智慧航运背景下船闸智能化改造的关键技术与应用成效 

一、引言

智慧航运是以数字化、网络化、智能化技术为支撑，实现航运要素高效配置、航运服务精准供给、航运管理协同高效的新型航运发展模式。近年来，我国先后出台《国家综合立体交通网规划纲要》《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》等政策，明确提出推进智慧航运建设，加快内河航运基础设施智能化升级。船闸作为连接不同水位航道、调节船舶通行的关键枢纽，其运行效率直接影响内河航运的整体通行能力。传统船闸依赖人工操作与经验调度，存在船舶待闸时间长、能源消耗大、运维成本高、安全风险突出等问题，已难以适应智慧航运“高效、绿色、安全、协同”的发展需求。

数据显示，我国现有内河船闸超 1300 座，其中多数建成时间较早，智能化水平偏低。以长江干线为例，2024年高峰时段船舶平均待闸时间达20-30小时，部分繁忙船闸甚至超过48 小时，制约了长江黄金水道功能的发挥。在此背景下，推进船闸智能化改造，通过技术赋能突破传统运营瓶颈，成为智慧航运建设的重要突破口。本文围绕船闸智能化改造的关键技术体系与应用实践，深入分析技术落地成效，为行业发展提供实践借鉴。

二、船闸智能化改造的关键技术体系

船闸智能化改造是多技术融合应用的系统工程，核心在于通过技术集成实现“感知 - 决策 - 控制 - 调度 - 运维”全流程智能化，主要涵盖以下关键技术领域。

( 一) 智能感知技术：构建全方位状态监测网络

智能感知是船闸智能化的基础，通过部署多类型感知设备，实现对船舶、船闸设施、水文环境等要素的实时精准监测。一是船舶动态感知技术，采用毫米波雷达、高清视频监控（AI 识别）、AIS（船舶自动识别系统）融合技术，实现对过往船舶的身份识别、尺寸测量、航迹追踪及违章行为监测，替代传统人工登记核验模式。

( 二) 自动控制技术：实现船闸运行无人化操作

自动控制技术是船闸摆脱人工依赖、提升运行效率的核心，重点包括闸门自动控制与输水系统智能调控两大方向。闸门自动控制采用 PLC（可编程逻辑控制器）结合变频调速技术，根据智能感知系统获取的船舶进出闸信号，自动完成闸门开启、关闭、锁定等一系列操作，避免人工操作的延迟与误差。同时，引入模糊控制算法，根据闸门运行速度、水位差等参数动态调整控制策略，减少闸门启闭过程中的冲击振动，延长设备使用寿命。输水系统智能调控则通过流量传感器实时监测输水流量，结合船舶吨位、水位落差等数据，采用PID（比例 - 积分 - 微分）控制算法优化输水阀门开度，实现“快速输水、平稳过闸”，较传统人工控制可缩短输水时间 15%-20% ，降低能源消耗 10%-15% 。

( 三) 数据融合与决策支持技术：提升运营管理智能化水平

船闸运行产生的感知数据具有多源、异构、海量的特点，需通过数据融合与决策支持技术挖掘数据价值，实现智能化管理决策。一是数据融合技术，采用边缘计算与云计算协同架构，边缘节点对感知设备采集的实时数据进行预处理（过滤、清洗、格式转换），再传输至云端平台进行深度融合，消除数据冗余与冲突，形成统一的船闸运行数据库。二是大数据分析技术，运用机器学习算法对船舶通行数据、设备运行数据、环境数据进行分析，预测船舶到闸高峰时段、设备故障风险及航道拥堵情况。例如，通过分析历史通行数据，可精准预测未来 24 小时内的船舶到闸数量，预测误差控制在 10% 以内。三是智能决策支持系统，基于融合数据与分析结果，自动生成船舶调度方案、设备维护计划及应急处置建议，辅助管理人员快速决策。

三、船闸智能化改造的应用成效与典型案例

( 一) 应用成效：多维度突破传统运营瓶颈

从实践效果来看，船闸智能化改造在提升通行效率、降低运营成本、保障通行安全、推动绿色发展等方面均取得显著成效。在通行效率方面，智能化改造后船闸实现“无人值守、自动过闸”，单闸次操作时间从传统人工操作的

30-40 分钟缩短至 15-20 分钟，船舶平均待闸时间减少 30%-50% ，单座船闸年通行能力提升 20%-30% 。在运营成本方面，设备自动化运行减少人工需求 60%- 80% ，同时通过智能调控降低能源消耗与设备故障率，单座船闸年均运营成本降低 20%-25% 。在安全保障方面，智能感知系统实现对设备故障、船舶违章、恶劣天气等风险的实时预警，事故发生率降低 40%-60% 。在绿色发展方面，通过优化输水调度与船舶通行计划，减少船舶怠速等待造成的燃油消耗与尾气排放，单座船闸年均减少碳排放 15%-20% 。

( 二) 典型案例：长江干线与京杭大运河智能化改造实践

1. 长江三峡船闸智能化升级

三峡船闸作为世界上规模最大的船闸，是长江干线航运的核心枢纽。2022年完成的智能化改造项目，集成了智能感知、自动控制、协同调度等技术，部署了 120 余套高清监控设备、80 余套传感器及 5G 通信系统，构建了“船舶智能调度、设备自动运行、状态实时监测、应急快速响应”的智能化运营体系。改造后，三峡船闸单闸次平均通行时间缩短 18 分钟，日均通行船舶数量从改造前的 80-90 艘次提升至 110-120 艘次，年通行能力突破 1 亿吨，同时设备故障预警准确率达90% 以上，人工运维成本降低 65% 。

2. 京杭大运河扬州段船闸群协同改造

京杭大运河扬州段串联了邵伯、施桥、茱萸湾等 5 座船闸，是苏北航运的重要通道。2023 年实施的船闸群智能化改造，重点构建了区域协同调度平台，通过数据共享与智能算法优化，实现 5 座船闸的联动调度。改造后，船舶可通过手机 APP 提前预约过闸，系统自动规划最优航线与到闸时间，区域内船舶平均待闸时间从 22 小时缩短至 8 小时，船闸群整体通行效率提升 30% ，每年为航运企业节省物流成本超 2 亿元。同时，通过输水系统智能调控，5 座船闸年均节水1200 万立方米，减少碳排放8000 余吨。

四、结论

在智慧航运加速发展的背景下，船闸智能化改造是提升内河航运核心竞争力的必然选择。通过智能感知、自动控制、数据融合、协同调度等关键技术的集成应用，船闸实现了从“人工操作”向“智能运行”的转型，在通行效率、运营成本、安全保障、绿色发展等方面取得了显著成效。尽管当前改造仍面临技术标准不统一、老旧设施适配难、专业人才短缺等问题，但随着政策支持力度加大、技术迭代升级及行业协同深化，船闸智能化水平将持续提升。未来，通过进一步强化技术融合与标准建设，船闸将成为智慧航运的“智能节点”，为构建高效、绿色、安全的现代内河航运体系提供坚实支撑。

参考文献：

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[3] 陈继红 , 真虹 , 张婕姝 , 基于国际航运发展综合试验区的中国航运市场开放政策研究 [J]. 水运管理，2023，32(11):9-12.