船閘智能排檔技術應用初探

牛東宇　方澤興　俞月龍

摘 要：利用計算機進行智能排擋是提高船閘運行效率的有效手段，為了將船閘智能排檔技術有效應用于實際工程建設運營中，文章分析了所需的關鍵技術，包括調度技術、排擋算法和計算機仿真技術，并將其應用于“浙閘通”智慧過閘系統中，有效提升了船閘運行效率。

關鍵詞：過閘調度;船閘排擋;計算機仿真

中圖分類號：U641.7? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）10-0075-03

船閘排擋對提升船閘通過能力有重要意義，對大型船閘來說，手工排擋已無法滿足船閘實際運行需求^[1]，隨著智慧船閘的建設^[2]，數字化方法為船閘運行管理帶來變革^[3-4]，利用計算機進行智能排擋是提高船閘運行效率的有效手段。

現有的研究大多圍繞船閘排擋算法和提升船閘通過能力方式等方面開展。船閘排擋一般被認為是組合優化的矩形Packing問題^[5]（或稱二維裝箱問題^[6]），該問題被認為是NP完全問題，一般將時間調度和裝箱過程相結合，構建優化目標與約束條件，利用CAD排樣算法^[7]、DFS算法^[8]、蟻群算法^[9]、遺傳算法^[10]等方法對該問題進行求解。

本文主要圍繞船閘智能排檔技術在實際工程中的應用展開，將智能排擋算法融入智慧船閘系統中，融合船舶調度規則和軟件開發技術，將船閘智能排檔應用于實際船閘調度過程中，提升船閘運行效率。

1關鍵技術

1.1 調度技術

1.1.1 過閘船舶位置監控技術

調度員可在管理網站上，觀察遠方停泊區船舶位置及到閘區的距離，實時了解申報船舶的停泊、行駛情況;同時根據船舶定位及閘區過閘的情況，安排遠調調度計劃。

為減輕衛星定位服務的數據壓力，采用Redis緩存技術，同時為了方便調度人員實時觀察船舶到閘距離，采用ajax技術，實時刷新網頁中列表的特定列。

1.1.2 App消息推送技術

調度員的調度信息需推送到船戶的手機App中，船戶可以根據船舶運行的實際情況，決定是否響應調度員的調度指令，調度員也需實時了解船戶的調度回復信息。

采用第三方的App推送服務，通過App的登錄與第三方App推送服務建立長連接，調用第三方App推送服務的API可實現消息推送。采用Redis中間件緩存的辦法，緩存數據由定位程序輪詢獲取。

1.1.3 遠調排隊及過閘調度

船戶需要實時了解自己的排隊序號，根據序號前排隊船舶的數量，船戶能夠大致推算出等待時長。

總調調度人員需要實時掌握閘區內停泊的船舶情況，閘區內船舶的停泊船舶量是有限的，調度人員需要根據閘區船舶停泊情況安排船舶有序過閘。

衛星定位廠商的數據服務可以提供當前時刻特定區域的船舶列表，通過對比前后兩次獲取的船舶列表，可計算出新進區域船舶，未離開區域船舶和已離開區域的船舶。

通過輪詢取值辦法跟蹤船舶進入或離開停泊區的時間，時間的精確度取決于輪詢取數的時間間隔，一般針對慢速行駛的船舶，時間間隔以10-30秒為宜。

1.2 排擋算法

1.2.1 參數預設

根據調度時間確定優先服務規則，對每座船閘預先設定如下參數因子：

（1）閘室最大能夠組合放置的船舶數。

（2）按照先到先過閘的規則，必須確保優先服務的船舶數。

（3）引航道上可以滯留停泊的船舶。

1.2.2 算法步驟

（1）去除需要確保優先服務的船舶，計算出所有的選擇組合，組合數個數為。

（2）把確保優先服務的船舶加入到上一步的每一個組合中，每個組合的船舶數量小于等于。

（3）循環計算上一步中的每一個組合，計算方法如下：①對組合的船舶，按船舶寬度從大到小排序。②取出最大船舶，放入閘室左下角（從船戶過閘角度）。③嘗試找出最大的能放入左上角的船舶，并放入左上角。④重復②、③兩步，直至填滿閘室。⑤檢查計算結果是否符合過閘安全規則。⑥如果符合過閘安全規則，同時大于等于前次船舶排列數，則保存組合的計算結果。

（4）最后比較這些組合的計算結果，找出最符合先到先進閘的排列，該船舶排列即最終結果。

1.3 排擋圖仿真技術

在排檔圖的布局、設計中，采用的計算機仿真技術如下。

1.3.1 視口技術

視口指的是瀏覽器的可視區域，根據CSS3規范，視口單位見表1。

1.3.2 網頁畫布技術

網頁畫面技術主要用于繪制船閘示意圖，繪制閘室外框、系纜位置、警示線、閘室中線、船舶外框、船舶圖標以及名種文字等。

2 應用實例

2.1 應用背景

“浙閘通”是應用于浙江省杭金衢紹甬航區14座船閘的統一過閘系統，包括船舶過閘系統、船戶過閘App以及綜合信息平臺，本文所介紹的過閘調度排檔技術在“浙閘通”系統中開展應用。

2.2 排擋原則

調度員在所有遠調進入閘區的船舶中，挑選符合過閘條件的船舶，使其進入待閘船舶序列中，再選擇進入閘室過閘的船舶。

（1）根據浙江省運行船閘的寬度和船舶實際寬度，一個閘室橫截面，最多排列兩艘船舶。

（2）為達到最大的閘室利用率，應該盡可能按照橫排兩艘的方式安排船舶位置，除非排不下或有閘室空位。

（3）從船戶的角度，按照先左后右的方式排檔。

（4）在閘室中的前后任意連續三艘船舶，不允許空重相隔。

（5）由調度人員選擇排隊優先的船舶進行船舶進閘排檔，不允許為了過閘的高效率，隨意跳過排隊優先的船舶。

2.3 操作界面

2.3.1待閘船舶顯示

列出待閘過閘的船舶，其中勾選部分是調度員選中的預備過閘的船舶。

2.3.2 船舶調度顯示

船舶調度示意圖頁面自上而下分為3個部分，待選船舶區、排檔調整區以及船閘示意圖區。

（1）待選船舶區。列出待過閘的全部船舶，其中，勾選部分為調度員選擇的預備過閘的船舶。

（2）排檔調整區。對于自動排檔的船舶，可以進行手工調整，比如：增加、刪除、位置移動等。

（3）船閘示意圖。根據中部排檔調整區的船舶位置信息，等比例縮放展示船舶在船閘中停靠的位置。

2.3.3 船閘排檔示意圖布局

考慮到用戶使用的計算機的分辨率各有不同，船閘排檔示意圖需要自適應用戶的屏幕顯示，自適應的內容包括：區域自適應，即待選船舶區、中間排檔調整區、船閘示意圖區;字體大小自適應，界面顯示的字體大小需要隨著屏幕分辨率的變化而變化;圖標大小自適應，包括上、下行圖標、船舶圖標等。

2.3.4 排檔圖的等比例縮放

根據自上而下3個區域的比例，確定下部的船閘示意圖區域的長度和寬度。

各船閘的大小不同，甚至差異較大，所以為了保證顯示效果，保持頁面下部船閘示意圖外框長寬與屏幕大小比例關系固定，即不管船閘的大小及屏幕分辨率變化，其顯示比例不變。

根據船閘的實際長寬及頁面下部船閘示意圖的固定長寬，計算出長、寬的縮放比例，再根據船舶實際長寬，計算出船舶的屏幕顯示長寬。

3結論與展望

本文主要圍繞船閘智能排檔技術在實際工程中的應用展開，將智能排擋算法融入智慧船閘系統中，融合船舶調度規則和軟件開發技術，將船閘智能排檔應用于實際船閘調度過程中，提升船閘運行效率。

隨著內河航運過閘業務的不斷發展，在船舶過閘調度及閘室排檔方面還會有新的需求，在實際調度、排檔業務中也會出現新的問題，需要不斷完善軟件系統，滿足過閘業務發展需求。

參考文獻：

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