水利船闸智能运管系统应用研究与实践

0  引言

船闸是通航建筑物主要形式 ,其作用在于帮助克服上下游水位落差 , 以达到船舶顺利通行的目的 。据统计 ,全国有900多座船闸 ,仅江苏就有150多座船闸(含套闸、节制闸通航孔),分别由水利或交通运输部门等单位管理 。随着我国内河水运交通量的持续增加 ,船闸通过能力相对船舶过闸需求不足的矛盾愈发突出 ^[1] ,在不改变基础设施的情况下 ,优化交通组织能够提高通过能力与服务质量 ,有利于船闸更加高效地发挥作用^[2]。

1    背景与现状

1.1    船闸通行能力提升途径
船闸作为水路咽喉要道和服务窗口 ,其通行效率关系到水网通畅与安全 , 并直接反映工程管理单位的服务水平 。船闸的通过能力不仅与其规模和技术指标有关 ,还与船型、交通负荷和调度方式等因素有关^[2] 。 国内船闸通行能力的提升大致有三个途径: 一是二三线闸室扩建 ,增加闸室数量以适应日益增长的需求;二是通行等级提升 ,改建船闸以适应船舶大型化、匹配航道等级;三是通过信息化、智能化技术应用和数据赋能 ,提高船闸管理水平和运行效率。

当前 ,船闸建设面临的土地 、资金 、生态等要素约束愈发严格 ,依靠工程建设来提高船闸通行能力的困难程度不言而喻 。相较于新建或改扩建船闸庞大的资金需求及漫长的建设周期 ,通过充分挖掘现有船闸资源 ,加强队伍建设 ,提高船闸的维修养护水平 ,重视船闸数字化新技术的应用 ,从而提高船闸运营管理水平 ,具有明显的资金优势和时效优势 ,应作为提高船闸通行能力的首要手段。因此 ,不可单纯依赖增加闸室数量或提高船闸等级来缓解过闸压力 , 只有通过建设智能运管系统实现船闸服务流程重构和管理数字化转型 ,才是短时间内突破“瓶颈 ”最有效可行的途径。

1.2    面临的挑战及原因分析

邵仙套闸是江都水利枢纽工程的重要组成部分 ,位于扬州市江都区仙女镇以北的高水河。多年来船闸运行一直采取船员在南、北远调站上岸登记 ,核定吨位和人工窗口收费的调度收费管理模式 。船舶过闸需要先在指定停泊区停靠 ,船员携带证件上岸登记、核对、刷卡缴费 ,再回船等待调度指令。

从整体上看 ,船闸运行管理中面临的挑战主要包括过闸流程烦琐、设备设施老化、人员老龄化及技能不足、设计尺寸限制、船型标准化程度低及内控监督机制缺失等方面。过闸流程烦琐 ,船员需要上下船办理过闸手续 ,费时费力且不方便 ,也不安全;设备设施老化影响闸门的灵活启闭与监控系统准确性 ,降低了通航效率和安全性;人员老龄化及技能不足导致操作不规范、沟通响应迟缓 ,影响调度效率; 设计尺寸限制使得船闸难以适应船舶大型化趋势 ,过闸等待时间较长 ,甚至会引发严重拥堵现象;船型标准化程度低加大了船舶过闸编排难度 ,闸室空间利用率不高;内控监督机制不健全造成管理效率低下 ,难以及时应对突发情况,增加了运行风险。这些挑战共同制约了船闸运行效率、服务效能和安全性的提高。

邵仙套闸近年来通过持续的升级改造 ,包括自动化监控系统、过闸收费系统的建设 ,在一定程度上缓解了部分矛盾 。但是在运行管理方面仍完全依赖服务窗口和人工登记收费 ,已难以适应水运快速发展 ,特别是船舶大型化、通过量激增等情况 ,不能满足船舶快捷过闸的实际需求 ,从而导致了运行管理与服务中的各种问题 ,不仅降低了通航效率 ,更是通航安全的重要隐患 。高水河是江都水利枢纽向北送水的主要通道 ,当抽水站大流量送水时 ,水体会产生较大的纵向流速 ,容易导致上行船舶上岸缴费时出现安全事故。

因此 ,为了提高通行效率和管理水平 ,必须通过 “智改网联 ,数据赋能 ”,从变革业务模式入手 ,开展邵仙套闸智能运管系统的建设 ,实现以智能过闸服 务模式为核心的运行管理数字化转型 ,彻底破解过闸流程烦琐的突出问题。

1.3    智能过闸服务模式

随着以物联网、大数据为代表的信息技术发展 ,国内各地均在积极探索和试点推进船舶智能过闸服务 ,部分已取得较好的应用效果。智能过闸服务重点实现了船舶调度和收费的智能化 ,基于移动互联网实现“过闸不上岸 ,服务不见面”。由于管理体制和运营模式差异 ,各地智能过闸服务的技术实现形式各异 ,概括起来主要有三种:一是以西南省份为代表的“以电养航”不收费模式 ,船闸仅以运行调度为核心 ,免收过闸费 ,系统功能复杂度及技术难度相对较低;二是以江浙省份为代表的“计次收费”模式 ,采用船舶总吨或核载吨位(不分空重载)单一费率收费 ,功能复杂度及技术难度适中;三是以安徽为代表的“计量收费”模式 ,依据船舶空重载状态计费 ,采取空、重载状态双费率甚至三费率(空载、半载、满载)方式收费 ,功能复杂度及技术难度相对较高。

智能过闸服务模式的本质是业务流程的变革 ,通过船舶身份识别、电子支付、智能调度、电子发票、消息推送等技术综合运用 ,船舶过闸从原来的上岸、登记、缴费、打票、回船、待闸、进出闸优化为远程申报、登记、自助缴费、待闸、进出闸、发票推送。最重要的是 ,船员只需一部智能手机 ,全过程远程在线操作 ,方便快捷 ,动动手指就免去了从前上下船奔波的辛苦 ,应用实效明显。

2   水利船闸智能运管系统设计

2.1    业务场景目标

彻底变革邵仙套闸运行管理模式 ,借助互联网等数字化技术 ,从面向管理转型为面向服务 ,由“面对面 ”办理手续升级为远程“不见面”信息交互 , 以服务船员为中心重组优化过闸流程 ,建立新的“远程申报—审核确认—自助缴费—远程调度”流程 , 提供便民、快捷的过闸服务 ,提升整体运行效率和本质安全性。

智能运管系统需实现手机申报、审核确认、远程缴费、调度过闸及电子发票推送等功能应用。船员只需一部智能手机 ,足不出船即可完成船舶过闸的所有操作 ,做到过闸不上岸 ,缴费不跑腿。

2.2    过闸流程优化

过闸船员办理手续全面数字化、远程化 ,下船上岸登记、缴费、等待通知的烦琐过程全部改由智能手机+互联网渠道完成 。过闸流程关键步骤如下:

1)远程申报:船员使用智能手机APP自助填报航次信息并提交过闸申请,运管系统自动关联船舶身份。

2)审核确认:在运管系统中 ,工作人员审核船员的申报信息 ,确认无误后通过审核。符合条件的诚信船舶到闸也可自动报到并由系统自动审核 ,完成远 程登记。

3)自助缴费:审核通过后 ,船员在APP中选择合适的支付方式进行闸费缴纳 。闸费由系统根据计费标准自动计算和显示。

4)远程调度:已缴费成功的船舶接收到调度指令后 ,根据工作人员相应通知 ,驶入等待区准备进闸或直接进闸。

5)过闸确认:船舶实际通过船闸后 ,工作人员在系统中进行信息核对稽查 ,完成过闸确认操作。

6)发票推送:经确认的过闸船舶由运管系统自动通知税控平台开具电子发票 ,发票链接可通过短信推送至船员手机 ,或在APP中按需查询下载。

不上岸过闸流程如图1所示。

2.3    系统结构设计

充分消化吸收国内智能过闸服务模式优点 ,结合套闸在计费标准、电子发票及支付渠道等方面的实际需求 ,形成适用于邵仙套闸的智能运管系统 ,如图2所示。

数据层包括船舶资料 、船舶位置 、运调数据 、收费数据及历史数据等主题数据库;平台层主要是支撑系统运行的基础运行环境、数据治理服务、用户认证服务及电子地图引擎(选用公共地图);应用层工作人员使用电脑端Web应用 ,船员使用手机端APP应用 ,包含运调收费、聚合支付、远程申报、电子发票、 船舶识别等子系统或模块;船舶自动识别手段主要考虑使用智能手机定位;电子发票开具和管理 ,按照政策要求通过与现有税控发票平台规范对接实现。

软件开发技术路线为JAVA Web体系 ,选用主流 TOMCAT开源容器 ,手机端通信基于HTTPS协议 ,保证安全性、易用性、兼容性和可维护性 。采用SOA面向服务体系架构 ,运行调度子系统与其他子系统之间以Web服务方式松耦合挂接。

2.4    主要功能设计

智能运管系统在功能模块设计方面聚焦快捷 、高效、所见即所得的设计目标 ,互联共享各类数据资源 ,融合打造形成技术先进的便民服务与智能管理一体化信息系统。船舶资料、运行调度、闸费管理、统计分析及系统维护等面向工作人员的功能集合为运调收费子系统 ,该子系统也是整个系统的主体。远程申报子系统采用面向过闸船员的手机APP,该子系统是过闸信息服务的主要载体;聚合支付、电子发票 、船舶识别作为相对独立的子系统设计 , 形成运调收费与远程申报、聚合支付、电子发票、船舶识别子系统“1+4”功能框架 ,如图3所示。各子系统共享一套数据环境 ,无缝对接税控发票管理平台 ,全面兼容主流第三方支付渠道。

2.4. 1   运调收费子系统

由船舶资料、运行调度 、闸费管理 、统计分析及系统维护等模块组成 ,实现船舶资料管理、调度指令生成与发布、闸费自动计算、缴费通知生成、数据统计与报表分析等功能。

2.4.2   远程申报子系统

包含远程申报、电子缴费和过闸记录、消息推送等功能。手机APP提供船舶过闸业务办理功能及信息查询服务 。船员通过智能手机自助进行远程登记和闸费电子支付 ,并接收自动发送的电子发票、过闸调度指令等信息。

2.4.3   聚合支付子系统

建立聚合支付通道 ,开发“多合一”支付接口 ,对接支付宝、微信及网银在线支付平台实现多种支付方式。支付子系统与调度子系统无缝关联 ,负责发起支付和退款 ,记录交易情况 ,并记录每一笔交易的详细信息 ,包括交易时间、金额、支付方式等。

2.4.4    电子发票子系统

实现收费开票一体化应用 。开票接口实现开票请求 、结果查询 、作废申请以及红字发票等相应功能 ,支持发票作废申请和红字发票的开具。

2.4.5   船舶识别子系统

包含电子报到区、船舶识别、实时位置获取等功能。在套闸区域的电子地图中划设报到区电子围栏 ,船舶进入报到区后 ,自动关联识别其身份 ,用于审核确认和调度业务操作。

3    系统应用实践

3.1    建设历程与成效

2020年9月 ,邵仙套闸智能运管系统上线运行 ,全面支撑不见面过闸服务 ,手机远程申报缴费 ,船舶自动识别 ,船员自动接收调度通知 ,移动互联网+过闸服务全面赋能套闸运行管理 。系统实现了过闸收费、调度以及日常管理的综合应用 ,在江苏省水利系统率先自主提供了微信、支付宝、银行卡在线聚合支付服务 ,不但节约了运行管理成本 ,降本增效 ,同时还缩短了船舶过闸时间 ,提升了服务水平。2022年12月 ,智能运管系统按照全新架构对原有调度、收费、分析、服务等模块进行了优化升级 ,运行调度子系统功能升级 ,进一步提高了技术兼容性和性能 ,夯实了软件安全基础 ,优化了用户操作体验 ,可为过往船舶提供更高效便捷的服务 。邵仙套闸运行管理稳步迈入“水上ETC”时代。

3.2    应用特色总结

邵仙套闸智能运管系统的研究与实践 ,实现了运行效率和服务质量双提升。系统的成功应用表明 ,运用现代信息技术实施智能化改造、推进数字化转型 ,是提升船闸管理水平的有效手段和提高为民服务能力的有效途径。

3.2. 1   面向服务对象的过闸流程重组优化

智能运管系统变革“下船—上岸—回船”传统过闸流程 ,以船员服务对象为中心 ,在吸收国内智能过闸模式的基础上进行重组优化 ,建立了符合邵仙套闸实际的过闸流程。系统通过引入物联网技术 ,能够自动识别船舶身份 ,自动计算过闸费用 ,并通过手机APP实现远程缴费 。这种自动化、自助化的流程设计极大地便利了闸船沟通 ,缩短了过闸时间 ,船员无须上岸即可完成所有手续 ,过闸体验非常友好。

3.2.2   聚合主流支付渠道便利在线自助缴费

系统在水利系统率先打造了包含支付宝 、微信及银行卡缴费的聚合支付平台 ,实现了主流支付渠道全覆盖 ,可由船员自主选择缴费方式。这一创新举措提高了操作便捷性和系统可靠性 ,满足了服务对象多样化的支付需求。

3.2.3    电子发票开具推送自动化、一体化

系统在设计时结合船员需求和管理实际 ,在满足税务监管要求的前提下 ,实现收费和开票功能自动化、一体化运行 。在人工推送电子发票的基础上 ,进一步简化了票据管理 ,从人工推送升级为自动推送 。船舶过闸确认后 ,系统自动开具过闸费发票 ,并自动向船员手机端推送电子发票链接 ,船员可随时按需下载。

3.2.4   服务模式转变推进综合管理提质增效

智能运管系统的实施不仅让船员真正体验了互联网带来的便利 ,享受到更加便捷、高效、安全的过闸服务 ,在推动邵仙套闸综合管理方面也发挥了重要作用 。过闸秩序难管理、船员反复投诉、运行安全风险多、一线人员不足和老龄化严重等运行管理、综合管理问题得到解决或缓解 。一线人员劳动强度大幅降低 ,内部管理矛盾压力明显减少 ,推进了套闸综合管理提质增效。

4   总结与展望

创新发展不停步 ,为民服务无止境。我们身处一 个数字化、网络化和智能化技术快速迭代升级的时 代 , 以计算机、互联网、人工智能为代表的技术持续赋能千行万业 ,不断催生各种新场景、新模式、新应用 ,改变人们的生产生活方式 ,推进社会高质量发展。

1)智能运管系统的建立帮助邵仙套闸成功应对了发展中面临的各种挑战 ,也为后续发展奠定了良好基础 。一方面 ,随着智能手机、移动通信网更新换代 ,移动应用形态也在发生转变 ,手机APP将往小程序“轻应用”方向演化 ,更加方便船员安装使用;另一方面 ,随着系统深化应用 ,信息资源不断积累 ,在数据挖掘分析、智能预测调度、安全监测预警、全自动化运行和内部考核管理等工作中都将发挥更大作用。

2)网络安全、数据安全相关法规密集出台 ,国家在网络空间治理、网络安全管理方面的要求越来越严格。智能运管系统业务融合度高 ,套闸运行管理工作对其依赖性强 ,一旦发生网络攻击等事件将造成较大社会影响 ,必须严格落实法规要求 ,从理念、技术、管理层面全面实施网络安全监测和加固 ,并注重培养既熟悉系统又懂网络、懂安全的自主专业技术力量 ,强化网络和数据安全管控能力。

3)船闸通行管理涉及多个部门机构 ,并且会跨越不同机构的辖区 ,如邵仙套闸上下游都设置有交通船闸 ,船舶交通安全则主要由交通执法部门实施监管。智能运管系统使用后 ,多个单位可以及时互通管理信息 ,共同保障船舶顺畅过闸 ,但由于没有做到实时联网 ,缺少跨部门数据共享加持 ,“一船多方”的协调机制作用没有得到充分发挥 ,围绕船舶过闸“一件事”的联动监管、协同服务合力仍待加强。

4)智能运管系统的研究实践为水利枢纽工程数字化、智能化发展提供了有益探索。江苏水利船闸数量多 ,其中有部分仍在延续传统运行和收费模式 ,已不能满足船员快捷过闸需求 ,船闸单位和有关主管部门可加大信息化建设力度 ,加快智改数转网联 ,提升行业数字化服务水平。

[参考文献]

[1]王炜 ,过秀成.交通工程学[M].2版.南京:东南大学出版社 ,2011.

[2]孔庄 ,廖鹏 ,杨春红 ,等.船闸运行状态与通过能力仿真分析[J].水利水运工程学报 ,2017(1):73-79.

2024年第21期第8篇