自主运行少人值守智能化船闸关键技术研究与应用

                   主要完成单位：南京市航道事业发展中心、华设设计集团股份 有限公司、

              江苏物联网研究发展中心、中科院南京宽带无线移动通信

              研发中心、南京尚服科 技发展有限公司

1、项目基本情况

该项目依托江苏省重点水运工程——秦淮河（溧水石臼湖～江宁彭福段）航道整治工程（含洪蓝船闸工程），以期利用现代化的手段让航道更畅通、航行更安全、建设和管理更高效，不断增强航运经济创新力和竞争力，为江苏省交通运输厅2019年科技示范工程（项目编号2019Y07）。

该项研究根据内河航道船闸管理和服务的智能化发展要求，通过实地调查、理论研究、数值模拟、系统研发和现场试验等方法，开展了“船闸运行智能化管控关键技术研究与应用”和“航道工程全寿命周期管理BIM模型研究”等专题研究，形成了自主运行少人值守智能化船闸关键技术。

2、技术难点和特点

该项目是一个大型多学科“交叉融合、集成创新、合作攻关”的研究和应用课题，需要充分考虑船闸运行系统的独立性和运行体系的整体融合性，研究其自主运行的实现路径；全面感知和获取从周边环境、设备设施到人、船行为等船闸运行相关数据；结合稳定可靠与新技术推广要求，使用有线无线等技术，对众多不同原理、不同种类、不同用途的高精度传感器进行组网集成，并开展多源传感数据融合监测；针对船闸应用需求开发新的智能传感器；采用高性能时序数据存储技术，应对多传感器秒级监测频率所产生的海量高频监测数据的汇聚、存储与服务需求；解决工程数字模型超大数据体量和孪生系统流畅展示的矛盾；解决航道船闸工程数字模型的精准建立和与多源数据的融合问题；开发全新的船闸运行操作一体化、可视化的应用系统，突破传统管理系统与工控系统的边界，保障各系统信息的时效性和共享性，同时保证数据的安全性等。研究的内容多、复杂程度高、技术难度大。

3、主要成果和创新点

(1) 建立了船闸运行各环节风险事件评价模型，提出了基于风险可控的船闸运行自动化、智能化发展路径，支持船闸运行从系统辅助自动化、微干预自动化到全自动化自主运行的不断演进。

(2) 研发了船闸智能传感网系统、船闸数字孪生系统，集成了感知、控制、调度、收费等船闸管理功能,开发了船闸辅助自动控制指挥系统和船民进出闸引导系统（APP）,推进了船闸“调”、“控”一体化，并与视频实景、三维仿真系统进行联动，实现了船闸少人值守、智能化运行。

(3) 提出了船闸三角闸门和复杂长线航道工程BIM建模技术，建立了内河限

制性航道船闸工程设计、施工和运维全寿命周期BIM模型,集合GIS数据，为航道船闸数字孪生系统提供了基础。

（4）研发了融合视觉和激光技术的非接触式水位测量系统，提高了船闸运行控制的精准性和可靠性。

4、成果应用

该项研究成果2021年8月始在依托工程进行应用，相关传感器、服务器网络安全设备已安装，开发的系列软件系统运行平稳，经第三方测试、实船试验和实际应用，各项功能均能满足使用要求。

项目研发的船闸智能传感网提高了船闸对过闸风险的自动化感知能力，研发的新型水位测量系统提高了船闸水位感知的准确性；开发的洪蓝船闸智能管控系列软件，实现了船闸机电控制系统与运调、缴费、安全监控等系统数据的互联互通，并为管理人员和船民提供了三维可视、简洁便利的过闸管理和引导服务，达到了船闸少人值守、具备自主运行条件的目标；提出的三角闸门船闸和复杂长线航道BIM建模和应用方案、地形地貌数据采集、模型轻量化方法，以及开发的数据融合插件产品、三维可视的运维管理系统，极大提高了工作效率，提升了工程建设和管理水平。

5、经济和社会效益

该项目总投入为900多万元，其中，传感器、服务器、网络安全设备等硬件成本约占10%，其余经费主要用于研发、试验和测试等。该项研究将物联网、人工智能、BIM等新技术融入到传统的船闸建设和运行管理中，提升了船闸、航道建设水平，提高了航运管理效率和服务能力，达到了降本增效提质的效果，促进了水运工程的科技进步，进一步提升了市场竞争力。