成果簡(jiǎn)介科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)
自主運(yùn)行少人值守智能化船閘關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用（科技獎(jiǎng)2022）
自主運(yùn)行少人值守智能化船閘關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用
主要完成單位：南京市航道事業(yè)發(fā)展中心、華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份 有限公司、
江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心、中科院南京寬帶無(wú)線移動(dòng)通信
研發(fā)中心、南京尚服科 技發(fā)展有限公司
1、項(xiàng)目基本情況
該項(xiàng)目依托江蘇省重點(diǎn)水運(yùn)工程——秦淮河（溧水石臼湖～江寧彭福段）航道整治工程（含洪藍(lán)船閘工程），以期利用現(xiàn)代化的手段讓航道更暢通、航行更安全、建設(shè)和管理更高效，不斷增強(qiáng)航運(yùn)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新力和競(jìng)爭(zhēng)力，為江蘇省交通運(yùn)輸廳2019年科技示范工程（項(xiàng)目編號(hào)2019Y07）。
該項(xiàng)研究根據(jù)內(nèi)河航道船閘管理和服務(wù)的智能化發(fā)展要求，通過(guò)實(shí)地調(diào)查、理論研究、數(shù)值模擬、系統(tǒng)研發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法，開(kāi)展了“船閘運(yùn)行智能化管控關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”和“航道工程全壽命周期管理BIM模型研究”等專題研究，形成了自主運(yùn)行少人值守智能化船閘關(guān)鍵技術(shù)。
2、技術(shù)難點(diǎn)和特點(diǎn)
該項(xiàng)目是一個(gè)大型多學(xué)科“交叉融合、集成創(chuàng)新、合作攻關(guān)”的研究和應(yīng)用課題，需要充分考慮船閘運(yùn)行系統(tǒng)的獨(dú)立性和運(yùn)行體系的整體融合性，研究其自主運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)路徑；全面感知和獲取從周邊環(huán)境、設(shè)備設(shè)施到人、船行為等船閘運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)；結(jié)合穩(wěn)定可靠與新技術(shù)推廣要求，使用有線無(wú)線等技術(shù)，對(duì)眾多不同原理、不同種類、不同用途的高精度傳感器進(jìn)行組網(wǎng)集成，并開(kāi)展多源傳感數(shù)據(jù)融合監(jiān)測(cè)；針對(duì)船閘應(yīng)用需求開(kāi)發(fā)新的智能傳感器；采用高性能時(shí)序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，應(yīng)對(duì)多傳感器秒級(jí)監(jiān)測(cè)頻率所產(chǎn)生的海量高頻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的匯聚、存儲(chǔ)與服務(wù)需求；解決工程數(shù)字模型超大數(shù)據(jù)體量和孿生系統(tǒng)流暢展示的矛盾；解決航道船閘工程數(shù)字模型的精準(zhǔn)建立和與多源數(shù)據(jù)的融合問(wèn)題；開(kāi)發(fā)全新的船閘運(yùn)行操作一體化、可視化的應(yīng)用系統(tǒng)，突破傳統(tǒng)管理系統(tǒng)與工控系統(tǒng)的邊界，保障各系統(tǒng)信息的時(shí)效性和共享性，同時(shí)保證數(shù)據(jù)的安全性等。研究的內(nèi)容多、復(fù)雜程度高、技術(shù)難度大。
3、主要成果和創(chuàng)新點(diǎn)
(1) 建立了船閘運(yùn)行各環(huán)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)事件評(píng)價(jià)模型，提出了基于風(fēng)險(xiǎn)可控的船閘運(yùn)行自動(dòng)化、智能化發(fā)展路徑，支持船閘運(yùn)行從系統(tǒng)輔助自動(dòng)化、微干預(yù)自動(dòng)化到全自動(dòng)化自主運(yùn)行的不斷演進(jìn)。
(2) 研發(fā)了船閘智能傳感網(wǎng)系統(tǒng)、船閘數(shù)字孿生系統(tǒng)，集成了感知、控制、調(diào)度、收費(fèi)等船閘管理功能,開(kāi)發(fā)了船閘輔助自動(dòng)控制指揮系統(tǒng)和船民進(jìn)出閘引導(dǎo)系統(tǒng)（APP）,推進(jìn)了船閘“調(diào)”、“控”一體化，并與視頻實(shí)景、三維仿真系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了船閘少人值守、智能化運(yùn)行。
(3) 提出了船閘三角閘門和復(fù)雜長(zhǎng)線航道工程BIM建模技術(shù)，建立了內(nèi)河限
制性航道船閘工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維全壽命周期BIM模型,集合GIS數(shù)據(jù)，為航道船閘數(shù)字孿生系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。
（4）研發(fā)了融合視覺(jué)和激光技術(shù)的非接觸式水位測(cè)量系統(tǒng)，提高了船閘運(yùn)行控制的精準(zhǔn)性和可靠性。
4、成果應(yīng)用
該項(xiàng)研究成果2021年8月始在依托工程進(jìn)行應(yīng)用，相關(guān)傳感器、服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備已安裝，開(kāi)發(fā)的系列軟件系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，經(jīng)第三方測(cè)試、實(shí)船試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，各項(xiàng)功能均能滿足使用要求。
項(xiàng)目研發(fā)的船閘智能傳感網(wǎng)提高了船閘對(duì)過(guò)閘風(fēng)險(xiǎn)的自動(dòng)化感知能力，研發(fā)的新型水位測(cè)量系統(tǒng)提高了船閘水位感知的準(zhǔn)確性；開(kāi)發(fā)的洪藍(lán)船閘智能管控系列軟件，實(shí)現(xiàn)了船閘機(jī)電控制系統(tǒng)與運(yùn)調(diào)、繳費(fèi)、安全監(jiān)控等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，并為管理人員和船民提供了三維可視、簡(jiǎn)潔便利的過(guò)閘管理和引導(dǎo)服務(wù)，達(dá)到了船閘少人值守、具備自主運(yùn)行條件的目標(biāo)；提出的三角閘門船閘和復(fù)雜長(zhǎng)線航道BIM建模和應(yīng)用方案、地形地貌數(shù)據(jù)采集、模型輕量化方法，以及開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)融合插件產(chǎn)品、三維可視的運(yùn)維管理系統(tǒng)，極大提高了工作效率，提升了工程建設(shè)和管理水平。
5、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益
該項(xiàng)目總投入為900多萬(wàn)元，其中，傳感器、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備等硬件成本約占10%，其余經(jīng)費(fèi)主要用于研發(fā)、試驗(yàn)和測(cè)試等。該項(xiàng)研究將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、BIM等新技術(shù)融入到傳統(tǒng)的船閘建設(shè)和運(yùn)行管理中，提升了船閘、航道建設(shè)水平，提高了航運(yùn)管理效率和服務(wù)能力，達(dá)到了降本增效提質(zhì)的效果，促進(jìn)了水運(yùn)工程的科技進(jìn)步，進(jìn)一步提升了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
