本发明具体涉及一种船闸自动控制系统及控制方法，目的是提供一种安全性高，自动化程度高的一种船闸自动控制系统及控制方法。所述的控制系统包括监测模块，所述的监测模块包括设置在闸门控制装置上的闸门启闭传感器、水位传感器、闸门开度传感器、水流速度传感器、第一摄像头、测距传感器、第二摄像头，船只吃水深度传感器，搁门器传感器。船闸开启、船只通行、船闸关闭的整个过程都由现场控制单元自动控制完成，且全过程都可以实时监控，提高了船闸操作效率和安全性，对于不同吨位、速度的船只可以实现不减速通过船闸。
1.一种船闸自动控制系统，所述的控制系统包括设置在航道相应位置的闸首（001）、闸首（001）内设置闸门（002），闸门（002）与闸首（001）之间通过闸门控制装置（2）连接；所述的闸门控制装置（2）与设置在船闸监控室内的现场控制单元（1）连接；
其特征在于：所述的现场控制单元（1）包括CPU模块（11）、数据存储模块（12）、监测模块（13）、网络通信模块（14）、报警模块（15）、交通信号灯模块（16）、照明模块（17）；所述的网络通信模块（14）包括模拟信号接口（141）、数字信号接口（142）、无线信号接口（143）、多媒体接口（144）、信号发送装置（145）；
所述的监测模块（13）包括设置在闸门控制装置（2）上的闸门启闭传感器（131）、设置在船闸附近的水位传感器（132）、闸门开度传感器（133）、设置在船闸两侧的水流速度传感器（134）、设置在船闸附近用于观察闸门（002）启闭情况的第一摄像头（135）、设置在船闸两侧的测距传感器（136）、设置在船闸附近用于观察船闸两侧船只的第二摄像头（137），设置在船闸两侧河道内的船只吃水深度传感器（138），设置在搁门器（273）上的搁门器传感器（139）；所述闸门控制装置（2）包括闸门启闭机构、闸门安全保护机构；
所述的闸门启闭机构包括设置在闸首（001）上的液压活塞机构（271），液压活塞机构（271）的活塞杆与拉索（272）的一端连接，所述拉索（272）的另一端与闸门（002）的一侧连接，所述闸首（001）上相应位置设置用于阻止闸门（002）移动的搁门器（273）;所述的控制方法包括顺序进行的以下步骤：船只请求通行、闸门开启、船只通过、闸门关闭；
所述的船只请求通行步骤为：没有船只通行时，船闸为关闭状态，设置在船闸两侧的测距传感器（136）不间断监视航道，此时交通信号灯模块（16）上的红色交通灯打开；当测距传感器（136）监测到有船只驶向船闸并与船闸之间的距离小于设定值L0时，信号发送装置（145）向船只的通信系统发送信号，询问是否需要通航，当得到需要通航答复后，进入闸门开启步骤；
所述的闸门开启步骤为：液压活塞机构（271）动作，通过拉索（272）驱动闸门（002）打开，闸门（002）打开一定角度后，打开搁门器（273），使闸门（002）被搁门器（273）挡住，然后搁门器传感器（139）向现场控制单元（1）发送闸门（002）开启安全信号；现场控制单元（1）将交通信号灯模块（16）上的红色交通灯转换为绿色交通灯，指示船只通过船闸；
所述的闸门关闭步骤为：当船只通过船闸后，测距传感器（136）监测到船只与船闸的距离大于闸门（002）的关闭安全距离后，交通信号灯模块（16）上的绿色交通灯转换为红色交通灯；搁门器（273）复位，液压活塞机构（271）驱动闸门（002）关闭；
所述的船只请求通行步骤中，信号发送装置（145）收到船只需要通航答复后，测距传感器（136）采集船只的速度V1、船只与闸门的距离L，水流速度传感器（134）测量船只与闸门之间河道的水流速度V2，第二摄像头（137）开启并采集船只的航行角度A1，船只吃水深度传感器（138）采集船只的吃水深度h1；现场控制单元（1）根据V1、V2、L、A1、h1，计算出闸门的开启速度V3；所述的闸门开启步骤中，液压活塞机构（271）根据V3的大小调整其液压力的大小。
2.根据权利要求1所述的一种船闸自动控制系统，其特征在于：所述的闸门（002）为一字型或人字型。
3.根据权利要求1所述的一种船闸自动控制系统，其特征在于：所述的闸门安全保护机构包括设置在闸首（001）上的引水槽（281），引水槽（281）的一端通过安全阀门（282）与安全蓄水池（283）内的水泵（284）连接，另一端与闸首（001）两侧的河道连通。
4.根据权利要求3所述的一种船闸自动控制系统，其特征在于：所述的闸门安全保护机构还包括设置在闸门（002）上的安全气囊（285）。
5.根据权利要求1所述的一种船闸自动控制系统，其特征在于：所述的船只请求通行步骤中，当船只与船闸之间的距离小于设定值L0，且在一定时间t内没有得到船只的答复，则现场控制单元（1）启动报警模块（15）向船闸监控室内的安保人员发出报警信号，同时启动水泵（284），打开安全阀门（282），将安全蓄水池（283）内的水通过引水槽（281）从闸门一侧的河道内排出，以改变V2的数值，同时打开安全气囊（285）。
6.根据权利要求5所述的一种船闸自动控制系统，其特征在于：所述的L0的计算方法为：闸门以最大开启速度V3max开启，船只以其最大航道限速Vmax速度下运动，根据V2、L、A1、h1数据综合计算出的船只与闸门之间不发生碰撞的最小距离Lmin再加上一个安全距离La。
7.根据权利要求5所述的一种船闸自动控制系统，其特征在于：所述的船只请求通行步骤中，信号发送装置（145）收到船只需要通航答复后，所述的第一摄像头（135）启动，采集的闸门启闭情况，并将视屏数据通过信号发送装置（145）、多媒体接口（144）分别传送至通行船只的通信系统、船闸监控室内的现场控制单元（1）；所述的闸门关闭步骤中，测距传感器（136）监测到船只与船闸的距离大于闸门（002）的关闭安全距离后，第一摄像头（135）内的数据停止传送给船只的通信系统，当闸门（002）完全关闭后，第一摄像头（135）关闭。
一种船闸自动控制系统及控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及船闸控制设备领域，特别涉及一种船闸自动控制系统及控制方法。
背景技术
[0002] 船闸的工作闸门作为船闸的咽喉，与阀门、启闭机、输水系统共同作用，克服上下游水位差，使船舶顺利过闸。而启闭机作为控制船闸工作闸门运行的关键设备，对确保船闸运行的安全性起着重要的作用。我们知道，船闸承担了相当繁重的水运任务，有些船闸每口平均开放50闸次以上，闸门运行如此频繁，一旦启闭设备发生故障，就会直接影响到船闸的正常运行，造成过闸船舶受阻，航道堵塞。
[0003] 船闸的开闭操作按照规定，在搁门器搁好后才能开绿灯放船，闸门搁门器的作用是在闸门开启时能够支撑住闸门，从而使液压系统和钢丝绳不必长期受到载荷，延长了液压系统和钢丝绳的使用寿命，提高了闸门使用的安全性。但是闸门搁门操作需要经过专业培训，取操作证，并且结合现场经验，闸门启闭时必须两人上岗。一人操作闸门运行，一人观察、瞭望，在闸门运行过程中不得擅自离开操作室，以防发生机电故障时采取必要的措施。站点操作人员还需要二人，效率不高，而且还需要非常有经验的操作人员，否则容易操作出错，发生安全事故，特别是在晚上时候，光线还不好，也会对现场操作人员不利。
[0004] 现有技术中的船闸自动控制系统只具有闸门及搁门器的自动控制，没有相关的监测系统，也没有办法对闸门的开闭情况进行实施监控，导致闸门的开闭过程缓慢，延长了船只通行的时间。现有技术中通常会在闸门前设置一定的安全区域，船只需要在安全区域外等待闸门开启后，才能通行，这样就导致船只需要先在船闸外停船，申请通过船闸，并等候一定的时间再重新启动航行，这样也延缓了船只通行的时间，闸门前的安全区域为一个固定的区域，难以适应不同种类的船只，例如对于一些重型船只，需要的安全区域较大，而如果该航道通行的重型船只较少，则安全区域会导致航道没有有效的利用起来。
[0005] 现有技术中为了防止船只或船闸出现故障导致的船只与船闸相撞的事故，都安装防撞预警系统，但是该预警系统只起到提醒的作用，例如船只在失控情况下，虽然听到了预警信号，但是仍然难以避免撞向船闸，有的船闸在闸门上设置安全气囊，但是对于航速较高、吨位较大的船只来说安全气囊也不能完全够保护船只和闸门，缺少一种减缓船只速度的安全保护装置。
发明内容
[0006] 针对上述问题，本发明目的是提供一种安全性高，自动化程度高的一种船闸自动控制系统及控制方法。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种船闸自动控制系统,所述的控制系统包括包括设置在航道相应位置的闸首、闸首内设置闸门，闸门与闸首之间通过闸门控制装置连接；所述的闸门控制装置与设置在船闸监控室内的现场控制单元连接；
[0008] 所述的现场控制单元包括CPU模块、数据存储模块、监测模块、网络通信模块、报警[0009] 模块、交通信号灯模块、照明模块；所述的网络通信模块包括模拟信号接口、数字信号接口、
[0010] 无线信号接口、多媒体接口、信号发送装置；
[0011] 所述的监测模块包括设置在闸门控制装置上的闸门启闭传感器、设置在船闸附近的水位传感器、闸门开度传感器、设置在船闸两侧的水流速度传感器、设置在船闸附近用于观察闸门启闭情况的第一摄像头、设置在船闸两侧的测距传感器、设置在船闸附近用于观察船闸两侧船只的第二摄像头，设置在船闸两侧河道内的船只吃水深度传感器，设置在搁门器上的搁门器传感器；所述闸门控制装置包括闸门启闭机构、闸门安全保护机构。
[0012] 优选的，所述的闸门为一字型或人字型。
[0013] 优选的，所述的闸门启闭机构包括设置在闸首上的液压活塞机构，液压活塞机构的活塞杆与拉索的一端连接，所述拉索的另一端与闸门的一侧连接，所述闸首上相应位置设置用于阻止闸门移动的搁门器。
[0014] 优选的，所述的闸门安全保护机构包括设置在闸首上的安全保护引水槽，引水槽的一端通过安全阀门与安全蓄水池内的水泵连接，另一端与闸首两侧的河道连通。
[0015] 优选的，所述的闸门安全保护机构还包括设置在闸门上的安全气囊。
[0016] 根据上述任意一种船闸自动控制系统的控制方法，其特征在于：所述的控制方法包括顺序进行的以下步骤：船只请求通行、闸门开启、船只通过、闸门关闭；
[0017] 所述的船只请求通行步骤为：没有船只通行时，船闸为关闭状态，设置在船闸两侧的测距传感器不间断监视航道，此时交通信号灯模块上的红色交通灯打开；当测距传感器监测到有船只驶向船闸并与船闸之间的距离小于设定值L0时，信号发送装置向船只的通信系统发送信号，询问是否需要通航，当得到需要通航答复后，进入闸门开启步骤；
[0018] 所述的闸门开启步骤为：液压活塞机构动作，通过拉索驱动闸门打开，闸门打开一定角度后，打开搁门器，使闸门被搁门器挡住，然后搁门器传感器向现场控制单元发送闸门开启安全信号；现场控制单元将交通信号灯模块上的红色交通灯转换为绿色交通灯，指示船只通过船闸；
[0019] 所述的闸门关闭步骤为：当船只通过船闸后，测距传感器监测到船只与船闸的距离大于闸门的关闭安全距离后，交通信号灯模块上的绿色交通灯转换为红色交通灯；搁门器复位，液压活塞机构驱动闸门关闭。
[0020] 优选的，所述的船只请求通行步骤中，信号发送装置收到船只需要通航答复后，测距传感器采集船只的速度V1、船只与闸门的距离L，水流速度传感器测量船只与闸门之间河道的水流速度V2，第二摄像头开启并采集船只的航行角度A1，吃水深度传感器采集船只的吃水深度h1；现场控制单元根据V1、V2、L、A1、h1，计算出闸门的开启速度V3；所述的闸门开启步骤中，液压活塞机构根据V3的大小调整其液压力的大小。
[0021] 优选的，所述的船只请求通行步骤中，当船只与船闸之间的距离小于设定值L0，且在一定时间t内没有得到船只的答复，则现场控制单元启动报警模块向船闸监控室内的安保人员发出报警信号，同时启动水泵，打开安全阀门，将安全蓄水池内的水通过引水槽从闸门一侧的河道内排出，以改变V2的数值，同时打开安全气囊。
[0022] 优选的，所述的L0的计算方法为：闸门以最大开启速度V3max开启，船只以其最大航道限速Vmax速度下运动，根据V2、L、A1、h1数据综合计算出的船只与闸门之间不发生碰撞的最小距离Lmin再加上一个安全距离La。
[0023] 优选的，所述的船只请求通行步骤中，信号发送装置收到船只需要通航答复后，所述的第一摄像头启动，采集的闸门启闭情况，并将视屏数据通过信号发送装置、多媒体接口分别传送至通行船只的通信系统、船闸监控室内的现场控制单元；所述的闸门关闭步骤中，测距传感器监测到船只与船闸的距离大于闸门的关闭安全距离后，第一摄像头内的数据停止传送给船只的通信系统，当闸门完全关闭后，第一摄像头关闭。
[0024] 本发明具有以下有益效果：船闸开启、船只通行、船闸关闭的整个过程都由现场控制单元自动控制完成，且全过程都可以实时监控，提高了船闸操作效率和安全性，对于不同吨位、速度的船只可以实现不减速通过船闸，提高船只通过船闸的效率，设置闸门安全保护装置，可以有效的放置船只与闸门碰撞事故，且在船只失控后可以对船只进行一定的减速，以减小碰撞能量。
附图说明
[0025] 图1为船闸自动控制系统正视图；
[0026] 图2为船闸自动控制系统俯视图；
[0027] 图3为现场控制单元结构示意图；
[0028] 图4为监测模块结构示意图；
[0029] 图5为网络通信模块结构示意图。
具体实施方式
[0030] 如图1-图5所示的一种船闸自动控制系统，所述的控制系统包括包括设置在航道相应位置的闸首001、闸首001内设置闸门002，闸门002与闸首001之间通过闸门控制装置2连接；所述的闸门002的结构为一字型或人字型。所述的闸门控制装置2与设置在船闸监控室内的现场控制单元1连接。
[0031] 所述的现场控制单元1包括CPU模块11、数据存储模块12、监测模块13、网络通信模[0032] 块14、报警模块15、交通信号灯模块16、照明模块17；
[0033] 所述的监测模块13包括设置在闸门控制装置2上的闸门启闭传感器131、设置在船闸附近的水位传感器132、闸门开度传感器133、设置在船闸两侧的水流速度传感器134、设置在船闸附近用于观察闸门002启闭情况的第一摄像头135、设置在船闸两侧的测距传感器136、设置在船闸附近用于观察船闸两侧船只的第二摄像头137，设置在船闸两侧河道内的船只吃水深度传感器138，设置在搁门器273上的搁门器传感器139；
[0034] 所述的网络通信模块14包括用于接收监测模块13中各传感器信号的模拟信号接口141、数字信号接口142，用于接收船只通信设备信号的无线信号接口143，与船闸监控室内监控设备连接的多媒体接口144、向船只和闸门控制装置发送相关信号的信号发送装置145。所述的报警模块15分别与船闸附近设置的声光报警器、船闸监控室内设置的声光报警器连接。所述的交通信号灯模块包括设置在船闸附近相应位置的红色、黄色、绿色信号灯。
照明模块17包括设置在闸门002附近的闸门照明灯以及设置在船闸附近的航道照明灯。
[0035] 所述的闸门控制装置2包括闸门启闭机构、闸门安全保护机构；所述的闸门启闭机构包括设置在闸首001上的液压活塞机构271，液压活塞机构271的活塞杆与拉索272的一端连接，所述拉索272的另一端与闸门002的一侧连接，所述闸首001上相应位置设置用于阻止闸门002移动的搁门器273。
[0036] 所述的闸门安全保护机构包括设置在闸首001上的引水槽281，引水槽281的一端通过安全阀门282与安全蓄水池283内的水泵284连接，另一端与闸首001两侧的河道连通。
[0037] 所述的闸门安全保护机构还包括设置在闸门002上的安全气囊285。
[0038] 对上述任意一种船闸自动控制系统进行控制的控制方法，包括顺序进行的以下步骤：船只请求通行、闸门开启、船只通过、闸门关闭；
[0039] 所述的船只请求通行步骤为：没有船只通行时，船闸为关闭状态，闸门启闭传感器131监测闸门002的状态，测距传感器136不间断监视航道，此时交通信号灯模块16上的红色交通灯打开；当测距传感器136监测到有船只驶向船闸并与船闸之间的距离小于设定值L0时，信号发送装置145向船只的通信系统发送信号，询问是否需要通航，当得到需要通航答复后，进入闸门开启步骤；可以通过提前开启闸门002，减少船只在船闸外等待的时间，实现船只在不减速的情况下通过船闸。
[0040] 所述的闸门开启步骤为：液压活塞机构271动作，通过拉索272驱动闸门002打开，闸门002打开一定程度后，搁门器273打开，使闸门002被搁门器273挡住，可以是在闸门002上设置凹槽，当闸门打开一定程度后，搁门器273动作并卡入闸门002的凹槽内。搁门器273打开并挡住闸门002后，搁门器传感器139向现场控制单元1发送闸门002开启安全信号；现场控制单元1将交通信号灯模块16上的红色交通灯转换为绿色交通灯，指示船只通过船闸；
[0041] 所述的闸门关闭步骤为：当船只通过船闸后，测距传感器136监测到船只与船闸的距离大于闸门002的关闭安全距离后，交通信号灯模块16上的绿色交通灯转换为红色交通灯；搁门器传感器139复位，液压活塞机构271驱动闸门002关闭。
[0042] 由于不同船只的速度、航行角度、吃水深度不同，因此对于不同的船只来说，其L0的值也不同，因此更好的实施方式是，所述的船只请求通行步骤中，信号发送装置145收到船只需要通航答复后，测距传感器136采集船只的速度V1、船只与闸门的距离L，水流速度传感器134测量船只与闸门之间河道的水流速度V2，第二摄像头137开启并采集船只的航行角度A1，船只吃水深度传感器138采集船只的吃水深度h1；现场控制单元1根据V1、V2、L、A1、h1，计算出闸门的开启速度V3；所述的闸门开启步骤中，液压活塞机构271根据V3的大小调整其液压力的大小，这样可以实现对于不同的船只在不同速度的情况下，都可以不减速通过船闸，且液压活塞机构271的压力可以根据L0的不同进行调整，以减小能耗。
[0043] 所述的L0的计算方法为：闸门以最大开启速度V3max开启，船只以其最大航道限速Vmax速度下运动，根据Vmax、V3max、V2、L、A1、h1的数值综合计算出船只与闸门之间不发生碰撞的最小距离Lmin再加上一个安全距离La，即L0＝Lmin+La。
[0044] 当遇到船只发生故障无法停船，或者夜晚航行时船只没有看到船闸，且通信系统损坏时，则需要采取相应的安全措施，因此更好的实施方式是：所述的船只请求通行步骤中，当船只与船闸之间的距离小于设定值L0，且在一定时间t内没有得到船只的答复，则现场控制单元1启动报警模块15向船闸监控室内的安保人员发出报警信号，同时启动水泵284，打开安全阀门282，将安全蓄水池283内的水通过引水槽281从闸门002一侧的河道内排出，这样可以改变水流速度V2的数值，从而对船只起到减速的作用，同时安全气囊285打开，船只在行驶在闸门002前受到了水流的减速效果，再通过安全气囊285，即可对船只和闸门
002提供安全保护。
[0045] 为了让船只和船闸控制室内的人员都可以监测闸门的开闭情况，更好的实施方式是：所述的船只请求通行步骤中，信号发送装置145收到船只需要通航答复后，所述的第一摄像头135、闸门开度传感器133启动，采集的闸门的开启程度数据和视频信号，并将信号通过信号发送装置145、多媒体接口144分别传送至通行船只的通信系统、船闸监控室内的现场控制单元1；所述的闸门关闭步骤中，测距传感器136监测到船只与船闸的距离大于闸门002的关闭安全距离后，第一摄像头135内的数据停止传送给船只的通信系统，当闸门002完全关闭后，第一摄像头135关闭。
