基于无线通信系统的船闸智能控制

基于无线通信系统的船闸智能控制

张学荣

（江苏省运西船闸管理所江苏扬州225600）

摘要：近几年我国经济的飞速发展，离不开交通运输行业所做出的的贡献，其中，除了道路运输行业促使我国经济增长以外，近几年我国水路运输行业也在蓬勃发展。在我国南方大部分地区，水路交通四通八达，逐渐形成一个水路交通网络。由于我国幅员辽阔，各省市之间的地势存在着很大差异，一些地方地势高，一些地方地势低，因此为保证船舶在航道中能够正常通行，船闸这一通航建筑物被广泛应用到运河航道之中。现为提高运输效率以及安全系数，将用无线通信系统来替代传统的有线控制系统。下面本文将结合作者自身多年工作经验，谈一谈基于无线通信系统的船闸智能控制等相关工作。

关键词：无线通信系统；船闸；智能；控制

引言：随着我国近几年贸易货物流通量逐渐加大，水路运输行业也随之得到快速发展，通过水路运输可以加大货物运输量，并且相比于陆路运输水路运输耗时更短，但是船舶在整个运输过程中，通过船闸占据了大部分时间，老式的船闸控制系统是通过有线连接和人工操控的，不仅耗时多，耗费人力也巨大，一套船闸控制系统需要几十人进行操控，并且控制难度也十分复杂。就三峡为例，传统的船闸控制系统要通过船舶，整个操作过程直至完成需要三到四个小时，而利用无线通信系统来控制船闸的开闭工作会将时间缩短至一小时左右，因此无线通信系统来控制船闸的工作效率是显而易见的，而这一科技研发项目也理所当然成为现今水路运输行业所关注的重点。

1我国船闸控制系统现状

从目前来看，我国许多航道上所应用的船闸控制系统是集中控制和分散控制的，这两种控制系统都是通过安装在操作控制中心的计算机来操控。另外在监控中心来查看船闸的工作状态以及船舶通航状态。这两种传统的集散化的船闸控制方式决定了需要很多操控人员协同工作，并且限制了操控人员的工作地点，操控人员必须在操控机房内，而船闸开闭，船舶通航这一系列工作必须有工作人员进行现场安全查看，但是由于这种传统控制系统的弊端，因而一旦出现突发情况，操控人员无法在第一时间获得信息并且做出紧急措施，造成不可挽回的损失。

2无线通信系统的组成

无线通信系统又可以称为无线电通信系统，可以通过其传输信号的方式，覆盖频率范围以及无线通信系统的工作用途分为三类。尽管无线通信系统的种类有很多，并且不同种类之间的差异也很大，但是无线通信系统的组成元件都是万变不离其宗的。

2.1无线通信的传播途径

说到通信，首先要有其通信的传播途径或介质，而电磁波就是无线通信系统的传播介质，电磁波主要有通过绕射传播的地波，通过反射和折射传播的天波以及直射的空间波，而在船闸控制系统中，将应用到地波作为传输介质，地波的传输距离虽然相比于另外两种电磁波较短，但其传播速度快，不受气候影响，可靠性高。通过地波的特点来看，这种电磁波非常适用于船闸控制的无线通信系统。

2.2无线通信的发射装置

a.转换器：在船闸控制工作中，需要进行语音通话，因此将应用到转换器，转换器作用便是将发出的信息转换为电信号。

b.发射机：由于电信号的消失十分快，所要在将信息传播到指定位置时便已经消失，因此要应用发射机将电信号变为高频电磁波进行传输。

c.天线：在将电信号变为高频电磁波后，需要将高频电磁波传入传输介质中，因此天线便是这一作用。

2.3无线通信的接收装置

接受装置与发射装置工作原理相同，但其结构与发射装置相反。它先是用天线接受传输过来的电磁波，再利用接收机将高频电磁波转变为电信号，最后利用转换器将电信号转换为接受的信息。

3无线通信智能控制系统构成

简述完无线通信系统组成后，下面谈一谈怎样应用无线通信系统进行船闸地智能控制：

3.1上位机

上位机是对船闸的开闭工作发出指令的计算机，在船闸智能控制系统中，应用上位机首先来接收各个工作组的数据，并且确保各个组件数据的时效性，其中工作组件包括闸门内外的水位水压，电机的电压，液压泵的所承受压力；其次通过上位机来实时监控船舶通航状态，并且监测闸门内外水位的变化；在上位机中还将设置统计与记录功能，对通航船舶的工作时间，船舶排水量以及闸门工作程度进行统计与记录工作；最后设置紧急报警装置，对突发的事故故障进行报警，并且针对事故故障进行分析，在第一时间内根据类型做出相应的措施。

3.2下位机

下位机是直接从上位机中获取工作信号的计算机，下位机获取工作信号后，进行处理，将指令传送给各个工作组件。上位机与下位机的关系可以参考主机和副机的工作关系。从根本上来讲上位机是人的大脑，而下位机是人的四肢，通过上位机的信号，下位机针对船闸控制系统做出发出工作信号，并且下位机直接实时监测各个工作组建的工作状态，一旦发生故障，第一时间将信息传送给上位机然后再接收上位机所发出的处理信号，及时进行补救措施。

3.3搭建闸门智能控制平台

为了使闸门完全基于无线通信的智能控制状态，在主要闸门控制系统完成后，要建立闸门控制的相关频道或者手机APP，将船舶与控制室上位机进行相连，当船舶需要打开闸门通航时，在控制平台将数据发出，上位机接收数据后，对船舶信息进行核对，并根据现场水压以及各方面数值进行判断是否满足通航要求，如果满足则将工作信号发送给上位机，从而进行整个开闸工作。

3.4监控与传感器实时传送工作状态

该系统的构成一个重要目标就是智能化，因此在考虑到船闸开闭工作期间需要工作人员进行现场巡视这一工作要求，特意在闸门上按照传感器以及监控探头，首先，监控探头直观地反应船舶通行状态，并根据GIS系统进行微观监测船舶是否存在不规范通航现象；其次安装在闸门上的传感器是通过监测闸门受压力程度以及水位高度将船舶通航所关联的各个数据传输给控制室上位机。监控与传感器所得的相关数据都将传输给上位机，上位机通过分析数据来获得船舶通航状态从而对闸门开闭状态进行调整。

3.5语音智能通信

语音智能通信功能其工作模式与车载GPS导航系统相仿，但该系统是通过获取船舶的位置信息以及船舶的体积和排水量数据后对船舶通航所需要的空间以及船闸打开状态进行比对然后通过语音能力，对船舶驾驶人员进行导航，确保船舶安全通航。

4船闸智能控制系统研发技术要点

4.1船舶与船闸控制系统间的通信保障

由于水路航线时为了避免通信信号较弱，因而采取无线电信号传播从而达到船舶与船闸控制系统间的通信。但是无线电通信也同样存在弊端，由于无线电信号是以波的形式传播，因此距离越长，波段越短，直至消失，为确保通信正常，要设立多个接收点，及时捕捉到无线电信号，并且确保无线电信号的接收与发射工作。

4.2确保船闸正常工作采用多控制系统

为了防止一套控制系统的突发故障，因此可以选择多个控制系统来控制一道闸门。但是为避免多个控制系统上位机下达的命令存在时间差异，所以多个控制系统还是与同一套传感器和上位机相连，即一个上位机对多个下位机发出指令，在下位机同时向各个工作组件船舶控制信号后，才可以开始船闸开闭工作。

结束语

无线通信系统应用到船闸控制工作中，将使得船闸的工作更加智能化的同时也会更加安全，并且，船闸控制系统的工作效率也完成影响着船舶通航的便捷程度以及船舶通航量，相信随着无线通信系统对船闸的智能控制这一技术不断完善，基于无线通信系统的船闸智能控制终将取代传统的集散化控制船闸的工作方式。

参考文献：

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[2]马楠.基于无线传感器网络的船闸监控系统[J].科技信息，2012，26：255.

[3]郭劲梅.飞来峡船闸信息管理系统的智能化研究[J].中国水运（下半月），2016，1602：72-73.

作者简介：

张学荣（1967.8.22），男，汉族，学历：大专籍贯：江苏高邮，单位：江苏省运西船闸管理所，单位：江苏省扬州市单位邮编：225600研究方向：电器类