湘江船閘船舶綜合優(yōu)先級(jí)的通航調(diào)度算法研究

關(guān)鍵詞：通航調(diào)度；船舶優(yōu)先級(jí)；綜合優(yōu)先級(jí)算法

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）03-0021-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID） ：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，內(nèi)河航運(yùn)作為重要的物流運(yùn)輸方式，其運(yùn)輸需求日益增長(zhǎng)。湘江作為湖南省內(nèi)重要的水運(yùn)通道，承擔(dān)著大量的貨物運(yùn)輸任務(wù)。然而，湘江船閘作為內(nèi)河航運(yùn)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其通航效率受到船舶調(diào)度方式的直接影響[1]。為此研究一種合理有效的湘江船閘船舶通航調(diào)度算法，提高船舶調(diào)度效率和船閘運(yùn)行效率，降低船舶等待時(shí)間，對(duì)促進(jìn)我國(guó)內(nèi)河航運(yùn)業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義[2]。

1船舶過(guò)閘影響因素分析

船舶類型是影響過(guò)閘調(diào)度的重要因素之一。不同類型的船舶具有不同的特點(diǎn)，例如貨船通常用于運(yùn)輸各種貨物，客船主要用于運(yùn)送旅客，而油輪則專門用于運(yùn)輸石油及其制品。船舶所運(yùn)輸?shù)呢浄N也會(huì)對(duì)調(diào)度策略產(chǎn)生顯著影響。例如，危險(xiǎn)品和易腐品需要特殊的運(yùn)輸和處理措施，以確保人員和環(huán)境的安全。

船舶的大小直接影響船閘的通過(guò)能力。大型船舶可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)通過(guò)船閘，且可能需要特殊的水位和通道條件。船舶等待時(shí)間是決定調(diào)度優(yōu)先級(jí)的關(guān)鍵因素之一。調(diào)度算法需要考慮船舶的等待時(shí)間，以便為等待時(shí)間較長(zhǎng)的船舶提供優(yōu)先通航的機(jī)會(huì)，從而提高整體通航效率和船舶滿意度[3]。

2航道因素和船舶因素對(duì)船舶調(diào)度的影響

船舶本身因素對(duì)調(diào)度影響圖如圖1所示。

1）吃水：船舶吃水是決定船舶能否進(jìn)入航道的最大因素。船舶想要進(jìn)入湘江船閘的唯一航道就是湘江。船舶吃水劃分圖如圖2所示。

2）船舶類型：目前船舶類型有多種，不同類型的船舶進(jìn)入航道的重要程度也不相同，船舶類型大致分為：特種船、油船、客船、集裝箱、其他船舶等，這也是一個(gè)重要因素。船舶種類劃分圖如圖3所示。

3）船長(zhǎng)：船舶長(zhǎng)度大小不僅影響著船舶在航道內(nèi)的數(shù)量，還影響船舶的操縱能力，通常情況下船舶長(zhǎng)度越長(zhǎng)，船舶在航道內(nèi)操縱能力越差。船舶長(zhǎng)度劃分圖如圖4所示。

4）總噸：是判斷船舶大小的一個(gè)重要參考標(biāo)準(zhǔn)，總噸越大，船舶越大。同時(shí)，總噸也影響船舶吃水，總噸越大，船舶吃水就越多。船舶總噸位劃分圖如圖5所示。

圖1—圖5是根據(jù)湘江航道管理局中船舶進(jìn)口核準(zhǔn)書劃分的。

3船舶優(yōu)化調(diào)度因素層次分析法的構(gòu)建

3.1構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型

總目標(biāo)層旨在為船舶制定最優(yōu)的調(diào)度排序方案，確保航道內(nèi)船舶數(shù)量不超過(guò)容量時(shí)，優(yōu)先考慮重要性更高的船舶[4]。

3.2層次分析法權(quán)重的確定

3.2.1計(jì)算相對(duì)權(quán)重

4基于排序論對(duì)排序模型的建立

4.1排序論的概念

排序論是運(yùn)籌學(xué)一個(gè)分支。根據(jù)排序論相關(guān)理論，本文構(gòu)建的模型算法同時(shí)考慮下面2個(gè)原則：WSPT（加權(quán)最短加工時(shí)間優(yōu)先原則） 、EST（最早開始時(shí)間優(yōu)先原則） [5]。

4.2排序論的實(shí)例驗(yàn)證

根據(jù)《湘江深水航道通航安全管理規(guī)定》，富余水深取值實(shí)際吃水的12%，以排除不能乘潮的船舶，此類船舶不允許在管制時(shí)間內(nèi)進(jìn)入航道；依據(jù)《管理規(guī)定》，船舶在深水航道內(nèi)的航速不得超過(guò)15節(jié)（kn） ，且不應(yīng)低于10節(jié)（kn） ，同時(shí)需與前船保持1海里（nauti?cal mile） 以上的安全距離。本文設(shè)定的航道航行速度為12節(jié)（kn） ，兩船間距為1海里（nm） ，據(jù)此計(jì)算，船舶在管制時(shí)間內(nèi)進(jìn)槽的時(shí)間間隔為5分鐘。

某年某日，共有64艘船舶申請(qǐng)?jiān)诠苤茣r(shí)間內(nèi)進(jìn)入湘江航道，其中進(jìn)港船41艘。交通管制時(shí)間段為：進(jìn)口05：18-07：18，此時(shí)間段內(nèi)有25 艘船舶申請(qǐng)進(jìn)入。單向進(jìn)口最多編隊(duì)數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

根據(jù)算法1對(duì)申請(qǐng)進(jìn)槽的船舶進(jìn)行單向排序。剩下的船舶按照EST原則，按照開始進(jìn)槽時(shí)間最早優(yōu)先的原則安排進(jìn)槽；若開始進(jìn)槽的時(shí)間進(jìn)口早于05：18，則安排此船舶進(jìn)口05：18。如果同一時(shí)間有多艘船舶可同時(shí)進(jìn)槽，則按照WSPT原則安排船舶權(quán)重高的優(yōu)先進(jìn)槽。優(yōu)化后出口船舶編隊(duì)數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

經(jīng)過(guò)25艘船舶優(yōu)化排序前和優(yōu)化排序后完全進(jìn)港時(shí)間的對(duì)比，得出優(yōu)化排序后比優(yōu)化排序前完全進(jìn)港時(shí)間少230分鐘。

5結(jié)束語(yǔ)

本研究針對(duì)湘江船閘船舶通航調(diào)度問(wèn)題提出了一種綜合考慮船舶類型、大小、裝載情況和航行時(shí)間的綜合優(yōu)先級(jí)評(píng)價(jià)方法，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的通航調(diào)度算法。實(shí)際應(yīng)用表明，該算法能有效提升船閘通航效率，減少船舶等待時(shí)間，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高水運(yùn)競(jìng)爭(zhēng)力，具有較好的通用性和應(yīng)用前景，但需進(jìn)一步優(yōu)化以應(yīng)對(duì)大規(guī)模船舶調(diào)度挑戰(zhàn)。