本發(fā)明屬于船閘閉鎖保護，特別涉及一種用于船閘閉鎖保護的嵌入式應(yīng)急控制單元及方法。

背景技術(shù)：

1、船閘是水運航道中的重要組成部分，它允許船只在河流的不同水位之間安全通行，特別是在大型河流和運河上。船閘的運行是一個復(fù)雜的過程，涉及到精確的控制和嚴格的安全措施。船閘主要組成部分包括閘門、閘室、沖水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。閘門是用于隔離不同水位的可移動門體。閘室是在兩個閘門之間的區(qū)域，可以充水或排水以調(diào)整水位。沖水系統(tǒng)包括泵站和閥門，用于向閘室內(nèi)注水或排水?？刂葡到y(tǒng)負責(zé)指揮船閘的開啟、關(guān)閉以及水位調(diào)節(jié)。船閘運行流程首先需要進行進閘準(zhǔn)備，船只靠近船閘，等待進入時，關(guān)閉上游閘門，確保水位穩(wěn)定，再根據(jù)船只所在的水位，通過沖水系統(tǒng)向閘室充水/排水，使其內(nèi)部水位調(diào)整至與船只所在水位相匹配，當(dāng)閘室水位與外部水位一致時，緩慢開啟站門，船只可以進入或離開閘室。船只獲得進出許可后，可以在閘室內(nèi)行駛，進行換向或停靠，船只就位后，關(guān)閉閘門，開始新一輪的充水或排水操作，當(dāng)閘室內(nèi)水位與下一航段水位平衡后，下游閘門打開，船只可以繼續(xù)航行。在船閘運行過程中，可能會遇到各種緊急情況，如設(shè)備故障、自然災(zāi)害、船舶事故等，為了確保船閘的安全運行，船閘閉鎖保護系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。船閘閉鎖保護系統(tǒng)通過控制人員閉鎖操作邏輯，確保船閘的操作嚴格按照既定的邏輯順序進行，防止因操作失誤導(dǎo)致的安全事故。在遇到緊急情況時，如船只故障或其他危險情況，迅速啟動緊急停止機制，暫停船閘運行。船閘閉鎖保護系統(tǒng)還通過監(jiān)測與控制水位，實時監(jiān)測閘室內(nèi)外水位，確保水位變化在安全范圍內(nèi)，避免因水位突變造成的沖擊。對船閘的結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測，包括閘門的完整性、沖水系統(tǒng)的工作狀態(tài)等，及時發(fā)現(xiàn)并處理可能的安全隱患。船閘閉鎖保護系統(tǒng)還通過傳感器等設(shè)備檢測船舶在閘室內(nèi)的位置，確保船只正確?？?，避免與閘門或其他船只發(fā)生碰撞。船閘操作人員可以通過通信系統(tǒng)與其他相關(guān)人員進行聯(lián)系，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，可以立即啟動報警系統(tǒng)。

2、目前，傳統(tǒng)用于船閘閉鎖保護的應(yīng)急控制單元需要與通行調(diào)度系統(tǒng)進行實時數(shù)據(jù)交換，在處理復(fù)雜情況時效率較低，緊急制動操作流程需要人工介入操作，專業(yè)要求性高，響應(yīng)速度慢，人為錯誤風(fēng)險較高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于船閘閉鎖保護的嵌入式應(yīng)急控制單元及方法，解決了傳統(tǒng)用于船閘閉鎖保護的應(yīng)急控制單元在處理復(fù)雜情況時效率較低，人工介入錯誤風(fēng)險高的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種用于船閘閉鎖保護的嵌入式應(yīng)急控制單元，包括數(shù)據(jù)采集模塊、分析檢測模塊和保護控制模塊；

3、所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集船閘數(shù)據(jù)集、水位數(shù)據(jù)集、集停靠數(shù)據(jù)集以及氣象數(shù)據(jù)集，并將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)集網(wǎng)絡(luò)傳輸至分析檢測模塊；

4、所述分析檢測模塊通過網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)庫建立參考數(shù)據(jù)集，通過參考數(shù)據(jù)集和監(jiān)測數(shù)據(jù)集計算出入閘數(shù)據(jù)組和出閘數(shù)據(jù)組，并將入閘數(shù)據(jù)組、出閘數(shù)據(jù)組、參考數(shù)據(jù)集和監(jiān)測數(shù)據(jù)集網(wǎng)絡(luò)傳輸至保護控制模塊；

5、所述保護控制模塊根據(jù)入閘數(shù)據(jù)組和出閘數(shù)據(jù)組，對比參考數(shù)據(jù)集，判斷是否生成異常信號，若生成異常信號，則將入閘數(shù)據(jù)組或/和出閘數(shù)據(jù)組、參考數(shù)據(jù)集和監(jiān)測數(shù)據(jù)集網(wǎng)絡(luò)傳輸至船閘控制系統(tǒng)和沖水控制系統(tǒng)，根據(jù)參考數(shù)據(jù)集和監(jiān)測數(shù)據(jù)集計算保護指數(shù)，并網(wǎng)絡(luò)傳輸至船閘控制系統(tǒng)和沖水控制系統(tǒng)。

6、優(yōu)選的方案中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括船閘單元、沖水單元、?？繂卧蜌庀髥卧?；所述船閘單元通過網(wǎng)絡(luò)連接船閘控制系統(tǒng)實時采集船閘數(shù)據(jù)集進行編號，所述船閘數(shù)據(jù)集編號為、、...，編號對應(yīng)上游和下游不同船閘出入口，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至分析監(jiān)測模塊；所述沖水單元通過網(wǎng)絡(luò)連接水位傳感器實時采集水位數(shù)據(jù)集進行編號，所述水位數(shù)據(jù)集編號為、、...，編號對應(yīng)閘室內(nèi)部實時水位數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至分析監(jiān)測模塊；所述?？繂卧ㄟ^網(wǎng)絡(luò)連接定位裝置實時采集?？繑?shù)據(jù)集進行編號，所述?？繑?shù)據(jù)集編號為、、...，編號對應(yīng)閘室內(nèi)已經(jīng)進閘停靠船只定位數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至分析監(jiān)測模塊；所述氣象單元通過網(wǎng)絡(luò)連接氣象監(jiān)測裝置實時采集氣象數(shù)據(jù)集進行編號，所述氣象數(shù)據(jù)集編號為、、...，編號對應(yīng)實際氣象條件下風(fēng)速、浪高和降雨量數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至分析監(jiān)測模塊，所述船閘數(shù)據(jù)集、水位數(shù)據(jù)集、?？繑?shù)據(jù)集和氣象數(shù)據(jù)集組成監(jiān)測數(shù)據(jù)集。

7、優(yōu)選的方案中，所述參考數(shù)據(jù)集包括參考船閘數(shù)據(jù)集、參考沖水?dāng)?shù)據(jù)集、參考氣象數(shù)據(jù)集、參考入閘閾值、參考出閘閾值和參考應(yīng)急數(shù)據(jù)集；參考氣象數(shù)據(jù)集包括參考風(fēng)速閾值、參考浪高閾值、參考降雨量閾值；參考船閘數(shù)據(jù)集表示參考船閘數(shù)據(jù)集中船只出入閘時的操作流程，包括出閘操作流程和入閘操作流程；參考沖水?dāng)?shù)據(jù)集包括參考沖水?dāng)?shù)據(jù)集中水流速率。

8、優(yōu)選的方案中，所述分析監(jiān)測單元包括入閘單元和出閘單元，所述入閘單元根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)集和參考數(shù)據(jù)集，計算出入閘數(shù)據(jù)組，并通過網(wǎng)絡(luò)連接保護控制模塊，所述出閘單元根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)集和參考數(shù)據(jù)集，計算出出閘數(shù)據(jù)組，并通過網(wǎng)絡(luò)連接保護控制模塊，所述分析監(jiān)測模塊通過網(wǎng)絡(luò)連接保護控制模塊。

9、優(yōu)選的方案中，所述入閘單元根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)集和參考數(shù)據(jù)集，計算出入閘數(shù)據(jù)組，計算公式如下：

10、

11、式中，表示入閘數(shù)據(jù)組，表示在實際氣象條件情況下，以船只未進閘水位作為基準(zhǔn)，監(jiān)測沖水系統(tǒng)進行水位匹配至開閘進船?？?，得出的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)；表示參考船閘數(shù)據(jù)集中船只入閘時閘門操作流程；表示船閘數(shù)據(jù)集；表示?？繑?shù)據(jù)；表示水位數(shù)據(jù)集，表示參考沖水?dāng)?shù)據(jù)集中水流速率，表示氣象數(shù)據(jù)集。

12、優(yōu)選的方案中，所述出閘單元根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)集和參考數(shù)據(jù)集，計算出出閘數(shù)據(jù)組，計算公式如下：

13、

14、式中，表示出閘數(shù)據(jù)組，表示在實際氣象條件情況下，以目標(biāo)閘門外水位作為基準(zhǔn)，監(jiān)測沖水系統(tǒng)進行水位匹配至開閘船只離開，得出的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)；表示參考船閘數(shù)據(jù)集中船只出閘時閘門操作流程。

15、優(yōu)選的方案中，所述保護控制模塊根據(jù)入閘數(shù)據(jù)組，對比參考入閘閾值，所述入閘數(shù)據(jù)組包含于參考入閘閾值范圍時，判斷船只入閘為正常運行狀態(tài)，不生成信號，所述入閘數(shù)據(jù)組超出參考入閘閾值范圍時，判斷船只入閘為異常運行狀態(tài)，生成入閘異常信號；所述保護控制模塊根據(jù)出閘數(shù)據(jù)組，對比參考出閘閾值，所述出閘數(shù)據(jù)組包含于參考出閘閾值范圍時，判斷船只出閘為正常運行狀態(tài)，不生成信號，所述出閘數(shù)據(jù)組超出參考出閘閾值范圍時，判斷船只出閘為異常運行狀態(tài)，生成出閘異常信號。

16、優(yōu)選的方案中，所述保護控制模塊包括運行保護單元和應(yīng)急控制單元，運行保護單元用于保護指數(shù)計算，應(yīng)急控制單元根據(jù)入閘異常信號，將入閘數(shù)據(jù)組、參考入閘閾值、參考應(yīng)急數(shù)據(jù)集和監(jiān)測數(shù)據(jù)集通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至船閘控制系統(tǒng)和沖水控制系統(tǒng)，根據(jù)出閘異常信號，將出閘數(shù)據(jù)組、參考出閘閾值、參考應(yīng)急數(shù)據(jù)集和監(jiān)測數(shù)據(jù)集通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至船閘控制系統(tǒng)和沖水控制系統(tǒng)。

17、優(yōu)選的方案中，所述運行保護單元根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)集和參考氣象數(shù)據(jù)集，計算出保護指數(shù)，計算公式如下：

18、

19、公式中，表示保護指數(shù)，表示實際氣象數(shù)據(jù)對比參考氣象閾值計算出的船閘閉鎖保護指數(shù)；表示實際氣象條件情況下風(fēng)速或浪高或降雨量數(shù)據(jù)，表示參考氣象數(shù)據(jù)集中參考風(fēng)速閾值或參考浪高閾值或參考降雨量閾值。

20、本發(fā)明還提供一種用于船閘閉鎖保護的嵌入式應(yīng)急控制方法，包括如下步驟：

21、采集船閘數(shù)據(jù)集、水位數(shù)據(jù)集、集?？繑?shù)據(jù)集以及氣象數(shù)據(jù)集，組成監(jiān)測數(shù)據(jù)集；

22、基于數(shù)據(jù)庫建立參考數(shù)據(jù)集，通過參考數(shù)據(jù)集和監(jiān)測數(shù)據(jù)集計算出入閘數(shù)據(jù)組和出閘數(shù)據(jù)組；

23、根據(jù)入閘數(shù)據(jù)組和出閘數(shù)據(jù)組，對比參考數(shù)據(jù)集，判斷是否生成異常信號，若生成異常信號，則將入閘數(shù)據(jù)組或/和出閘數(shù)據(jù)組、參考數(shù)據(jù)集和監(jiān)測數(shù)據(jù)集網(wǎng)絡(luò)傳輸至船閘控制系統(tǒng)和沖水控制系統(tǒng)；

24、根據(jù)參考數(shù)據(jù)集和監(jiān)測數(shù)據(jù)集計算保護指數(shù)，并傳輸至船閘控制系統(tǒng)和沖水控制系統(tǒng)。

25、本發(fā)明提供的一種用于船閘閉鎖保護的嵌入式應(yīng)急控制單元及方法，具有以下有益效果：

26、1、本發(fā)明通過數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)置船閘單元、沖水單元、?？繂卧蜌庀髥卧獙崟r采集監(jiān)測數(shù)據(jù)集，分析監(jiān)測模塊通過入閘單元和出閘單元，計算出入閘數(shù)據(jù)組和出閘數(shù)據(jù)組，歸一化監(jiān)測船只入閘和出閘時閘門狀態(tài)、水位變化趨勢、停靠定位數(shù)據(jù)和實際氣象影響，保護控制模塊通過保護單元根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)集和參考數(shù)據(jù)集，計算出保護指數(shù)，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至船閘控制系統(tǒng)和沖水控制系統(tǒng)，在洪水、風(fēng)暴等自然氣象災(zāi)害發(fā)生時，迅速對應(yīng)調(diào)整船閘運行模式，復(fù)雜情況處理能力強。

27、2、本發(fā)明通過保護控制模塊根據(jù)入閘數(shù)據(jù)組和出閘數(shù)據(jù)組對比參考數(shù)據(jù)集，入閘數(shù)據(jù)組超出參考入閘閾值范圍時，判斷船只入閘為異常運行狀態(tài)，生成入閘異常信號，及時發(fā)現(xiàn)快速處理可能的安全隱患，出閘數(shù)據(jù)組超出參考出閘閾值范圍時，判斷船只出閘為異常運行狀態(tài)，生成出閘異常信號，應(yīng)急控制單元根據(jù)入閘異常信號和出閘異常信號網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)至船閘控制系統(tǒng)和沖水控制系統(tǒng)，系統(tǒng)監(jiān)測響應(yīng)迅速，立即停止繼續(xù)操作，避免導(dǎo)致安全事故，在遇到船只故障或其他危險情況時，針對性判斷異常原因，提示管理人員通過參考應(yīng)急數(shù)據(jù)集進行安全操作流程，應(yīng)急控制安全性高，有效降低了人為操作失誤導(dǎo)致更嚴重的安全事故。