關(guān)于三峽通航智能調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)的思考

靳海寧 楊孝作 王前 司馬俊杰

摘要：隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、物流網(wǎng)等新技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧交通的概念越來越頻繁的被提及，長(zhǎng)江三峽樞紐作為黃金水道的重要節(jié)點(diǎn)，其現(xiàn)有的三峽通航調(diào)度系統(tǒng)功能已不能適應(yīng)現(xiàn)代航運(yùn)樞紐的通航管理。本文在分析現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)不足的基礎(chǔ)上，提出了未來智能調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)功能;智能調(diào)度;建設(shè)目標(biāo)

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）04-0059-02

1引言

三峽樞紐是長(zhǎng)江黃金水道的瓶頸和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，隨著國(guó)家交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略和《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》《國(guó)家綜合立體交通規(guī)劃網(wǎng)綱要》的推進(jìn)實(shí)施，長(zhǎng)江黃金水道的功能進(jìn)一步發(fā)揮，三峽樞紐通航瓶頸與船舶過壩旺盛需求之間矛盾，轉(zhuǎn)變?yōu)闃屑~通航能力不足與治理能力現(xiàn)代化、高質(zhì)量發(fā)展的矛盾。新的通航環(huán)境、新的通航管理模式對(duì)三峽通航對(duì)三峽通航現(xiàn)代化、智能化、協(xié)同化、便捷化提出了新要求，賦予了新使命。各項(xiàng)通航管理規(guī)程規(guī)定的修訂以及大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，也對(duì)三峽通航調(diào)度系統(tǒng)提出了新需求、新期待。

2現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1調(diào)度系統(tǒng)主要功能

現(xiàn)有三峽通航調(diào)度系統(tǒng)于2014年建成投運(yùn)，系統(tǒng)涵蓋了過壩申報(bào)、到錨確認(rèn)、過壩安檢、計(jì)劃執(zhí)行、統(tǒng)計(jì)分析、違章管理等主要功能，實(shí)現(xiàn)了船舶通過三峽船閘、葛洲壩船閘、三峽升船機(jī)及10處大型錨地實(shí)時(shí)的綜合性的核心調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了兩壩船閘及升船機(jī)“一次申報(bào)、統(tǒng)一計(jì)劃、統(tǒng)一調(diào)度、分壩實(shí)施”的無縫調(diào)度指揮，切實(shí)提高了船舶過閘效率，保障了通航安全。

過壩申報(bào)：該功能模塊主要用于登記船舶過閘申報(bào)信息，船舶通過遠(yuǎn)程申報(bào)系統(tǒng)可以上傳過閘參數(shù)，并且根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則，由系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)過閘參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)。

到錨確認(rèn)：當(dāng)船舶駛過到錨線之后，綜合監(jiān)管系統(tǒng)會(huì)記錄船舶到錨時(shí)間并上傳同步至調(diào)度系統(tǒng)，根據(jù)到錨時(shí)間順序，對(duì)船舶過閘時(shí)間進(jìn)行排序。

過壩安檢：通過調(diào)度系統(tǒng)，可以編制船舶過閘安檢計(jì)劃。計(jì)劃會(huì)同步下發(fā)至安檢系統(tǒng)，安檢員根據(jù)安檢計(jì)劃對(duì)船舶進(jìn)行安檢、復(fù)檢等。

計(jì)劃編制、發(fā)布：根據(jù)船舶的到錨時(shí)間、安檢結(jié)果，由計(jì)劃員對(duì)船舶的過閘計(jì)劃進(jìn)行編制調(diào)整，安排船舶的過閘順序、拍檔圖、過閘時(shí)間等，經(jīng)過審核之后，通過計(jì)劃發(fā)布功能模塊可自動(dòng)將計(jì)劃發(fā)布至三峽局內(nèi)外網(wǎng)每戶、同時(shí)可以通過遠(yuǎn)程申報(bào)系統(tǒng)將計(jì)劃、拍檔圖等信息下發(fā)至船舶的北斗智能終端。

計(jì)劃發(fā)航、執(zhí)行：指揮中心計(jì)劃執(zhí)行員可以在調(diào)度系統(tǒng)中對(duì)船舶進(jìn)行發(fā)航過閘，并由三峽船閘、葛洲壩船閘、升船機(jī)等部門在系統(tǒng)中通過計(jì)劃執(zhí)行功能記錄計(jì)劃執(zhí)行的情況。

基本信息：基本信息包括船舶、船舶公司等過閘基礎(chǔ)信息，船舶通過遠(yuǎn)程申報(bào)系統(tǒng)可以自動(dòng)錄入相關(guān)信息，審核通過之后自動(dòng)同步到調(diào)度系統(tǒng)。

環(huán)境信息：環(huán)境信息包括氣象信息、水情信息、預(yù)報(bào)流量、發(fā)電流量等重要通航環(huán)境信息。

統(tǒng)計(jì)分析：對(duì)船舶的過閘情況進(jìn)行分析，可以根據(jù)時(shí)間形成年報(bào)、月報(bào)、周報(bào)等報(bào)表，包括貨種、載貨量、公司、船舶類型等多個(gè)維度的統(tǒng)計(jì)。

聯(lián)動(dòng)控制：按照指定的分類方式和各區(qū)間的數(shù)量控制，按照指定的分類方式和按照到錨時(shí)間進(jìn)行排序，并歸入不同的區(qū)間。

安檢計(jì)劃：按照指定的分類方式和數(shù)量，按照到錨時(shí)間順序?qū)⒋凹{入安檢序列之中。

違章管理：對(duì)船舶違章行為進(jìn)行記錄和處罰，包括禁止申報(bào)、延遲到錨等。

2.2調(diào)度系統(tǒng)存在的不足

現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)在使用過程中，較好地滿足了三峽通航業(yè)務(wù)不斷發(fā)展的需要，但隨著新技術(shù)、新應(yīng)用層出不窮，與當(dāng)下信息化發(fā)展的形勢(shì)相比，漸漸凸顯出了不足，主要包括以下幾點(diǎn);

2.2.1數(shù)據(jù)的整合和應(yīng)用程度不足

現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了船舶遠(yuǎn)程申報(bào)、申報(bào)數(shù)據(jù)校驗(yàn)等功能，但對(duì)調(diào)度業(yè)務(wù)相關(guān)的外部數(shù)據(jù)整合及應(yīng)用程度不足。近年來，通航管理部門在調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)新增相關(guān)模塊，對(duì)接三峽樞紐梯級(jí)調(diào)度通信中心及重慶市口岸與物流辦的相關(guān)數(shù)據(jù)，但接入的數(shù)據(jù)量仍然不足，無法滿足通航管理的全部要求。指揮中心計(jì)劃編制工作人員仍需手動(dòng)輸入部分?jǐn)?shù)據(jù)，以滿足計(jì)劃編制的要求。此外，對(duì)于通航建筑物的運(yùn)行情況，目前仍需調(diào)度監(jiān)管人員通過 CCTV 等系統(tǒng)進(jìn)行觀察并人工分析，其部分較關(guān)鍵的運(yùn)行信息由船閘管理人員人工輸入。

2.2.2計(jì)劃編制智能化程度不高

目前調(diào)度系統(tǒng)從船舶申報(bào)到過閘完成的全流程智能化程度不高，尤其是計(jì)劃編制功能，涉及的環(huán)節(jié)、水情氣象流量等通航環(huán)境、船舶自身?xiàng)l件、船舶分類及優(yōu)先級(jí)各種影響因素較多，且預(yù)計(jì)劃、安檢計(jì)劃、過閘計(jì)劃環(huán)環(huán)相扣，導(dǎo)致自動(dòng)生成的過閘計(jì)劃無法滿足實(shí)際過閘的要求，船閘利用率不高，需要人工干預(yù)較多。

總體來講，針對(duì)滾動(dòng)預(yù)計(jì)劃編制、安檢計(jì)劃編制和過壩作業(yè)計(jì)劃編制的相關(guān)工作，調(diào)度系統(tǒng)是通過參數(shù)應(yīng)用、規(guī)則設(shè)置、重點(diǎn)船舶分類展示、船舶排序等方式為計(jì)劃編制工作人員提供了重要的參考和幫助，但計(jì)劃編制的核心工作，例如閘次框架設(shè)計(jì)、閘次排船、聯(lián)動(dòng)控制數(shù)量設(shè)置等工作均由計(jì)劃編制員人工完成。

2.2.3與船舶交換信息量少

調(diào)度系統(tǒng)在與船舶交換信息方面考慮較少，只是船舶在提交過閘信息申報(bào)、接收過閘計(jì)劃信息、調(diào)度系統(tǒng)發(fā)布廣播信息時(shí)進(jìn)行一些信息交換，船舶能獲取的過閘相關(guān)信息較少，通航管理人員也不能實(shí)時(shí)與船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交換。與船舶交換信息量不足的原因主要是因?yàn)榻K端功能不足，以前船方所用船載GPS終端功能不足，能夠發(fā)送的信息量有限，通航 e 站和政務(wù)網(wǎng)站等一般應(yīng)用于單向信息服務(wù)，且受微信平臺(tái)限制，其功能十分有限。船載單北斗終端投入應(yīng)用后，其終端基于 Android 平臺(tái)運(yùn)行，具有良好的可拓展性，為船載終端和手機(jī)應(yīng)用終端的同步使用打下了良好的基礎(chǔ)。

2.2.4統(tǒng)計(jì)報(bào)表方式不靈活

對(duì)于需要統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)只能使用定制化表格，無法根據(jù)用戶需要，個(gè)性化自定義統(tǒng)計(jì)表格字段。

2.3建設(shè)目標(biāo)

調(diào)度系統(tǒng)作為三峽通航的核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，應(yīng)用于指揮中心、兩閘一機(jī)、海事局等各個(gè)重要基層業(yè)務(wù)單位，在三峽通航業(yè)務(wù)發(fā)展的過程中起著重要的推動(dòng)作用。隨著信息化、智能化、智慧化技術(shù)的進(jìn)步，調(diào)度系統(tǒng)在智能、智慧方面還有很大的提升空間，可以進(jìn)一步運(yùn)用 AI、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等新技術(shù)，打造三峽通航智能指揮平臺(tái)，使三峽局指揮中心、船閘、海事、航道、錨地等部門實(shí)現(xiàn)智能化、精細(xì)化的協(xié)同合作模式，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度。

智能調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)是通過對(duì)船舶過閘各模塊數(shù)據(jù)關(guān)系的梳理，理順過程中各環(huán)節(jié)的邏輯關(guān)系，采用先進(jìn)的 SOA 架構(gòu)（面向服務(wù)架構(gòu)）或微服務(wù)架構(gòu)（微服務(wù)架構(gòu)=80%的 SOA 服務(wù)架構(gòu)+100%的組件化架構(gòu)+80%的領(lǐng)域建模），實(shí)現(xiàn)各功能模塊在整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中可以“插拔”，功能模塊之間除必要業(yè)務(wù)聯(lián)系和邏輯關(guān)系外，基本處于一種松耦合狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)交換集中在調(diào)度數(shù)據(jù)分中心內(nèi)，對(duì)外數(shù)據(jù)交換統(tǒng)一由調(diào)度數(shù)據(jù)分中心執(zhí)行。研究基于 AI 算法模型，后期通過軟件，利用大量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，且通過系統(tǒng)不斷學(xué)習(xí)、評(píng)價(jià)，日趨完善。

主要目標(biāo)如下：

（1）計(jì)劃編制全智能：系統(tǒng)根據(jù)通航環(huán)境、建筑物運(yùn)行狀態(tài)和管理規(guī)則的應(yīng)用，自動(dòng)編制閘次框架，并將所有待閘船舶納入框架之內(nèi)，形成完整的計(jì)劃內(nèi)容，涵蓋聯(lián)動(dòng)控制預(yù)計(jì)劃、安檢計(jì)劃、過壩計(jì)劃等方面，并根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況智能滾動(dòng)。

（2）調(diào)度監(jiān)管全智能：通過智能發(fā)布調(diào)度（航行）指令實(shí)現(xiàn)智能指揮（進(jìn)出閘指揮、通行信號(hào)揭示）、智能發(fā)航、智能錨泊等服務(wù)，并對(duì)各項(xiàng)過程中的船舶航行情況進(jìn)行跟蹤，實(shí)現(xiàn)助航、監(jiān)管等服務(wù)。

（3）通航調(diào)度范圍全線條：采取開放式申報(bào)，實(shí)現(xiàn)船舶過壩申報(bào)水域范圍無限延伸，取消區(qū)域限制。

（4）聯(lián)動(dòng)控制和安全管控全鏈條：船舶從港口出港申報(bào)→聯(lián)動(dòng)控制沿途海事管控→過閘安檢→調(diào)度發(fā)航→過閘指揮，全程聯(lián)動(dòng)、有效銜接。

（5）通航環(huán)境和通航建筑物運(yùn)行信息全感知：通過圖像識(shí)別、傳感器應(yīng)用和對(duì)接其他管理部門信息實(shí)現(xiàn)水文氣象、外圍港口數(shù)據(jù)、船流動(dòng)態(tài)、船閘工況、航道通航、應(yīng)急救援力量等信息的全方位感知。

（6）通航數(shù)據(jù)管理及統(tǒng)計(jì)全覆蓋：建立調(diào)度數(shù)據(jù)分中心，實(shí)現(xiàn)通航管理中采集、生成的所有動(dòng)、靜態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。

（7）通航動(dòng)態(tài)管理全適時(shí)：對(duì)通航要素適時(shí)研判，通過一張圖集中展示轄區(qū)運(yùn)行態(tài)勢(shì)。

3智能調(diào)度系統(tǒng)效益分析

智能調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)與使用將有效提升三峽通航調(diào)度方案的科學(xué)性和實(shí)用性，提高調(diào)度組織效率，進(jìn)一步提升三峽-葛洲壩水利樞紐通過能力，充分發(fā)揮三峽工程航運(yùn)效益，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，產(chǎn)業(yè)集約發(fā)展，促進(jìn)沿江經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)由輔助決策向智能化調(diào)度的提升。另外，復(fù)雜條件下的相關(guān)算法和模型研究成果，能為國(guó)內(nèi)其他樞紐調(diào)度提供借鑒。