张日民

（苏交科集团股份有限公司，江苏南京 210019）

内河航运是现综合交通体系的重要组成部分，在推进我国交通强国建设、促进经济社会快速发展中起到重要作用。以江苏省为例，内河货运量约占全省综合货运量的1/3，货运周转量占全省综合货运周转量的1/2。船闸作为内河航道上的关键节点，不仅承担着区域航道网水位调节、防洪防汛、过闸费征稽等航运管理职能，还肩负船舶调度、船闸控制、船舶过闸安全监管等职责，是保证航道安全、高效运行的重要交通枢纽。随着内河航运业务的发展，内河航道的货运量、交通流量呈现明显的上升趋势，船舶大型化趋势日趋明显，如何有效识别船舶过闸安全风险，保障船舶安全、有序、高效过闸成为当前亟须解决的问题[1]。

1 船舶过闸安全监管现状

1.1 船舶过闸基本流程

传统的船舶过闸流程基本包括靠泊、登记缴费、等待调度、分配闸次闸号、进入待闸区、进闸与出闸等环节。随着“水上ETC”等航道收费系统的逐步推广使用，过闸申请与缴费不再需要船民登岸。

船舶过闸流程涉及安全监管的步骤：船民过闸申报→船舶身份核查与复核丈量→过闸身份确认→调度排档，分配闸次闸号→待闸船舶进闸，系好缆绳→船舶船闸[1]。

与船舶过闸相对应，船闸运行步骤[2]：下行进闸→落上阀→关上闸→提下阀→开下闸→下行出闸→上行进闸→落下阀→关下闸→提上阀→开上闸→上行出闸。

在船闸运行过程中，船舶何时进闸、进闸以后是否系好缆绳、船闸何时提落阀、何时开关门，均需要确认上一步动作结束后外界是否存在不安定因素，确保船闸运行安全。

船舶过闸关键流程如图1所示。

图1 船舶过闸关键流程

船闸运行步骤如图2所示。

图2 船闸运行关键步骤

根据船舶过闸流程及船闸运行步骤，梳理船闸在运行过程中需要执行的安全监管内容，主要包括船舶超高检测、吃水超限检测、闸室出空检测、船舶进闸超速检测、系缆安全检测、超警戒线预警、闸门区域船舶检测、闸门上方行人检测、门头对中等[4]。

为了保证船舶过闸安全，在船闸运行过程中需要对船舶过闸安全风险进行监管。

船舶过闸安全监管内容如图3所示。

图3 船舶过闸安全监管内容

1.2 船舶过闸安全监管现状

根据对内河航道船闸的实地调研，目前船舶过闸安全监管主要依靠船闸现地机房的工作人员人工监管。人工监管存在监管范围不全面的弊端，不能全面考虑船舶过闸的不安定因素，监管效率较低，直接影响船舶过闸效率[5]。

随着5G、北斗、人工智能、视频监控、雷达检测、激光检测、大数据分析等新技术的发展与应用，将新技术与船舶过闸安全监管有机结合，解决当前人工监管存在的不足，支撑船舶快速、安全、高效过闸，是船舶过闸安全监管的重要发展趋势。

本文重点围绕船舶过闸业务流程及船闸步骤，结合当前新技术的应用，以船舶过闸安全监管平台建设为依托，分别提出船舶申报阶段、待闸阶段、过闸阶段需要关注的安全风险点，形成闭环处置，支撑船舶过闸智能安全监管。

船舶过闸业务流程智能安全监管如图4所示。

图4 船舶过闸关键业务流程智能安全监管

2 船舶过闸智能安全监管平台

船舶过闸智能安全监管平台主要利用计算机数据处理和计算机网络传输技术，对子系统产生的预警信息进行采集，集中反映到预警界面，使船闸管理人员能够及时、准确了解整个调度、控制系统安全预警信息，便于处理[6]。

船舶过闸业务智能安全监管平台如图5所示。

图5 船舶过闸关键业务流程智能安全监管平台

船舶过闸智能安全监管平台根据船舶在航道上的位置，对过闸安全监管的内容进行了分类。

（1）船舶在远调站时，需要对船舶超高、吃水超限进行检测。

（2）船舶在引航道时，需要对船舶身份进行核查。

（3）船舶在闸室时，需要对船舶超速、闸门上方行人、系缆安全、闸室出空、超警戒线、闸门区域船舶进行检测。

3 船舶过闸智能安全监管关键技术研究

3.1 智能安全监管关键技术研究

（1）船舶吃水超限检测技术。

当前船舶吃水超限检测普遍使用人工复核丈量的方式，效率不高，繁忙时段实施难度大[7]。为了在保证检测准确率与效率的同时控制建设成本，本文采用高清照片抓拍初检与水底声呐复核的方式组建吃水超限检测系统。在船闸下游远调站增设一套船舶抓拍系统，抓拍进闸船舶高清照片，根据船舶身份信息从船舶数据库里获取型深数据。

借助深度学习技术，利用边缘检测技术定位船水分界线和干舷甲板边缘，计算得到干舷距离水面高度。采用船舶型深减去该高度，得到船舶吃水深度。

（2）船舶超高检测技术。

实践表明，过闸船舶超高将对船闸上跨桥梁产生碰撞风险，影响船舶过闸安全，对船闸结构物造成损失。目前，上跨桥梁的设计安全通航净空为7 m，但随着船舶大型化，尤其是空载船舶，其高度可能会超过7 m，需要对过闸船舶超高进行检测。本文借助激光差超高检测技术，在航道两岸安装激光对照设备，船舶超高时会阻断激光信号，设备报警。

船舶超高检测技术原理如图6所示。

图6 船舶超高检测技术原理

（3）船舶身份核查技术。

目前，船舶身份识别的技术手段主要有AIS、RFID和视频图像等。本文借助高清视频抓拍技术，即在船闸上下游闸首安装高清视频抓拍设备，抓拍船舶船名船号、船舶特征，结合图像分析技术，识别船舶身份，并与船舶数据库及AIS系统中的船舶信息进行比对，确保实际过闸船舶与调度船舶一致。

船舶身份核查系统流程如图7所示。

图7 船舶身份核查系统流程

（4）闸室雷达识别技术。

传统的船舶测速方法主要有测速区测速法、雷达距离测速法、正横距离测速法与GPS定位测速法，雷达测速以其布设灵活、反馈灵敏等特性，在交通测速场景中应用广泛[8]。本文结合船舶过闸安全监管需求，在闸首及闸室中间位置布设雷达，一方面对闸室出空及船舶进闸时的速度进行检测，另一方面对开关闸门的过程中闸门区域是否有船舶闯闸、船舶是否超过警戒线进行检测。

闸室识别原理如图8所示。

图8 闸室识别架构

（5）闸室视频检测技术。

船舶进入闸室后，为避免船舶随船闸涨泄水的影响，要求船舶必须系好缆绳。在开关闸门的过程中，要求闸门上方不得有行人停留。借助高清视频检测技术，在闸室机房楼顶部布设高清视频监控设备，借助视频智能分析与图像识别技术，对船舶进闸后是否系好缆绳、开关闸门时闸门上方是否有行人进行检测，将检测结果汇至安全监管平台。

3.2 安全预警信息的汇聚与处置

安全预警系统的预警信息传输与汇聚如图9所示。

图9 安全预警系统的预警信息传输与汇聚

安全预警系统通过数据采集模块从各监管子系统中采集安全预警、性能越限预警和网络预警等信息，通过分析处理后，以合适的方式呈现给船闸管控工作人员，实现对各通信系统预警信息的管理[9]。主要包括预警采集、预警处理、预警呈现、预警操作和查询等功能。此外通过设备管理功能，工作人员还可以对外场监测设备工作状态实时监控，对系统故障迅速定位。

3.3 智能安全监管平台实践应用

为了验证方案，将船舶过闸关键业务流程智能安全监管平台在多座船闸进行了测试与论证，检测结果如表1所示。

表1 船舶过闸智能安全监管平台实践应用分析结果

通过外场感知与软件系统的应用，船舶过闸智能安全监管平台能够有效检测船舶过闸的安全风险，将检测结果汇至平台，由平台与船闸调度系统与控制系统对接，提升船舶过闸安全监管水平，保障船舶快速、安全、高效过闸。

4 结语

本文借助视频监控、雷达、激光、AIS等多种技术手段的融合应用，构建船舶过闸智能安全监管平台，通过外场感知设施对船舶过闸的关键业务流程的不安全行为进行检测，将检测结果汇至智能安全监管平台，与船闸调度系统、控制系统进行对接，实现船舶过闸安全监管的闭环处置，切实提升船舶过闸安全监管的全面性与有效性。为了验证船舶智能安全监管平台的应用效果，对平台进行了现场测试。不同的船闸由于环境、船舶流程、船闸控制方式、船闸结构物等各不相同，后期应根据船闸的特征进一步完善船闸过闸智能安全监管平台，选取合理的建设内容与软硬件参数，提升船舶过闸安全监管智能化水平。