐预测模型预测到未来的某一时间段，满足开放通闸的条件并具有一定的持续时间，系统将通知船闸管理人员做好套闸和通闸的切换准备工作。

3.2通闸船舶的预检

通闸的开放并非适合所有船舶的通行，需要根据预测的潮位和下游航道的通航能力，确定当日开放通闸的船舶最大吃水，对于超出该吃水尺度的船舶不予放行；同时应考虑在通闸开放的不同时段放行不同吃水的船舶。

3.3根据通航水位进行船舶排档调度

根据系统给出的各种吃水深度船舶通航的时间点，并根据水位变化的预测对空重载船舶的调度次序进行过闸船舶的排档。

由于涉及多项判定阈值的设定，当最终确定通闸开启和关闭的时间后，启闭闸阀门的最终操作仍须由人工进行，以保障通闸的安全性。

4潮汐性船闸节能调度智能系统

智能调度系统由申报、识别、登记、缴费、调度、监控、过闸确认等功能模块组成，通过安装在船民手机端APP与船闸进行信息沟通，实现过闸的调度。

4.1智能申报

船舶到达船闸附近时，可以通过多种方式（如电话、移动APP等）实现远程过闸电子申报。申报内容主要包括空重载、货种、载重吨位等。通过远程电子申报，实现船民免停靠。对于未安装手机APP的部分船民，系统依然保留上岸人工申报的功能。

4.2智能识别

智能识别是对船舶唯一标识进行的离岸远程身份自动识别。能够被系统识别的终端包括：各类智能终端（含安装了APP的手机）、AIS、VITS、GPS、RFID等。系统也支持通过视频主动识别和保留传统的人工方式的识别。系统还可以通过激光传感器对待闸船舶进行扫描，获取船舶有关特征数值并将测量数据与系统中的船舶登记数据进行比对匹配，实现对过闸船舶的精确测量，达到船舶相关数据的统计和复核。

4.3智能登记

船舶到达指定报到区域后，系统根据船舶远程申报和智能识别结果的相关信息，自动完成船舶的过闸登记，同时，也可以由船闸登记人员人工进行船舶的登记。

4.4智能缴费

系统根据船舶的类型，吨位等信息进行闸费的自动计算，通过电子缴费（手机APP，网银）等多种形式，实现过闸费的自动扣缴。系统仍支持传统人工缴费。缴费后系统自动将船舶纳入待调度队列。

4.5智能调度

根据对船舶的预检情况和预测的潮位以及下游航道的通航能力，确定本次开放通闸船舶的最大吃水深度，对于超出吃水尺度的船舶不予放行。同时，根据水位变化的预测对空重载船舶进行排档。排档方案确认后，通过手机APP等多种发布途径推送给船民。

4.6智能监控

船舶过闸智能监控用于解决船舶过闸时的安全问题。可采用摄像机、红外或激光传感等技术对闸室两端建立警戒区域，同时结合监控视频的智能分析，实现对闸门碰撞、闸台吊船等事件的预警，对过闸船舶的进闸、出闸行为进行警戒和预警，并提供视频取证。

4.7过闸确认

安装了手机APP或其他智能终端的船舶可以被系统自动确认，未安装手机APP或智能终端的船舶，则通过人工进行过闸确认。

5结语

我们相信，对潮汐性船闸通闸条件、规律的研究探索，建立相应的预测模型，分析预报船闸下游的潮位过程，可以最大程度地发挥感潮航道船闸的船舶运行效率，提高水运协同管理及综合服务质量，改善服务环境，提高、保障航行安全、节约能源，降低管理成本，逐步实现水运管理智能化。

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