CN115240472A - 一种船闸智能运营与服务系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种船闸智能运营与服务系统，包括：服务管理平台，服务管理平台通讯连接有若干船舶终端、智能船闸、移动终端，所述服务管理平台设置在数据管理主机内，数据管理主机设置在航运运营服务中心，服务管理平台包括多级船闸协同管控系统，多级船闸协同管控系统通信连接控制若干船闸控制系统，多级船闸协同管控系统上连接有若干信息收集系统，信息收集系统包括智能船闸系统、过闸船舶信息收集系统，本发明将移动互联网、物联网、船闸电气控制、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
技术领域
本发明涉及内河航运技术领域，具体为一种船闸智能运营与服务系统。
背景技术
作为一个河网密度极大，最大值达12.7km/km2、海岸线达3.2万公里的国家，水运是我国最主要的货运手段之一。当前我国水路运输不断发展，长江水运通道已超过密西西比河和莱茵河，成为世界上最繁忙、运量最大的内河运输通道。但是目前我国的货运周转量承担值只有49.77％，与发达国家的75％相比，相差悬殊。
内河船舶运输是交通运输的一种重要方式，对于促进和均衡区域经济发展有积极作用，然而航运中的船闸调度本质上仍是依赖运管人员的手工编排方式，使得调度计划编制缓慢，调度水平参差不齐，从而导致船闸的整体利用效益低下，制约了内河航运运力的提高和地区经济的进一步发展。因此实现船闸调度的自动化，是维护航运安全，提升经济效益的必然要求。
然而随着通过运河的船舶数量和吨位迅速发展船闸的发展总跟不上运量的需求。船闸调度通常是在“先来先过”的前提下，以实现闸室面积利用率最大化为目标，船闸通航能力的主要影响因素有船闸参数、船舶流量、水位、风雾等。其中船闸参数、船舶流量、客货船舶混合过闸以及大型船舶过闸均极大地影响了船舶过闸的效率。船舶过闸调度不仅需要考虑时间优先的原则来减少通航时间，也需要尽可能提高闸室利用率，还需保证部分船舶优先过闸。目前内河航运主要采用人工编排调度计划的调度方式，人工排船时通常选择减少单次过闸船数、降低闸室利用率的方式来缓解过闸等待时间长的问题，调度过程慢、调度水平低、缺乏科学性，而且人工排档方法太过依赖人为决策，对决策者个人的经验、知识能力等要求很高，决策的科学性较低。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种船闸智能运营与服务系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种船闸智能运营与服务系统，包括：服务管理平台，所述服务管理平台通讯连接有若干船舶终端、智能船闸、移动终端，所述服务管理平台设置在数据管理主机内，所述数据管理主机设置在航运运营服务中心，所述服务管理平台包括多级船闸协同管控系统，所述多级船闸协同管控系统通信连接控制若干船闸控制系统，所述多级船闸协同管控系统上连接有若干信息收集系统，所述信息收集系统包括智能船闸系统、过闸船舶信息收集系统，所述过闸船舶信息收集系统安装在航行船舶上，所述多级船闸协同管控系统上连接有过闸预约系统，过闸预约系统通过无线通信连接于船舶终端，船舶终端分配给各个航运船舶，所述多级船闸协同管控系统采用多闸协同管控方法进行调度排序。
所述过闸船舶信息收集系统包括船舶信息收集单元、船舶吃水深度检测单元、碰撞预警单元，船舶吃水深度检测单元对船舶的吃水深度进行实时监测和预警、碰撞预警单元对船舶周围环境进行实时监测和预警，所述船舶信息处理系统上还连接有船舶报警系统，当船舶信息处理系统收到船舶信息收集单元、船舶吃水深度检测单元、碰撞预警单元的警报信息及时通过船舶报警系统通知船员。
所述智能船闸系统包括：船闸闸室、智能监控室，所述船闸闸室通信连接于智能监控室，智能监控室连接控制船闸闸室，所述船闸闸室进出闸两端设有过闸报到区，所述过闸报到区内设有过闸报到信息确认系统，所述船闸闸室一端设有进水闸门、另一端设有排水闸门，所述智能监控室连接控制进水闸门、排水闸门，所述船闸闸室内设有若干闸室监控装置，闸室监控装置通信连接于智能监控室，所述船闸闸室两岸内设有若干应力监控传感器，应力监控传感器通信连接于智能监控室，所述闸室监控装置包括闸室水深监测激光传感器、闸室形变监测激光传感器，所述闸室水深监测激光传感器、闸室形变监测激光传感器安装在传感器安装支架上。
所述传感器安装支架包括闸室形变监测激光传感器安装板、闸室水深监测激光传感器安装板，所述闸室形变监测激光传感器安装板安装在闸室形变监测激光传感器安装架上、闸室水深监测激光传感器安装板安装在闸室水深监测激光传感器安装架上，所述闸室形变监测激光传感器安装架、闸室水深监测激光传感器安装架一端通过旋转锁紧螺栓安装在第一调整座上，所述第一调整座通过固定螺栓安装在第二调整支架上，所述第二调整支架通过固定螺栓安装在第三调整支架上，第三调整支架安装固定在船闸闸室内上端。所述闸室形变监测激光传感器安装架、闸室水深监测激光传感器安装架中部与第二调整支架之间设有调整支撑架，所述调整支撑架包括调整支撑杆，所述调整支撑杆一端通过旋转支撑销安装在闸室形变监测激光传感器安装架、闸室水深监测激光传感器安装架上，所述调整支撑杆另一端通过滑动锁止销安装在调节支撑槽内，所述调节支撑槽固定安装在第二调整支架上。
所述第二调整支架包括第二调整架、第二支撑架，第一调整座通过固定螺栓安装在第二调整架上，所述第二调整架、第二支撑架之间平行设置，所述第二支撑架两侧设有调整导向滑槽，第二调整架滑动安装在调整导向滑槽内，第二调整架、第二支撑架之间设有第二调整锁止螺栓。所述第二调整架两侧设有调整驱动皮带，所述调整驱动皮带两端安装在调整支撑轮上，所述调整支撑轮通过支撑轮安装轴承座安装在第二支撑架上，所述调整驱动皮带上的调整支撑轮上设有调整驱动电机，调整驱动电机安装在第二支撑架上。
所述第三调整支架包括第三调整架、第三支撑架，第二支撑架通过固定螺栓安装在第三调整架上，所述第三调整架、第三支撑架之间平行设置，所述第三调整架、第三支撑架之间设有剪刀撑，所述剪刀撑一端通过前支架调整拉杆安装在第三支撑架上、另一端通过后支架调整拉杆安装在第三调整架上。
所述前支架调整拉杆、后支架调整拉杆包括双头螺杆，所述双头螺杆两端设有剪刀撑驱动套，剪刀撑驱动套安装在剪刀撑上，所述剪刀撑驱动套外侧的螺杆插入在第三调整架、第三支撑架上的螺孔内，所述第三调整架、第三支撑架外端的双头螺杆上设有调节螺套。所述双头螺杆中部外侧设有滑动导向肋条，所述剪刀撑驱动套内设有肋条导向槽，剪刀撑驱动套定向滑动安装在双头螺杆外侧。
所述多闸协同管控方法包括以下步骤：
步骤(1).多级船闸协同管控系统通过信息收集系统和过闸预约系统进行信息收集；
步骤(2).对信息收集系统和过闸预约系统收集的信息进行处理，并进行船舶过闸排序；
步骤(3).当船舶排序满足均衡约束后进去船闸待进区，否则继续进行排序等待；
步骤(4).当船闸待进区满足直接开闸条件则进行闸室排挡，并进行过闸调度；否则将继续等待，并将信息同步给上下游船闸的船闸控制系统。
所述多级船闸协同管控系统的过闸排序控制函数为：
其中，λ1、λ2分别为子目标F1、F2的权重系数；满足0≤λ1、λ2≤1且λ1+λ2＝1；F1为平均闸室面积利用率；
F2为兰平均待闸时间为T，平均待闸时间比。
所述
设过闸船舶总面积为S，计划期内船闸闸次累加面积为A；其中r、i、j、k分别表示船闸、闸室、闸次、船序；nk为计划期内过闸船舶总数；nri为计划期内第r个船闸i闸室闸次总数；nr为第r个船闸闸室总数；nz为船闸总数；Lrijk是第k条船的长，Wrijk是第k条船的宽，Lri为第r个船闸第i闸室的长，Wri为第r个船闸第i闸室的宽。
所述
所述
其中
设平均待闸时间为T，平均待闸时间比为F2；其中trijk是第r个船闸i闸室j闸次第k船到达时间；trij是第r个船闸i闸室j闸次开闸时间；Tc是根据实际船闸服务水平等级设定的常数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将移动互联网、物联网、船闸电气控制、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。
附图说明
图1为本发明的系统架构图。
图2为本发明的服务管理平台架构示意图。
图3为本发明的过闸船舶信息收集系统架构示意图。
图4为本发明的智能船闸系统结构示意图。
图5为本发明的传感器安装支架结构示意图。
图6为本发明的第二调整支架结构示意图。
图7为本发明的第三调整支架结构示意图。
图8为本发明的支架调整拉杆结构示意图。
图9为本发明的碰撞预警单元的计算示意图。
图10为本发明的船舶吃水深度的检测方法计算示意图。
图11为本发明的多闸协同管控方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以两个元件内部的连通。
如图1～11所示，一种船闸智能运营与服务系统，包括：服务管理平台100，所述服务管理平台100通讯连接有若干船舶终端300、智能船闸400、移动终端200，所述服务管理平台100设置在数据管理主机内，所述数据管理主机设置在航运运营服务中心，所述服务管理平台100包括多级船闸协同管控系统，所述多级船闸协同管控系统通信连接控制若干船闸控制系统，所述多级船闸协同管控系统上连接有若干信息收集系统，所述信息收集系统包括智能船闸系统、过闸船舶信息收集系统，所述过闸船舶信息收集系统安装在航行船舶上，所述多级船闸协同管控系统上连接有过闸预约系统，过闸预约系统通过无线通信连接于船舶终端，船舶终端分配给各个航运船舶，所述多级船闸协同管控系统采用多闸协同管控方法进行调度排序。
所述过闸船舶信息收集系统包括船舶信息收集单元、船舶吃水深度检测单元、碰撞预警单元，船舶吃水深度检测单元对船舶的吃水深度进行实时监测和预警、碰撞预警单元对船舶周围环境进行实时监测和预警，所述船舶信息处理系统上还连接有船舶报警系统，当船舶信息处理系统收到船舶信息收集单元、船舶吃水深度检测单元、碰撞预警单元的警报信息及时通过船舶报警系统通知船员。
所述智能船闸系统包括：船闸闸室1、智能监控室4，所述船闸闸室1通信连接于智能监控室4，智能监控室4连接控制船闸闸室1，所述船闸闸室1进出闸两端设有过闸报到区7，所述过闸报到区7内设有过闸报到信息确认系统8，所述船闸闸室1一端设有进水闸门2、另一端设有排水闸门3，所述智能监控室4连接控制进水闸门2、排水闸门3，所述船闸闸室1内设有若干闸室监控装置5，闸室监控装置5通信连接于智能监控室4，所述船闸闸室1两岸内设有若干应力监控传感器，应力监控传感器通信连接于智能监控室4，所述闸室监控装置5包括闸室水深监测激光传感器、闸室形变监测激光传感器，所述闸室水深监测激光传感器、闸室形变监测激光传感器安装在传感器安装支架上。
所述传感器安装支架包括闸室形变监测激光传感器安装板52、闸室水深监测激光传感器安装板51，所述闸室形变监测激光传感器安装板52安装在闸室形变监测激光传感器安装架53上、闸室水深监测激光传感器安装板51安装在闸室水深监测激光传感器安装架54上，所述闸室形变监测激光传感器安装架53、闸室水深监测激光传感器安装架54一端通过旋转锁紧螺栓安装在第一调整座上，所述第一调整座通过固定螺栓安装在第二调整支架59上，所述第二调整支架59通过固定螺栓安装在第三调整支架510上，第三调整支架510安装固定在船闸闸室内上端。所述闸室形变监测激光传感器安装架53、闸室水深监测激光传感器安装架54中部与第二调整支架59之间设有调整支撑架，所述调整支撑架包括调整支撑杆57，所述调整支撑杆57一端通过旋转支撑销安装在闸室形变监测激光传感器安装架53、闸室水深监测激光传感器安装架54上，所述调整支撑杆57另一端通过滑动锁止销安装在调节支撑槽58内，所述调节支撑槽58固定安装在第二调整支架59上。
所述第二调整支架59包括第二调整架91、第二支撑架93，第一调整座通过固定螺栓安装在第二调整架91上，所述第二调整架91、第二支撑架93之间平行设置，所述第二支撑架93两侧设有调整导向滑槽92，第二调整架91滑动安装在调整导向滑槽92内，第二调整架91、第二支撑架93之间设有第二调整锁止螺栓94。所述第二调整架91两侧设有调整驱动皮带95，所述调整驱动皮带95两端安装在调整支撑轮96上，所述调整支撑轮96通过支撑轮安装轴承座安装在第二支撑架93上，所述调整驱动皮带95上的调整支撑轮96上设有调整驱动电机，调整驱动电机安装在第二支撑架93上。
所述第三调整支架510包括第三调整架104、第三支撑架105，第二支撑架93通过固定螺栓安装在第三调整架104上，所述第三调整架104、第三支撑架105之间平行设置，所述第三调整架104、第三支撑架105之间设有剪刀撑101，所述剪刀撑101一端通过前支架调整拉杆103安装在第三支撑架105上、另一端通过后支架调整拉杆102安装在第三调整架104上。
所述前支架调整拉杆103、后支架调整拉杆102包括双头螺杆202，所述双头螺杆202两端设有剪刀撑驱动套201，剪刀撑驱动套201安装在剪刀撑101上，所述剪刀撑驱动套201外侧的螺杆插入在第三调整架104、第三支撑架105上的螺孔内，所述第三调整架104、第三支撑架105外端的双头螺杆202上设有调节螺套203。所述双头螺杆202中部外侧设有滑动导向肋条204，所述剪刀撑驱动套201内设有肋条导向槽，剪刀撑驱动套201定向滑动安装在双头螺杆202外侧。
所述多闸协同管控方法包括以下步骤：
步骤(1).多级船闸协同管控系统通过信息收集系统和过闸预约系统进行信息收集；
步骤(2).对信息收集系统和过闸预约系统收集的信息进行处理，并进行船舶过闸排序；
步骤(3).当船舶排序满足均衡约束后进去船闸待进区，否则继续进行排序等待；
步骤(4).当船闸待进区满足直接开闸条件则进行闸室排挡，并进行过闸调度；否则将继续等待，并将信息同步给上下游船闸的船闸控制系统。
多级船闸协同管控系统满足的目标一是调度部门希望闸室面积利用率尽可能大；二是船员希望过闸过程中待闸时间尽可能小。基于这两点，设计的多闸协同调度模型重点考虑利用平均闸室面积利用率和平均船舶待闸时间构建目标函数。
(1)平均闸室面积利用率
设过闸船舶总面积为S，计划期内船闸闸次累加面积为A；其中r、i、j、k分别表示船闸、闸室、闸次、船序；nk为计划期内过闸船舶总数；nri为计划期内第r个船闸i闸室闸次总数；nr为第r个船闸闸室总数；nz为船闸总数；Lrijk是第k条船的长，Wrijk是第k条船的宽，Lri为第r个船闸第i闸室的长，Wri为第r个船闸第i闸室的宽。
平均闸室面积利用率：
(2)平均待闸时间
设平均待闸时间为T，平均待闸时间比为F2。其中trijk是第r个船闸i闸室j闸次第k船到达时间；trij是第r个船闸i闸室j闸次开闸时间；Tc是根据实际船闸服务水平等级设定的常数。
(3)目标函数
考虑子目标问题一致性，可对F1进行取倒数处理，进而将调度模型的多目标优化问题转化为单目标优化问题：
其中，λ1、λ2分别为子目标F1、F2的权重系数；满足0≤λ1、λ2≤1且λ1+λ2＝1。
基本流程模块如下：
1)初始化参数
主要包括船闸数量、各船闸对应闸室数量、闸室最小时间间隔、不同类型船舶极限等待时间等。
2)船舶规则排序
将船舶按重点优先以及时间先后规则进行排列。即公务船＞客船＞鲜货船普通货船，同一优先级按时间先后顺序排列。
3)均衡约束分析
判断是否满足同船闸不同闸室之间的负载均衡约束条件。
4)开闸情况判断
将子目标权重约束与上下游相邻船闸约束相结合。
计划期内，如果trij+ΔTri≤t，船闸r在当前时刻t等待过闸船舶面积之和
时选择开闸，目标函数重点考虑子目标平均待闸时间；当前船闸等待船舶较少即
时，选择继续等待，提高闸室面积利用率、降低运行成本。
当前船闸等待船舶适中即
时将优化问题的两个子目标按权重均衡设定，同时考虑相邻船闸约束。上游相邻船闸
或者下游相邻船闸
时，则该船闸r在该时刻t开闸；否则，继续等待。
5)闸室排挡算法
闸室排挡直接直接影响到船闸调度系统的运行效率。相关数值模拟结果表明，蚁群算法在闸室排挡中具有一定优势。
在闸室排挡问题中，将计划期内所有过闸船舶划分进子集Gz，每一个顶点都代表一艘过闸船舶，因此每一个顶点具有两个属性：过闸船舶尺寸(长X宽)与过闸船舶到达时间。所有船闸闸次划分为另一个子集Gc，每一个顶点代表每一个唯一确定的闸次，也具有两个属性：闸室尺寸(长X宽)和该闸次开闸时间。所有蚂蚁均为从子集Gz中某一顶点出发在子集Gc中寻找某一与之匹配的顶点，而后所有蚂蚁重新从子集Gz中下一顶点出发在子集Gc中寻找某一与之匹配的顶点。依次循环，直至蚂蚁按照一定的约束条件将计划期内所有子集Gz的过闸船舶都匹配至子集Gc中的某一闸次，蚂蚁的一次循环访问宣告结束。对此次循环访问的所有蚂蚁进行信息素局部更新。在一次迭代结束时，比较所有蚂蚁循环访问后生成的排挡计划，将此次迭代最优排挡计划与历史最优排挡计划相比较，若此次迭代最优排挡计划优于历史最优排挡计划，则更新历史最优排挡计划。对此次迭代生成最优排挡计划的蚂蚁进行信息素全局更新。
考虑到闸室排挡与原始商旅问题的差异性，子集Gc中当前只有唯一闸次j，蚂蚁k选择将子集Gz中船舶i排入闸次j的概率为：
其中q∈[0，1]，
ηij为启发程度，τij为信息素浓度。
为避免排挡冲突，Gz与Gc的映射关系需要满足约束条件：
1)子集Gc中的每一个顶点必须满足闸室对过闸船舶的空间约束。
2)子集Gc中的每一个顶点必须满足过闸船舶之间的空间约束。
μ(xrijk-xrijc-Lrijc)+μ(xrijc-xrijk-Lrijk)+μ(yrijk-yrijc-Wrijc)+μ(yrijc-yrijk-Wrijk)≥1
其中，
为跃阶函数
c是第r个船闸第i闸室第j闸次内已排入船舶，任意k≠cc＝1，2，…，nk。
3)过闸船舶到达时间与其相应闸次匹配
当子集Gz中的过闸船舶i到达时间晚于子集Gc中唯一闸次j的开闸时间，则过闸船舶i选择闸次j过闸的状态转移概率
设计的排挡算法流程如下：
Stepl：根据一个计划期内过闸船舶信息、船闸信息预估该船闸的总开闸次数
Step2：根据预估的总开闸次数，对计划期时间均分，生成初始开闸时间表
Step3：初始化蚁群算法参数
Step4：根据过闸船舶到达时间与船闸开闸时间差，建立所有过闸船舶到各闸次的路线，子集Gc中每一个闸次顶点含一个记录该闸次状态信息的变量U[j]
Step5：清空每一个蚂蚁的记忆表，设定初始U[j]＝0
Step6：当前迭代次数N＝E
Step7：令初始蚂蚁m＝l
Step8：选择过闸船舶k＝l
Step9：计算状态转移概率
Step 10：判断k是否是最后一条过闸船舶，若k是最后一条过闸船舶，则进入Stepll；否则，令k＝k+l,返回Step9,计算状态转移概率
Stepll：选择最大转移概率对应的过闸船舶k,将过闸船舶k排入该闸次。如果排不下去，寻找第二大转移概率对应的过闸船舶，将过闸船舶k排入。如果仍然排不进去再寻找下一条过闸船舶，直至所有过闸船舶都试排完或船闸排满。如果当前过闸船舶排进船闸，则记录相关信息
Stepl2：计算目标函数值
Stepl3：进行局部更新
Stepl4：判断是否所有蚂蚁均完成一次循环。若所有蚂蚁完成一次循环，进入Stepl5；否则，令m＝m+l,返回Step8
Step 15：进行全局更新
Stepl6：当前迭代次数是否达到最大迭代次数，若己达到最大迭代次数，则进入Stepl7；若不满足，则令N＝N+1,返回Step7
Stepl7：计算目标值，输出全局最优，排挡结束。
所述碰撞预警单元的计算方法，包括以下步骤：
步骤(1).固定环境信息收集单元，测量环境信息收集单元高度H；
步骤(2).采集航道内的图像，在航道区域对物体进行检测，通过矩形框将物体形状框出来；
步骤(3).结合矩形框信息，找到该矩形框底边的两个像平面坐标，分别记为(u1，v1)和(u2，v2)；使用几何关系推导法，由像平面坐标点(u1，v1)、(u2，v2)推导出平面坐标(x1，y1)、(x2，y2)；通过欧氏距离公式计算出水平方向距离；
步骤(4).计算图像坐标中心对应的世界坐标点与摄像头在y轴上的距离O3M；镜头中心点的图像坐标O1(ucenter，vcenter)；
步骤(5).测量像素点的图像坐标P1(u，0)、Q1(u，v)实际像素的长度xpix，实际像素的宽度ypix，摄像头焦距f；
β＝α-γ
这样就可以得到垂直方向的坐标
Y＝O3P
由
X＝PQ。
所述环境信息收集单元结合船舶AIS、北斗终端和网络智能终端等感知手段，能够获取船舶的名称、类型、型深、位置、航速、航向信息。
所述船舶吃水深度检测单元的检测方法，包括以下步骤：
步骤(1).固定环境信息收集单元，测量环境信息收集单元位置信息；
步骤(2).通过传感器得到重构出船舶的三维立体模型，应用计算模型去掉船头、船尾部分，从船身部分找出一条船舷拟合的直线；
激光传感器接收到“船舶进入”的监测指令后，测量出传感器至水面的高度h1。由于水面并非一个纯平面，而是存在很多波浪变化，并且环境信息收集单元到水面的距离数据有时会受到环境因素的影响而产生噪声数据。通过对该数据的预处理可以有效避免噪声数据对计算水面高度的干扰。
水面数据预处理的方法：
1)假设采集到的传感器数据为Dataij，i＝1，2，...，N，N表示传感器采集周期，j＝1，2，...，M，M表示每个周期采样点个数，初始设每个数据点Dataij权重为pij＝1。
2)计算数据均值μ：
3)更新权重pij，去除离散点。设在域值范围内的Dataij为有效数据，置pij＝1，否则pij＝0，再次计算数据均值μ。
4)重复2)和3)，直到μ收敛为止，μ即为所求环境信息收集单元到水面的距离数据。
在计算得到传感器至水面距离h1的基础上，高精度云台带动激光雷达以角度r向下扫描目标船舶，得出其与甲板之间的直线距离s。h3是从AIS信号接收器提取出的船型深度。
因此，环境信息收集单元到船舶甲板的垂直高度计算公式为：
h2＝s×cosr
船身干舷高度的计算公式为：
h4＝h1-h2＝h1-s×cosr
最终，船舶实际吃水深度的计算公式为：
h＝h3-h4＝h3-(h1-s×cosr)
船舶载重量检测和超载超吃水预警方法：结合船舶实际吃水深度和从AIS获取的船舶基本信息，可以得到船舶的载重量。通过比较船舶实际吃水深度和船舶核载吃水深度、航道警戒吃水深度，可以判别船舶是否存在超载和超吃水情况。
在完成对目标船舶信息智能感知、载重量和超载超吃水检测的基础上，若船舶实际吃水深度h小于该船舶核定吃水深度，则则向相关部门和人员发送船舶载重量信息，为船舶过闸自动收费提供准确的数据支持；若船舶实际吃水深度h大于该船舶核定吃水深度和航道警戒吃水深度，则向相关部门和人员发送该船舶的警示信息，并留存船舶实际吃水深度检测结果、船舶载重量计算结果和船舶图像数据。
所述闸室形变监测激光传感器工作方法为：
步骤(1)：在船闸闸室内上端位置(B0)安装激光发射和接受装置，观测目标点(B1)在Y方向的位置变动，如果目标在Y方向位置有改变，会引起测距值的变化，在理想情况下，测距值变化量就是目标在Y方向的位置变化量(dy)；dy＝l-l0，其中l是本次测距值，l0是初次安装传感器时的基准测距值；
步骤(2)：建立多个测量断面监测船闸闸室内上端网络，断面内各监测点信号发射源共基准，测量每断面船闸闸室内上端6自由度变化，利用基准网络计算方法，每个船闸闸室内上端B0自身利用三轴陀螺仪和磁力计可检测自身方位变动的三轴转角角度变化(θx，θy，θz)，消除B0自身旋转引起的测量值变化后，B1的实际坐标变动，
R为B0和B1之间的距离，上式计算中已消去小角度转动情况下的高阶小量这样就测出了B1相对于B0的坐标变化；
步骤(3)：通过逐测量基准传递的方式，B0监测B1的变动，B1可以向后监测B2的变动…；这样可以得到任意一个断面的绝对坐标变动量Di
本发明构建的多闸协同联合调度模型可以提高内河航运上下游整体航运效率。在目标函数方面，考虑船舶数量受天气、时间等因素的影响会有较大区别，提出的子目标权重约束可以根据当前时刻过闸船舶数目做出相应调整。此外考虑到相邻船闸之间的影响，调度模型通过采用串并联结合形式设定船闸参数，提高算法适用性。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。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种船闸智能运营与服务系统，包括：服务管理平台(100)，其特征在于：所述服务管理平台(100)通讯连接有若干船舶终端(300)、智能船闸(400)、移动终端(200)，所述服务管理平台(100)设置在数据管理主机内，所述数据管理主机设置在航运运营服务中心，所述服务管理平台(100)包括多级船闸协同管控系统，所述多级船闸协同管控系统通信连接控制若干船闸控制系统，所述多级船闸协同管控系统上连接有若干信息收集系统，所述信息收集系统包括智能船闸系统、过闸船舶信息收集系统，所述过闸船舶信息收集系统安装在航行船舶上，所述多级船闸协同管控系统上连接有过闸预约系统，过闸预约系统通过无线通信连接于船舶终端，船舶终端分配给各个航运船舶，所述多级船闸协同管控系统采用多闸协同管控方法进行调度排序。
2.根据权利要求1所述的一种船闸智能运营与服务系统，其特征在于：所述过闸船舶信息收集系统包括船舶信息收集单元、船舶吃水深度检测单元、碰撞预警单元，船舶吃水深度检测单元对船舶的吃水深度进行实时监测和预警、碰撞预警单元对船舶周围环境进行实时监测和预警，所述船舶信息处理系统上还连接有船舶报警系统，当船舶信息处理系统收到船舶信息收集单元、船舶吃水深度检测单元、碰撞预警单元的警报信息及时通过船舶报警系统通知船员。
3.根据权利要求1所述的一种船闸智能运营与服务系统，其特征在于：所述智能船闸系统包括：船闸闸室(1)、智能监控室(4)，所述船闸闸室(1)通信连接于智能监控室(4)，智能监控室(4)连接控制船闸闸室(1)，所述船闸闸室(1)进出闸两端设有过闸报到区(7)，所述过闸报到区(7)内设有过闸报到信息确认系统(8)，所述船闸闸室(1)一端设有进水闸门(2)、另一端设有排水闸门(3)，所述智能监控室(4)连接控制进水闸门(2)、排水闸门(3)，所述船闸闸室(1)内设有若干闸室监控装置(5)，闸室监控装置(5)通信连接于智能监控室(4)，所述船闸闸室(1)两岸内设有若干应力监控传感器，应力监控传感器通信连接于智能监控室(4)，所述闸室监控装置(5)包括闸室水深监测激光传感器、闸室形变监测激光传感器，所述闸室水深监测激光传感器、闸室形变监测激光传感器安装在传感器安装支架上。
4.根据权利要求3所述的一种船闸智能运营与服务系统，其特征在于：所述传感器安装支架包括闸室形变监测激光传感器安装板(52)、闸室水深监测激光传感器安装板(51)，所述闸室形变监测激光传感器安装板(52)安装在闸室形变监测激光传感器安装架(53)上、闸室水深监测激光传感器安装板(51)安装在闸室水深监测激光传感器安装架(54)上，所述闸室形变监测激光传感器安装架(53)、闸室水深监测激光传感器安装架(54)一端通过旋转锁紧螺栓安装在第一调整座上，所述第一调整座通过固定螺栓安装在第二调整支架(59)上，所述第二调整支架(59)通过固定螺栓安装在第三调整支架(510)上，第三调整支架(510)安装固定在船闸闸室内上端。所述闸室形变监测激光传感器安装架(53)、闸室水深监测激光传感器安装架(54)中部与第二调整支架(59)之间设有调整支撑架，所述调整支撑架包括调整支撑杆(57)，所述调整支撑杆(57)一端通过旋转支撑销安装在闸室形变监测激光传感器安装架(53)、闸室水深监测激光传感器安装架(54)上，所述调整支撑杆(57)另一端通过滑动锁止销安装在调节支撑槽(58)内，所述调节支撑槽(58)固定安装在第二调整支架(59)上。
5.根据权利要求4所述的一种船闸智能运营与服务系统，其特征在于：所述第二调整支架(59)包括第二调整架(91)、第二支撑架(93)，第一调整座通过固定螺栓安装在第二调整架(91)上，所述第二调整架(91)、第二支撑架(93)之间平行设置，所述第二支撑架(93)两侧设有调整导向滑槽(92)，第二调整架(91)滑动安装在调整导向滑槽(92)内，第二调整架(91)、第二支撑架(93)之间设有第二调整锁止螺栓(94)。所述第二调整架(91)两侧设有调整驱动皮带(95)，所述调整驱动皮带(95)两端安装在调整支撑轮(96)上，所述调整支撑轮(96)通过支撑轮安装轴承座安装在第二支撑架(93)上，所述调整驱动皮带(95)上的调整支撑轮(96)上设有调整驱动电机，调整驱动电机安装在第二支撑架(93)上。
6.根据权利要求4所述的一种船闸智能运营与服务系统，其特征在于：所述第三调整支架(510)包括第三调整架(104)、第三支撑架(105)，第二支撑架(93)通过固定螺栓安装在第三调整架(104)上，所述第三调整架(104)、第三支撑架(105)之间平行设置，所述第三调整架(104)、第三支撑架(105)之间设有剪刀撑(101)，所述剪刀撑(101)一端通过前支架调整拉杆(103)安装在第三支撑架(105)上、另一端通过后支架调整拉杆(102)安装在第三调整架(104)上；所述前支架调整拉杆(103)、后支架调整拉杆(102)包括双头螺杆(202)，所述双头螺杆(202)两端设有剪刀撑驱动套(201)，剪刀撑驱动套(201)安装在剪刀撑(101)上，所述剪刀撑驱动套(201)外侧的螺杆插入在第三调整架(104)、第三支撑架(105)上的螺孔内，所述第三调整架(104)、第三支撑架(105)外端的双头螺杆(202)上设有调节螺套(203)。所述双头螺杆(202)中部外侧设有滑动导向肋条(204)，所述剪刀撑驱动套(201)内设有肋条导向槽，剪刀撑驱动套(201)定向滑动安装在双头螺杆(202)外侧。
7.根据权利要求1所述的一种船闸智能运营与服务系统，其特征在于：所述多闸协同管控方法包括以下步骤：
步骤(1).多级船闸协同管控系统通过信息收集系统和过闸预约系统进行信息收集；
步骤(2).对信息收集系统和过闸预约系统收集的信息进行处理，并进行船舶过闸排序；
步骤(3).当船舶排序满足均衡约束后进去船闸待进区，否则继续进行排序等待；
步骤(4).当船闸待进区满足直接开闸条件则进行闸室排挡，并进行过闸调度；否则将继续等待，并将信息同步给上下游船闸的船闸控制系统。
8.根据权利要7述的一种船闸智能运营与服务系统，其特征在于：所述多级船闸协同管控系统的过闸排序控制函数为：
其中，λ1、λ2分别为子目标F1、F2的权重系数；满足0≤λ1、λ2≤1且λ1+λ2＝1；F1为平均闸室面积利用率；
F2为兰平均待闸时间为T，平均待闸时间比。
9.根据权利要8的一种船闸智能运营与服务系统，其特征在于：所述
设过闸船舶总面积为S，计划期内船闸闸次累加面积为A；其中r、i、j、k分别表示船闸、闸室、闸次、船序；nk为计划期内过闸船舶总数；nri为计划期内第r个船闸i闸室闸次总数；nr为第r个船闸闸室总数；nz为船闸总数；Lrijk是第k条船的长，Wrijk是第k条船的宽，Lri为第r个船闸第i闸室的长，Wri为第r个船闸第i闸室的宽。
10.根据权利要9的一种船闸智能运营与服务系统，其特征在于：所述
所述
其中
设平均待闸时间为T，平均待闸时间比为F2；其中trijk是第r个船闸i闸室j闸次第k船到达时间；trij是第r个船闸i闸室j闸次开闸时间；Tc是根据实际船闸服务水平等级设定的常数。
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