一种船闸安全感知与智能管控方法及系统与流程

本技术涉及船闸自动化，尤其涉及一种船闸安全感知与智能管控方法及系统。

背景技术：

1、船闸是内河航运的关键通航建筑物，其运行管理具有操控精度高、流程复杂、安全风险大等特点。随着内河航运量持续增长，传统依赖人工操控与目视巡查的管理模式在通行效率、运营成本与安全保障等方面的局限性日益凸显。

2、近年来，数字孪生技术被引入船闸管理领域。现有技术如cn113722806a公开了一种基于数字孪生的智慧船闸运营管控系统，实现了孪生建模、数据接入、仿真控制、智能排档、远程申报等功能，通过数据驱动孪生模型展示运行状态。然而，当前技术仍存在以下不足：

3、一，重展示、轻安全。现有系统主要实现运行状态的可视化展示和数据统计分析，缺乏对过闸关键节点（如船舶停靠核验、系缆确认、闸门通道安全、闸室出空）的无人化安全前置条件自动判定能力，无法支撑真正的全流程自动化运行。

4、二，安全感知维度单一。对于船舶吃水深度、净空高度等关键安全数据的获取仍依赖人工目测或船员自报，缺乏基于视觉和激光雷达的自动检测手段；对于系缆状态、闸门对中、门头跳动、行人闯入等风险点的感知几乎空白，无法形成有效的安全监测网络。

5、三，孪生系统与物理控制系统脱节。孪生系统仅用于展示，未与闸门、阀门的控制系统建立安全联锁机制。当孪生系统识别到风险（如行人闯入闸门区域）时，无法自动触发物理设备停止动作，安全响应严重滞后，依赖人工远程干预。

6、四，缺乏对特殊工况的应对。如受涌潮影响的船闸，缺乏挡潮门预警与孪生联动的机制。

7、因此，亟需一种能够将数字孪生与自动化安全判定、多维度感知、控制联锁深度融合的系统及方法。

技术实现思路

1、本技术提供一种船闸安全感知与智能管控方法及系统，以实现船闸运行从“数据驱动展示”向“安全驱动控制”的跨越。

2、第一方面，本技术提供一种船闸安全感知与智能管控方法及系统，该方法由计算设备执行。计算设备可以理解为计算机等设备，本技术在此不做限定。该方法包括：

3、构建面向船闸自动化运行管控的数字孪生基础引擎，根据数字孪生基础引擎构建融合多波束水下地形及水陆一体化高精度孪生场景模型；根据船舶设计图、船舶外观照片及三维激光点云数据构建船舶数字孪生体模型；将高精度孪生场景模型与船舶数字孪生体模型进行集成，构建数字孪生场景；通过数据网络实时采集船闸关键位置的安全监测数据；其中，安全监测数据包括吃水与超高检测数据、进闸身份与数量确认数据、闸室排档与系缆数据、船舶越线数据、闸门区域安全数据、闸室出空数据和运行环境数据中的至少一种；使用安全监测数据驱动数字孪生场景，对船闸安全进行检测和告警，当判断存在风险时，向控制系统发送中断指令，实现船闸的安全感知与智能管控。

4、通过上述方式，本技术开发面向船闸场景适配的数字孪生基础引擎；构建融合多波束水下地形及倾斜摄影的水陆一体化高精度孪生场景；构建基于设计图与激光点云的船舶数字孪生体；布设覆盖锚地、引航道、闸室、闸门区域的立体化安全感知设备网络；接入船舶吃水视觉检测数据、激光雷达测高数据、进闸身份与数量识别数据、闸室排档比对数据、系缆状态识别数据、船舶越线报警数据、闸门行人闯入检测数据、闸门对中与门头跳动检测数据、闸室出空确认数据；接入船闸自动化运行控制系统的全流程操控信号与安全联锁信号；实现基于实时感知数据的数字孪生场景动态驱动与安全状态可视化；实现过闸全流程关键节点的无人化安全前置条件自动判定，并与闸门/阀门控制系统形成安全联动闭环；实现基于吃水与超高检测的超限预警及拦截；实现基于排档图与停靠位置比对的智能纠错；实现基于电子围栏与热成像的行人闯入联锁停机；实现挡潮门涌潮预警与安全管控；实现孪生数据面板、运行报警与养护闭环管理。

5、前述的船闸安全感知与智能管控方法中，构建面向船闸自动化运行管控的数字孪生基础引擎，根据数字孪生基础引擎构建融合多波束水下地形及水陆一体化高精度孪生场景模型，包括：

6、数字孪生基础引擎内置船闸运行专用动态组件库，包括水位驱动的水面动态渲染组件、闸门或阀门启闭仿真组件、船舶航行轨迹跟踪组件、信号灯状态同步组件中的至少一种；多源地理信息数据包括遥感地图与数字高程数据、倾斜摄影测量数据、多波束水下地形测量数据、船闸设计图及建筑信息模型中的至少一种；高精度孪生场景模型的场景内容覆盖上下游航道及锚地场景、上下游引航道场景、船闸本体、机电设备、系船柱、靠船墩中的至少一种。

7、通过上述方式，本技术构建面向船闸自动化运行管控的数字孪生基础引擎系统，具备大范围水陆一体化场景的三维实时渲染能力、多类型孪生体协同管理能力，并提供三维逼真数字环境下的场景浏览、孪生体查询定位、天气与光照模拟等基本功能。

8、前述的船闸安全感知与智能管控方法还包括：

9、通过工业控制网络及安全可编程逻辑控制器接口，接入船闸自动化运行控制系统，生成操控信号与状态反馈信号；其中，操控信号与状态反馈信号包括闸门启闭机的控制指令及到位状态反馈、输水阀门启闭机的控制指令及开合度反馈、船闸集中控制系统的运行模式信号、交通信号灯的控制信号、室外照明及广播系统的控制信号中的至少一种。

10、通过上述方式，本技术实现数字孪生场景与物理船闸运行的实时动态同步，并形成“感知-孪生-判定-联动”的安全闭环。

11、前述的船闸安全感知与智能管控方法中，当判断存在风险时，向控制系统发送中断指令，实现船闸的安全感知与智能管控，包括：

12、在数字孪生场景中对闸门启闭机、输水阀门、交通信号灯进行远程状态监视和操作权限管理，当数字孪生系统基于安全感知数据判定存在风险时，通过安全联锁信号接口向控制系统发送中断指令，物理设备立即停止动作。

13、通过上述方式，本技术实现数字孪生系统从“被动展示”向“主动安全管控”的升级。

14、前述的船闸安全感知与智能管控方法中，当判断存在风险时，向控制系统发送中断指令，实现船闸的安全感知与智能管控，还包括：

15、根据风险等级将向控制系统发送的指令分为提示、预警、联锁三个等级；其中，提示级包括船舶停靠位置偏离排档图、系缆超时未完成、闸门正常磨损数据记录中的至少一种；预警级包括船舶吃水或超高超限、闸门对中偏差超限、门头跳动异常、水位异常波动、涌潮逼近警戒值、风力达到警戒值中的至少一种；联锁级包括闸门区域行人闯入、船舶越线未退出、闸门启闭过程中荷载仪数据异常变大或变小、危险品船舶违规进入禁停区中的至少一种；联锁级报警自动触发中断指令，向控制系统下发设备急停或禁止动作指令。

16、通过上述方式，本技术实现了过闸全流程关键节点的无人化安全前置条件自动判定，能够在行人闯入、船舶越线、闸门卡滞等危险工况下自动触发设备急停，显著提升了船闸运行的安全性和自动化水平。

17、前述的船闸安全感知与智能管控方法还包括：

18、通过船舶数字孪生体模型存储设备档案，当发现问题时，在数字孪生场景的对应位置生成问题标记，以供运维人员制定维护方案。

19、通过上述方式，维护人员在孪生场景中可直观查看问题分布，制定维护方案、指派任务、跟踪养护进度，实现巡检-上报-处置-验收的闭环管理。

20、第二方面，本技术提供一种船闸安全感知与智能管控系统，用于执行本技术第一方面的相关内容，包括：模型构建模块、数字孪生场景构建模块、安全监测模块和安全告警模块；

21、其中，模型构建模块，用于构建面向船闸自动化运行管控的数字孪生基础引擎，根据数字孪生基础引擎构建融合多波束水下地形及水陆一体化高精度孪生场景模型；模型构建模块，还用于根据船舶设计图、船舶外观照片及三维激光点云数据构建船舶数字孪生体模型；数字孪生场景构建模块，用于将高精度孪生场景模型与船舶数字孪生体模型进行集成，构建数字孪生场景；安全监测模块，用于通过数据网络实时采集船闸关键位置的安全监测数据；其中，安全监测数据包括吃水与超高检测数据、进闸身份与数量确认数据、闸室排档与系缆数据、船舶越线数据、闸门区域安全数据、闸室出空数据和运行环境数据中的至少一种；安全告警模块，用于使用安全监测数据驱动数字孪生场景，对船闸安全进行检测和告警，当判断存在风险时，向控制系统发送中断指令，实现船闸的安全感知与智能管控。

22、第三方面，本技术还提供一种计算设备，包括：存储器，用于存储程序指令；处理器，用于调用存储器中存储的程序指令，按照获得的程序指令执行实现上述第一方面的方法。

23、第四方面，本技术还提供一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机可读指令，当计算机读取并执行计算机可读指令时，实现上述第一方面的方法。

24、第五方面，本技术提供了一种计算机程序产品，包括有可由计算机设备执行的计算机程序，当程序在计算机设备上运行时，使得计算机设备执行实现上述第一方面的方法。

25、有益效果：本技术开发面向船闸场景适配的数字孪生基础引擎；构建融合多波束水下地形及倾斜摄影的水陆一体化高精度孪生场景；构建基于设计图与激光点云的船舶数字孪生体；布设覆盖锚地、引航道、闸室、闸门区域的立体化安全感知设备网络；接入船舶吃水视觉检测数据、激光雷达测高数据、进闸身份与数量识别数据、闸室排档比对数据、系缆状态识别数据、船舶越线报警数据、闸门行人闯入检测数据、闸门对中与门头跳动检测数据、闸室出空确认数据；接入船闸自动化运行控制系统的全流程操控信号与安全联锁信号；实现基于实时感知数据的数字孪生场景动态驱动与安全状态可视化；实现过闸全流程关键节点的无人化安全前置条件自动判定，并与闸门/阀门控制系统形成安全联动闭环；实现基于吃水与超高检测的超限预警及拦截；实现基于排档图与停靠位置比对的智能纠错；实现基于电子围栏与热成像的行人闯入联锁停机；实现挡潮门涌潮预警与安全管控；实现孪生数据面板、运行报警与养护闭环管理。