CN109814504B - 船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统及方法，应用于多个船闸间，通过闸站之间的联动实现船舶智能管控的可视化调度系统及方法，基于“移动互联网+”船闸的发展理念的智能无线船闸无线管控平台，方便船闸间的信息共享，实现船舶过闸的安全调度，将移动互联网、物联网、船闸电气控制、GIS等信息化技术、自动化技术与船闸运营过程有效的结合，实现船闸联动管理和船舶调度、运行状态的图形化监管，在提高船闸管理人员工作效率的同时，又能增加船闸开和关的准确性与实时性，为船舶水上航行提供安全保障。

Description

船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统及方法

技术领域

本发明涉及一种船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统及方法，属于船舶调度及船闸管理的信息化技术领域。

背景技术

船闸的基础管理以及船闸内的船舶调度有了一定的自动化和信息化的支撑，但船闸之间的联动管理以及船舶的统一调度还存在很多不足：

①传统机电控制方式决定了管理人员只能在固定区域内实现对船闸的控制；

②船闸控制操作的同时需兼顾船闸安全巡视，十分不便，特别是在紧急情况，管理人员必须从现场赶回操作室进行船闸闸/阀门的急停操作，延误应急反应时间，容易造成重大损失；

③对于船闸管理人员，不能随时随地查看船闸的重要参数、视频图像等重要信息，不利于对船闸进行实时监管；

④某船舶在距离较近的两个船闸间通过，由于缺乏对船舶航线的定位跟踪，在离开第一个船闸的时候，第二个船闸无法获取船舶的位置，开闸关闸需要现场管理人员的人工干预，效率低下，同时因为船闸的开和关存在一定的误差和延迟，对船舶调度的精准率有所缺失，容易产生事故。

因此，打破多个船闸管理部门之间数据信息孤立、资源无法共享的壁垒已是当务之急。

发明内容

针对目前船闸管理及船舶调度技术存在的不足，本发明的目的是提供一种应用于多个船闸间，通过闸站之间的联动实现船舶智能管控的可视化调度系统及方法，打破传统控制系统中对船闸控制、管理的局限性，基于“移动互联网+”船闸的发展理念的智能无线船闸无线管控平台，方便船闸间的信息共享，实现船舶过闸的安全调度，将移动互联网、物联网、船闸电气控制、GIS等信息化技术、自动化技术与船闸运营过程有效的结合，实现船闸联动管理和船舶调度、运行状态的图形化监管，在提高船闸管理人员工作效率的同时，又能增加船闸开和关的准确性与实时性，为船舶水上航行提供安全保障。

本发明采用如下技术方案：

船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统，所述系统包括船闸闸门、PLC控制器、中心服务器及存储设备、后端控制服务中心、前端用户端以及网络系统；其中，

所述船闸闸门安装在河道边，所述船闸闸门上连接传感器，通过PLC控制器控制其开闭，所述PLC控制器与中心服务器间信息交互；

所述中心服务器分别与后端控制服务中心、前端用户端间通过网络系统进行信息交互；

所述后端控制服务中心包括基础管理模块、数据交换共享模块以及船闸集中控制模块；所述基础管理模块实现船闸的管理、系统的决策分析；所述数据交换共享模块用于数据接收、分析、处理和共享功能，发布统一数据服务接口，供其他模块调用；所述船闸集中控制模块实现地图图层展示、OPC驱动模块调用、船闸控制和船舶调度功能；

所述前端用户端包括船主使用的船舶停泊申请和船舶离港申请，以及船闸工作人员使用的查询功能。

进一步的，所述船闸调度系统设有若干中心服务器、存储设备、防火墙、交换机；所述中心服务器中部署船闸调度系统，存储设备中部署数据交换共享服务，实现AIS数据、船舶数据、船闸数据的交换、共享和存储；

所述船闸调度系统中还架设前置机，所述前置机用于实现和AIS基站的数据通信，船舶通过无线网络将AIS信息传送至AIS基站，基站通过和闸站中心机房的前置机连接，实现数据通信。

进一步的，所述基础管理模块用于实现船舶、船闸的基础数据的维护；同时，采集船闸闸门上下游、船闸水位信息，将所述上下游、船闸水位信息进行清洗过滤，发送至前端用户端，直观展示；

所述基础管理模块还用于实时记录船闸闸门开关、船舶调度的信息，查看日志、存储历史数据、生成图表，建立实时数据档案、主题数据档案、历史数据档案，实现对整个船闸调度系统的全生命周期管理。

进一步，所述数据交换共享模块在所述船闸调度系统其他各模块之间形成统一的数据交换协议、提供数据通讯标准和数据统一服务，并将船闸数据、船舶数据、地理信息数据、AIS数据汇总集成，形成信息数据模型和数据中心；

所述数据交换共享模块使用消息中间件实现消息调度、数据路由以及数据映射技术，实现信息交换与共享；

各前端用户端可通过网络信号实现与所述数据交换共享模块的数据接口的连接，所述数据交换共享模块通过消息调度和数据路由机制实现前端用户端与服务后端之间的对接，并根据需求，确定数据传输的路径，进行各应用模块间的数据交换；

在数据交换过程中，根据共享与交换数据的共性以XML格式进行数据映射和数据处理，并以数据日志对数据交换过程进行记录和监控。

更进一步的，所述船闸集中控制模块包括：地理信息图层展示子模块、OPC驱动子模块、船舶调度子模块、船闸控制子模块；采用分层分布式网络结构，通过前端用户端发送控制指令给所述船闸集中控制模块，所述船闸集中控制模块再将指令发送给PLC控制器，采用PLC程序来进行控制；

前端用户端主控级和现地单元之间采用TCP/IP标准规范的以太网方式连接，实现高速传输、集中控制。

本发明还提供基于上述调度系统的调度方法，所述调度方法包括以下步骤：

步骤一，相关数据的存储工作；

步骤二，船舶主用户端发起停泊申请或船舶离港申请；

步骤三，船闸工作人员用户端批准或拒绝申请，并将控制信号发送给所述后端控制服务中心；

步骤四，所述后端控制服务中心发出启动控制指令，经过串口输出到OPC模块，OPC再将控制指令传给PLC控制器，经PLC控制器调动船闸的开关动作；

步骤五，如果是停泊申请，船闸工作人员将空闲泊位的信息发送给船舶船主，实现船舶的调度。

进一步的，所述步骤一具体包括：

数据库和应用服务，所述数据库部署在中心服务器上，使用的数据库是MySql，提供数据的查询和存储功能，应用服务部署在应用服务器上，数据库服务器跟船闸内网连接，应用服务器设置成代理服务器，同时跟船闸内网、互联网连接；

所述前置机与AIS基站无线连接，同时与船闸内网连接，将接收的AIS数据存储在数据库服务器的数据库里。

进一步的，船舶主用户端发送的申请信息包括船舶的基本信息和停泊或者离港的申请信息。

更进一步的，如果船舶离港，所述船舶主用户端发出离港申请，船闸工作人员审核通过后，所述船闸调度系统将会把当前船闸的基本信息和船舶的基本信息发送给下一个船闸，实现船闸信息、船舶信息、停泊/离港申请信息的实时共享。

作为本调度方法的一种应用，将所述方法应用于多个连续船闸之间，当下游船闸工作人员用户端收到上游工作人员微信小程序发来的船舶离港信息后，所述船舶调度系统根据当前船舶的AIS信息计算出该船舶的预计靠泊时间、预计靠泊距离信息，下游船闸的工作人员用户端收到相应的消息提醒并做好船舶泊位预留以及船舶进港调度的准备工作；在所述船舶在正式入港之前继续提交船舶靠泊申请，并通过船闸调度系统做船闸的实际靠泊和调度操作，从而实现上下游船闸对船舶的联动处理。

基于上述发明的技术方案，本发明与现有技术方案相比具有如下技术优点：

①本发明中船舶的位置信息、航行信息等来自AIS基站，数据信息相对准确，定位偏移误差小，提高了船舶调度的命中率。

②本发明中不但为船闸工作人员提供移动手机来实现船闸控制和船舶调度，也将船舶船主的线下操作搬到线上来，以微信小程序的方式提供船主所需的船舶停靠申请和船舶离港申请，方便快捷、安全有效。

③本发明适用于多个闸门之间的联动控制，船舶在离港的时候，会通过微信小程序将离港信息共享给下一个船闸，方便下一个船闸预留泊位以及船舶调度的时间，提高了船闸工作人员开闸关闸以及调度过程的效率，避免海上交通事故的发生。

④本发明的船闸资产数据、船舶AIS数据、船舶航行轨迹数据、船舶调度数据、船闸的开关数据等，都将作为基础数据、业务数据、历史数据分类存储，形成港口业务数据中心，为以后的行业领导决策提供了其实可行的专业依据。

附图说明

图1为船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统的总体架构图；

图2为船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统的工作流程图；

图3为船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统的功能结构图。

具体实施方式

下面结合图1 的船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统的总体架构图、图2 的船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统的工作流程图，对本发明的实施方式和实施步骤做进一步的详细说明。

实施例1

如题1所示，本发明提供一种船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统，所述系统包括船闸闸门、PLC控制器、中心服务器及存储设备、后端控制服务中心、前端用户端以及网络系统；其中，所述船闸闸门安装在河道边，所述船闸闸门上连接传感器，所述船闸闸门通过PLC控制器控制其开闭，所述PLC控制器与中心服务器间信息交互；

所述中心服务器分别与后端控制服务中心、前端用户端间通过网络系统进行信息交互；

所述后端控制服务中心包括基础管理模块、数据交换共享模块以及船闸集中控制模块；所述基础管理模块实现船闸的管理、系统的决策分析；所述数据交换共享模块，用于数据接收、分析、处理和共享功能，发布统一数据服务接口，供其他模块调用；所述船闸集中控制模块，实现地图图层展示、OPC驱动模块调用、船闸控制和船舶调度功能；

所述前端用户端包括船主使用的船舶停泊申请和船舶离港申请，以及船闸工作人员使用的查询功能。

所述船闸调度系统设有若干中心服务器、存储设备、防火墙、交换机；所述中心服务器中部署船闸调度系统，存储设备中部署数据交换共享服务，实现AIS数据、船舶数据、船闸数据的交换、共享和存储；

所述船闸调度系统中还架设前置机，所述前置机用于实现和AIS基站的数据通信，船舶通过无线网络将AIS信息传送至AIS基站，基站通过和闸站中心机房的前置机连接，实现数据通信。

所述基础管理模块用于实现船舶、船闸的基础数据的维护；同时，采集船闸闸门上下游、船闸水位信息，将所述上下游、船闸水位信息进行清洗过滤，发送至前端用户端，直观展示；

所述基础管理模块还用于实时记录船闸闸门开关、船舶调度的信息，查看日志、存储历史数据、生成图表，建立实时数据档案、主题数据档案、历史数据档案，实现对整个船闸调度系统的全生命周期管理。

所述数据交换共享模块在所述船闸调度系统其他各模块之间形成统一的数据交换协议、提供数据通讯标准和数据统一服务，并将船闸数据、船舶数据、地理信息数据、AIS数据汇总集成，形成信息数据模型和数据中心；

所述数据交换共享模块使用消息中间件实现消息调度、数据路由以及数据映射技术，实现信息交换与共享；

各前端用户端可通过网络信号实现与所述数据交换共享模块的数据接口的连接，所述数据交换共享模块通过消息调度和数据路由机制实现它们之间的对接，并根据需求，确定数据传输的路径，进行各应用模块间的数据交换；

在数据交换过程中，根据共享与交换数据的共性以XML格式进行数据映射和数据处理，并以数据日志对数据交换过程进行记录和监控。

所述船闸集中控制模块包括：地理信息图层展示子模块、OPC驱动子模块、船舶调度子模块、船闸控制子模块；采用分层分布式网络结构，通过前端用户端发送控制指令给所述船闸集中控制模块，所述船闸集中控制模块再将指令发送给PLC控制器，采用PLC程序来进行控制；

前端用户端主控级和现地单元之间采用TCP/IP标准规范的以太网方式连接，实现高速传输、集中控制。

实施例2

如图2、图3所示，本发明还提供上述船闸调度系统的调度方法，其具体包括以下步骤：

①准备工作

船闸调度系统，含数据库和应用服务，数据库部署在数据库服务器上，使用的数据库是MySql，提供数据的查询和存储功能，应用服务部署在应用服务器上，数据库服务器跟船闸内网连接，应用服务器设置成代理服务器，同时跟船闸内网、互联网连接。

前置机，与AIS基站无线连接，同时与船闸内网连接，将接收的AIS数据存储在数据库服务器的数据库里。

船舶船主使用的手机端，一台普通手机，能通过GPRS/4G等信号与互联网连接，能访问微信小程序，能发起船舶停靠申请、船舶离港申请。

船闸工作人员使用的手机端，一台普通手机，能通过无线与船闸内网连接，能审核船舶停靠申请、船舶离港申请，能控制船闸开关，能调度船舶。

船闸设备，跟闸站中心机房连接，通过RS485的串口通信方式，船闸设备上安装PLC控制器，船闸调度系统做为上位机，通过控制指令，发送给PLC控制器，从而实现上位机对下位机的控制，达到船闸开关的目的。

②软件系统启动

船闸调度系统，基于web容器，做初始化启动，通过加载系统所必须的组件和数据后，系统提供船闸管理控制、船舶调度等服务，可供外部使用者调用。

③接收&处理船舶AIS信息

前置机获取AIS基站的数据信息，存储在数据库中，船闸调度系统接收船舶船主发送的停泊或者离港申请，船闸调度系统根据AIS信息和船舶申请信息，做分析处理。

④选择船舶对象&发送控制指令

船闸调度系统根据船主发送过来的信息，会重点关注两个信息，一个是船舶的AIS信息（船舶唯一识别ID、船舶名称、航向、航速、实时经纬度信息等），另一个是停泊或者离港的申请信息，如果是停泊信息，则根据船舶的经纬度、航速、离港距离，根据一定的算法模型，计算出船舶停泊预警信息，并以消息的形式推送到船闸工作人员使用的移动手机端，船闸工作人员收到消息后，判断是否需要做船闸控制动作，如果需要，则在确认后，发送相关控制指令。控制指令由船闸调度系统发出，经过串口输出到OPC模块，OPC再将控制指令传给PLC控制器，PLC拿到开关量后，调动船闸的开关动作。如果是停泊申请，船闸工作人员还要将空闲泊位的信息发送给船舶船主，实现船舶的调度。

⑤共享停泊/离港信息

如果是船舶离港，船主发出离港申请后，船闸工作人员审核通过后，船闸调度系统将自动把当前船闸的基本信息（船闸名称、位置）和船舶的AIS信息（船舶唯一识别ID、船舶名称、航向、航速、实时经纬度信息等）发送给下游船闸，实现船闸信息、船舶信息、停泊/离港申请信息的及时共享。

⑥船闸联动

当下游船闸收到上游船闸发来的船舶离港信息后，船舶调度系统根据当前船舶的AIS信息（船舶唯一识别ID、航向、航速、实时经纬度信息），计算出船舶的预计靠泊时间、预计靠泊距离等信息，下游船闸的工作人员会收到相应的消息提醒并做好船舶泊位预留以及船舶进港调度的准备工作。船舶在正式入港之前需要继续提交船舶靠泊申请，并通过船闸调度系统做船闸的实际靠泊和调度操作，从而实现上下游船闸对船舶的联动处理。

⑦流程停止

当船舶经过多个船闸的时候，每个船闸都需要重复处理上述的③-⑥部分的流程步骤，直至通过所有的船闸。至此，一个完整的船闸管理、船舶调度流程闭环流程就结束了。

以上所述，仅是针对本发明的基本工作原理、工作流程以及较佳实现方式的概要描述而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本行业的技术人员以及业务人员，在不脱离本发明技术原理和实现方式的前提下，可能对本发明涉及的简单结构变换、各种变化和改进、以及本发明中实现优点的一个或者多个，均应视作本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统，其特征在于，所述系统包括船闸闸门、PLC控制器、中心服务器及存储设备、后端控制服务中心、前端用户端以及网络系统；其中，

所述船闸闸门安装在河道边，所述船闸闸门上连接传感器，通过PLC控制器控制其开闭，所述PLC控制器与中心服务器间信息交互；

所述中心服务器分别与后端控制服务中心、前端用户端间通过网络系统进行信息交互；

所述后端控制服务中心包括基础管理模块、数据交换共享模块以及船闸集中控制模块；所述基础管理模块实现船闸的管理、系统的决策分析；所述数据交换共享模块用于数据接收、分析、处理和共享功能，发布统一数据服务接口，供其他模块调用；所述船闸集中控制模块实现地图图层展示、OPC驱动模块调用、船闸控制和船舶调度功能；

所述前端用户端包括船主使用的船舶停泊申请和船舶离港申请，以及船闸工作人员使用的查询功能；

所述基础管理模块用于实现船舶、船闸的基础数据的维护；同时，采集船闸闸门上下游、船闸水位信息，将所述上下游、船闸水位信息进行清洗过滤，发送至前端用户端，直观展示；

所述基础管理模块还用于实时记录船闸闸门开关、船舶调度的信息，查看日志、存储历史数据、生成图表，建立实时数据档案、主题数据档案、历史数据档案，实现对整个船闸调度系统的全生命周期管理。

2.根据权利要求1所述的船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统，其特征在于，所述可视化调度系统设有若干中心服务器、存储设备、防火墙、交换机；所述中心服务器中部署船闸调度系统，存储设备中部署数据交换共享服务，实现AIS数据、船舶数据、船闸数据的交换、共享和存储；

所述可视化调度系统中还架设前置机，所述前置机用于实现和AIS基站的数据通信，船舶通过无线网络将AIS信息传送至AIS基站，基站通过和闸站中心机房的前置机连接，实现数据通信。

3.根据权利要求1所述的船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统，其特征在于，所述数据交换共享模块在所述可视化调度系统其他各模块之间形成统一的数据交换协议、提供数据通讯标准和数据统一服务，并将船闸数据、船舶数据、地理信息数据、AIS数据汇总集成，形成信息数据模型和数据中心；

所述数据交换共享模块使用消息中间件实现消息调度、数据路由以及数据映射技术，实现信息交换与共享；

各前端用户端可通过网络信号实现与所述数据交换共享模块的数据接口的连接，所述数据交换共享模块通过消息调度和数据路由机制实现前端用户端与服务后端之间的对接，并根据需求，确定数据传输的路径，进行各应用模块间的数据交换；

在数据交换过程中，根据共享与交换数据的共性以XML格式进行数据映射和数据处理，并以数据日志对数据交换过程进行记录和监控。

4.根据权利要求1所述的船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统，其特征在于，所述船闸集中控制模块包括：地理信息图层展示子模块、OPC驱动子模块、船舶调度子模块、船闸控制子模块；采用分层分布式网络结构，通过前端用户端发送控制指令给所述船闸集中控制模块，所述船闸集中控制模块再将指令发送给PLC控制器，采用PLC程序来进行控制；

前端用户端主控级和现地单元之间采用TCP/IP标准规范的以太网方式连接，实现高速传输、集中控制。

5.根据权利要求1所述的船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统的调度方法，其特征在于，所述调度方法包括以下步骤：

步骤一，相关数据的存储工作；

步骤二，船舶主用户端发起停泊申请或船舶离港申请；

步骤三，船闸工作人员用户端批准或拒绝申请，并将控制信号发送给所述后端控制服务中心；

步骤四，所述后端控制服务中心发出启动控制指令，经过串口输出到OPC模块，OPC再将控制指令传给PLC控制器，经PLC控制器调动船闸的开关动作；

步骤五，如果是停泊申请，船闸工作人员将空闲泊位的信息发送给船舶船主，实现船舶的调度。

6.根据权利要求5所述的船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统的调度方法 ，其特征在于，所述步骤一具体包括：

数据库和应用服务，所述数据库部署在中心服务器上，使用的数据库是MySql，提供数据的查询和存储功能，应用服务部署在应用服务器上，数据库服务器跟船闸内网连接，应用服务器设置成代理服务器，同时跟船闸内网、互联网连接；

前置机与AIS基站无线连接，同时与船闸内网连接，将接收的AIS数据存储在数据库服务器的数据库里。

7.根据权利要求5所述的船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统的调度方法 ，其特征在于，船舶主用户端发送的申请信息包括船舶的基本信息和停泊或者离港的申请信息。

8.根据权利要求7所述的船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统的调度方法 ，其特征在于，如果船舶离港，所述船舶主用户端发出离港申请，船闸工作人员审核通过后，所述可视化调度系统将会把当前船闸的基本信息和船舶的基本信息发送给下一个船闸，实现船闸信息、船舶信息、停泊/离港申请信息的实时共享。

9.根据权利要求5所述的船闸联动实现船舶智能管控的可视化调度系统的调度方法 ，其特征在于，将所述方法应用于多个连续船闸之间，当下游船闸工作人员用户端收到上游工作人员微信小程序发来的船舶离港信息后，所述船舶调度系统根据当前船舶的AIS信息计算出该船舶的预计靠泊时间、预计靠泊距离信息，下游船闸的工作人员用户端收到相应的消息提醒并做好船舶泊位预留以及船舶进港调度的准备工作；在所述船舶在正式入港之前继续提交船舶靠泊申请，并通过船闸调度系统做船闸的实际靠泊和调度操作，从而实现上下游船闸对船舶的联动处理。

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