一种基于物联网的单级船闸智能全自动化运行方法和系统

技术领域

本发明涉及船闸控制领域，具体涉及一种基于物联网的单级船闸智能全自动化运行方法和系统。

背景技术

目前很多船闸的运行方式是半自动化，由工作人员操控计算机系统和电话、高频等通讯设备，来完成被调船舶的通知进闸、闸室内的停靠引导、闸阀门开关、过闸流程确认等。

例如，在船舶调度时，调度中心工作人员在调度完成后，人工电话通知船员准备进闸。

在船舶进闸时，船员不知道船舶在闸室内停靠的位置，闸室入口侧管理员通过高频引导船舶在闸室内按指定位置停靠。

闸室入口侧管理员通过观察闸室视频监控画面确认该预调批次的船舶全部进闸后，操控计算机系统关入口侧阀门。

闸室入口侧管理员确认所有船舶全部在警戒线内且入口侧阀门全关后，操控计算机系统关闸室入口侧闸门，如有船舶船身在警戒线外，关闭闸门时会发生闸门夹船事故。

在船舶出闸时，闸室出口侧管理员需在计算机系统内查看出口侧闸门两侧水位差，水位差大于分节开阀阈值时，需分节开阀，如水位差过大时一次性开阀到位，会导致闸室灌泄水过快，引起闸室内船舶颠簸，造成船舶碰撞事故。

闸室灌泄水完成后，闸室出口侧管理员需在计算机系统内查看闸门两侧水位差，水位差小于等于水位平阈值时，操控计算机系统，开出口侧闸门。如闸门两侧水位差较大时开闸门，水力形成的推力容易导致闸门脱轨。

船舶出闸后，闸室出口侧管理员通过观察视频监控画面确认该闸次船舶全部驶出闸室，在计算机系统内完成该闸次船舶的过闸流程。

可以看出，上述船闸运行流程中，通知船员进闸、引导船舶在闸室内按指定位置停靠、开关闸阀门、完成船舶过闸流程确认等操作都是工作人员通过通讯设备和计算机系统来完成，但是这些操作都是以人为因素为主导的，若出现操作失误，就可能造成事故。所以对工作人员的业务能力、责任心等都有比较高的要求，这就给船闸运行的安全性和效率带来了不确定性。如夜间放船，工作人员疲劳操作，则可能出现误操作，迟操作，带来安全风险，降低运行效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种基于物联网的单级船闸智能全自动化运行方法和系统，能够实现船舶被调后的各个环节的智能全自动化运行，提高船闸运行的自动化水平，释放人力资源，保障船闸运行的安全性和效率。

一种基于物联网的单级船闸智能全自动化运行方法，其步骤包括：

S100、中央集控模块控制通信模块自动电话通知被调船员准备进闸，将闸室停靠档位图推送至船员手机，并将闸室入口外侧交通信号灯切换为绿色；

S200、中央集控模块接收传感器模块传输的船舶位置信息，确认船舶都进入闸室后，发送控制信号给闸阀门控制模块，关闭入口侧阀门，入口侧阀门全关后，闸阀门控制模块发送阀门全关信号给中央集控模块；

S300、中央集控模块接收到阀门全关信号后，发送控制信号给传感器模块的激光雷达，激光雷达对闸室入口侧警戒面进行扫描，并将扫描数据传输给中央集控模块，中央集控模块分析警戒面扫描数据，如警戒面无船，则生成安全信号，如警戒面有船，发送控制信号给闸室广播，播放移泊提醒广播，直至警戒面无船；

S400、中央集控模块接收到安全信号后，发送控制信号给闸阀门控制模块，闸阀门控制模块关闭入口侧闸门；

S500、入口侧闸门全关后，闸阀门模块发送闸门全关信号给中央集控模块，中央集控模块比对出口侧航道和闸室水位，根据水位差的大小，发送不同的控制信号给闸阀门控制模块，闸阀门控制模块根据不同的控制信号选择开出口侧阀门的模式；

S600、水位传感器传输水位数据给中央集控模块分析，中央集控模块比对闸室和出口侧航道水位，当水位平时，发送控制信号给闸阀门控制模块，闸阀门控制模块开出口侧闸门；

S700、出口侧闸门全开后，闸阀门控制模块发送闸门全开信号给中央集控模块，中央集控模块控制交通信号灯模块和闸室广播，将闸室出口内侧交通信号灯颜色切换为绿色，闸室广播播放出闸安全提醒语音，船舶出闸；

S800、中央集控模块通过传感器模块确认该批次船舶都进入出口侧航道后，在系统内完成该批次船舶的过闸流程。

进一步地，所述闸室档位图为排挡后生成，是该闸次全部船舶的等比模型图在闸室等比模型图中停靠位置的分布指示图，通过通信模块发送至该闸次船舶的船员手机。

进一步地，当船舶被调后，中央集控模块到存储模块中调用当前闸次船舶所对应的电话号码数据，并将数据打包发送给通信模块，通信模块自动拨打电话通知被调船员准备进闸。

进一步地，中央集控模块记录传感器模块传输的当前闸次n条船舶的GPS定位数据{(x

进一步地，通过入口侧阀门全关信号开启扫描任务，入口侧阀门全关信号由闸阀门控制模块发送给中央集控模块，中央集控模块接收到入口侧阀门全关信号后，发送控制信号和闸室水位数据给激光雷达，激光雷达编码器根据控制信号和水位数据开启扫描任务并控制扫描面的大小，使扫描面与闸室水面不相交。

进一步地，根据工程情况，设定开阀模式，当闸门两侧水位差的绝对值小于等于阈值，中央集控模块控制闸阀门控制模块一次性开阀到位，当闸门两侧水位差的绝对值大于阈值，中央集控模块控制闸阀门控制模块先将阀门开至一定开度，当闸门两侧水位差的绝对值小于等于阈值时，再将阀门全部打开。

进一步地，所述判断水位平的方法为：设置水位平阈值，并在出口侧阀门开启后记录闸室水位{Z

进一步地，当出口侧闸门全开后，闸阀门控制模块发送闸门全开信号给中央集控模块，中央集控模块开始记录传感器模块传输的当前闸次n条船舶的GPS定位数据{(x

一种基于物联网的单级船闸智能全自动化运行系统，基于上述的一种基于物联网的单级船闸智能全自动化运行方法来实现船闸的智能全自动化运行，包括传感器模块、存储模块、中央集控模块、闸阀门控制模块、通信模块、交通信号灯模块、闸室广播；

传感器模块：包括水位传感器、激光雷达、船舶识别基站，用于将传感数据传输给中央集控系统分析，水位传感器实时传输上下游及闸室水位数据，激光雷达传输闸室警戒面扫描数据、船舶识别基站传输过闸船舶GPS数据；

存储模块：用于存储船舶尺寸、吨位、航向、货种等信息供中央集控模块调用；

中央集控模块：分析传感器模块传输的数据，控制通信模块、闸阀门控制模块、交通信号灯模块执行相应的任务；此外，将水位数据传输给激光雷达，控制激光雷达扫描面随水位涨落而变化；

闸阀门控制模块：由闸阀门PLC和闸阀门启闭设备组成，受中央集控模块控制，根据中央集控模块发送的控制信号执行相应的开关闸阀门操作，并将闸阀门的状态信号反馈给中央集控模块；

通信模块：受中央集控模块控制，执行语音外呼和排档图发送任务，通知船员准备进闸并引导船员在闸室内按档位图停靠；

交通信号灯模块：受中央集控模块控制，执行交通信号灯切换任务，引导船舶进出闸。

所述闸室广播受中央集控模块控制，根据不同的控制信号，播放不同的闸室广播。

本发明达到的有益效果为：

(1)通过被调后的自动电话通知和闸室档位图的自动发送，提高了船员过闸的便利性和快捷性。

(2)通过基于水位感知、船舶位置感知、警戒面安全感知的闸阀门的全自动开关，提高了闸阀门开关的及时性，安全性。

(3)实现船闸控制半自动化到全自动化的转型，释放了船闸管理单位的人力资源，大大提高船闸控制的智能化和自动化水平。

附图说明

图1为本发明实施例中的智能全自动化运行系统架构图。

图2为本发明实施例中的运行流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

图1为本发明实施例的系统结构图，一种基于物联网的单级船闸智能全自动化运行系统，包括传感器模块、存储模块、中央集控模块、闸阀门控制模块、通信模块、交通信号灯、闸室广播组成；

传感器模块由水位传感器、激光雷达、船舶识别基站组成，用于将传感数据传输给中央集控系统分析，水位传感器实时传输上下游及闸室水位数据，激光雷达传输闸室警戒面扫描数据、船舶识别基站传输过闸船舶GPS数据；

存储模块用于存储船舶尺寸、吨位、航向、货种的信息供中央集控模块调用；

中央集控模块用于分析传感器模块传输的数据，控制通信模块、闸阀门控制模块、交通信号灯模块执行相应的任务；此外，将水位数据传输给激光雷达，控制激光雷达扫描面随水位涨落而变化；

闸阀门控制模块由闸阀门PLC和闸阀门启闭设备组成，受中央集控模块控制，根据中央集控模块发送的控制信号执行相应的开关闸阀门操作，并将闸阀门的状态信号反馈给中央集控模块；

通信模块受中央集控模块控制，执行语音外呼和排档图发送任务，通知船员准备进闸并引导船员在闸室内按档位图停靠；

交通信号灯模块受中央集控模块控制，执行交通信号灯切换任务，引导船舶进出闸。

所述闸室广播受中央集控模块控制，根据不同的控制信号，播放不同的闸室广播。

如图2所示，一种基于物联网的单级船闸智能全自动化运行方法，包括以下步骤：

S100当船舶被调后，中央集控模块到存储模块中调用该批次船舶的电话号码、船舶名称等数据，并将船舶排档时生成的闸室档位图一起打包发送给通信模块，通信模块根据数据包的数据，自动电话通知被调船员准备进闸，并将闸室停靠档位图推送至船员手机，同时，中央集控模块将闸室入口外侧交通信号灯切换为绿色。

S200、中央集控模块接收传感器模块的船舶识别基站传输的该闸次船舶的GPS数据，并与闸室所在区域进行比对，确认船舶都进入闸室后，发送控制信号给闸阀门PLC，闸阀门PLC控制闸阀门启闭设备关闭入口侧阀门，入口侧阀门全关后，闸阀门PLC发送阀门全关信号给中央集控模块。

S300、中央集控模块接收到阀门全关信号后，发送控制信号和水位数据给激光雷达，激光雷达对闸室入口侧警戒面进行扫描，并根据水位数据实时调整扫描面的大小，使扫描面与水平面不相交，从而避免误报。激光雷达将扫描数据传输给中央集控模块，中央集控模块分析警戒面扫描数据，如警戒面无船，则生成安全信号，如警戒面有船，则发送控制信号给闸室广播，播放移泊提醒广播，直至警戒面无船。

S400、中央集控模块确认安全信号后，发送控制信号给闸阀门PLC，闸阀门PLC控制闸阀门启闭设备关闭入口侧闸门。

S500、入口侧闸门全关后，闸阀门PLC发送闸门全关信号给中央集控模块，中央集控模块比对出口侧航道和闸室的水位传感器传输的水位数据，如果水位差大于2米，则先将阀门提至一米高度发送不同的控制信号给闸阀门控制模块，闸阀门控制模块根据不同的控制信号选择开出口侧阀门的模式。

S600、当阀门全部打开后，闸阀门PLC发送阀门全开信号给中央集控模块，中央集控模块比对闸室和出口侧航道水位，当闸室和出口侧航道的水位差小于0.1米时，发送控制信号给闸阀门PLC，闸阀门PLC控制闸阀门启闭设备开出口侧闸门。

S700、出口侧闸门全开后，闸阀门PLC发送闸门全开信号给中央集控模块，中央集控模块控制交通信号灯模块和闸室广播，将闸室出口内侧交通信号灯颜色切换为绿色，闸室广播播放出闸安全提醒语音，船舶出闸。

S800、中央集控模块通过传感器模块的船舶识别基站传输的该闸次船舶的GPS数据，并与出口侧航道区域进行比对，确认该批次船舶都进入出口侧航道后，在系统内完成该批次船舶的过闸流程。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。