馬 林， 張 棟

(湖南省水上交通安全指揮監(jiān)控中心， 湖南 長沙 410000)

0 引言

湘江是湖南的母親河，具有發(fā)展水運(yùn)的優(yōu)越自然條件和社會經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)；全省70%以上水運(yùn)量通過湘江航道，是湖南省綜合交通體系的重要組成部分。在湘江永州萍島至岳陽城陵磯717km干線航道上規(guī)劃建設(shè)了瀟湘、浯溪、湘祁、近尾洲、土谷塘、大源渡、株洲和長沙8個梯級樞紐。其中土谷塘樞紐建有1000t級船閘；大源渡和株洲樞紐分別建有一個1000t級和2000t級的雙線船閘；長沙樞紐建有2個2000t級的雙線船閘。隨著湘江流域水運(yùn)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展以及航道樞紐船閘的建設(shè)，湘江航道條件逐年改善，水路貨運(yùn)量持續(xù)增長，湘江船舶過閘、通航問題也日益凸顯。

1 現(xiàn)狀分析

本調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)之前湘江土谷塘、大源渡、株洲和長沙樞紐船閘通航現(xiàn)狀為：

1) 船舶過閘、待閘時間長。長沙樞紐船舶待閘、過閘時間在2013年時平均為4～7 d，部分船戶為了縮短過閘時間，通過不正當(dāng)手段“插隊過黑心閘”，舉報、投訴時有發(fā)生。

2) 過閘申報手續(xù)辦理不便民。船戶需要帶著船檢、登記等相關(guān)證書，下船、上岸、排隊、等待均需在登記站上完成申報。這個過程對船員而言非常不便，既費(fèi)時又費(fèi)力。

3) 登記、排擋工作量大、效率低。登記站工作人員需要每天對過閘船舶的相關(guān)證書進(jìn)行逐一登記和錄入，再逐一完成人工排擋，工作量大、效率低，且容易出錯。

4) 信息不公開。船戶盲目等待，不知到自己當(dāng)前的排隊序號，不能預(yù)計過閘時間,不能及時了解閘室水位、閘室檢修等通航信息。

5) 各樞紐船閘安檢、調(diào)度規(guī)則和流程各異。船閘的主管部門、安檢部門不統(tǒng)一，安檢規(guī)則、調(diào)度流程等相關(guān)制度也不一致。長沙樞紐過閘由長沙市海事部門和長沙市樞紐管理部門參與安檢、調(diào)度；株洲樞紐過閘由株洲市海事部門和省水運(yùn)投公司參與安檢、調(diào)度；大源渡、土谷塘樞紐過閘由衡陽市海事部門和省水運(yùn)投公司參與安檢、調(diào)度。各單位和部門依據(jù)當(dāng)?shù)卣南嚓P(guān)辦法或規(guī)定執(zhí)行安檢和調(diào)度，但各地制定的樞紐通航規(guī)則或辦法不一致，如長沙市為《湘江長沙綜合樞紐通航安全管理暫行辦法》；衡陽市為《大源渡航電樞紐水上交通管制區(qū)安全管理辦法》。

如何解決上述問題、應(yīng)用信息化手段提高船閘通航的服務(wù)水平和能力，是省級主管部門迫切需要解決的難點(diǎn)和痛點(diǎn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

針對上述存在的主要問題，我們走訪了長江三峽、江蘇京杭運(yùn)河等船閘調(diào)度單位，組織開展了湘江樞紐船閘通航調(diào)度系統(tǒng)的研究和開發(fā)。該系統(tǒng)由手機(jī)APP遠(yuǎn)程過閘申報、自動到錨確認(rèn)、船舶安檢、計劃編制、自動排擋、信息公開、違章管理、聯(lián)合調(diào)度、統(tǒng)計分析等功能模塊組成，下文詳細(xì)介紹其主要技術(shù)和功能簡述。

2.1 過閘流程

船戶通過手機(jī)APP遠(yuǎn)程申報，當(dāng)船舶到達(dá)指定的到錨區(qū)域時，結(jié)合船舶AIS位置信息自動到錨確認(rèn)[1]；海事部門對所有到達(dá)錨地的船舶依次完成安檢，安檢確認(rèn)后系統(tǒng)自動根據(jù)船舶到錨時間進(jìn)行排序并應(yīng)用自動排擋技術(shù)完成計劃編排；調(diào)度人員根據(jù)編排結(jié)果指揮船舶進(jìn)、出閘。

2.2 自動排擋技術(shù)

自動排擋技術(shù)根據(jù)一定的編排規(guī)則和優(yōu)化算法將船舶排入閘室。劉云峰等[2]對船閘排擋的數(shù)學(xué)模型、可排點(diǎn)概念、快速編排算法和啟發(fā)式搜索算法進(jìn)行了深入研究。結(jié)合湘江樞紐船閘調(diào)度管理現(xiàn)狀，本自動排擋技術(shù)的目標(biāo)為：保證“先到先過”，按到錨順序能排入當(dāng)前閘次的必須在當(dāng)前閘次安排；提高船閘、閘室面積利用率，從后續(xù)的船舶中排入合適大小的可排船舶，但序號不能超過當(dāng)前閘次最先1艘后的第15艘。對單一權(quán)重的啟發(fā)式搜索算法進(jìn)行改進(jìn)，提出基于時間-面積的啟發(fā)式搜索算法，既保證了當(dāng)前閘次必須過的船舶，也保證了閘室面積利用率。

算法思想是： ① 按照“先到先過”原則，以到錨時間先、后排序，應(yīng)用快速編排算法和啟發(fā)式搜索算法，當(dāng)遇到第1艘不能排入的船舶時，將當(dāng)前階段已排入的船舶選入必排隊列；② 將序號為15以內(nèi)未選入必排隊列的船舶按面積大小進(jìn)行排序，應(yīng)用快速編排算法和啟發(fā)式搜索算法，依次選入面積大的船舶；③ 記錄當(dāng)前所有選中的船舶和船舶在閘室中的位置信息，為當(dāng)前閘次的船舶進(jìn)行編排?；跁r間-面積的啟發(fā)式搜索算法流程圖見圖1。

2.3 手機(jī)APP功能

主要研發(fā)了遠(yuǎn)程申報、信息服務(wù)、信息公開功能，為船戶提供便捷的申報程序、實(shí)時的調(diào)度信息和水情氣象信息等。

圖1 基于時間-面積的啟發(fā)式搜索算法流程圖

1) 遠(yuǎn)程申報：船戶通過手機(jī)APP將船舶基本信息、貨物信息、目的港等信息報到后臺，后臺自動進(jìn)行校驗和登記。

2) 信息服務(wù)：及時將航道信息、水文信息、停航信息、政策法規(guī)等通過手機(jī)APP推送給船戶，為船戶提供信息服務(wù)。

3) 信息公開：將申報狀態(tài)、過閘排隊順序、船舶調(diào)度計劃、預(yù)計過閘時間等通過手機(jī)APP對船戶公示，便于船戶安排時間和相互監(jiān)督。

2.4 軟件平臺功能

主要研發(fā)了申報登記、自動到錨確認(rèn)、自動排擋、統(tǒng)計分析、聯(lián)合調(diào)度等功能，實(shí)現(xiàn)無紙化調(diào)度，提高工作效率，保障閘室的利用率和過閘效率。

1) 申報登記：將手機(jī)APP遠(yuǎn)程申報的船舶過閘申請信息進(jìn)行自動登記。

2) 到錨確認(rèn)：利用船舶AIS船載終端持續(xù)向后臺發(fā)送MMSI碼(唯一標(biāo)識)和位置等信息，自動觸發(fā)船舶到錨確認(rèn)，并進(jìn)行記錄。

3) 船舶安檢：靈活設(shè)置安檢規(guī)則，自動選擇出需要安檢的船舶，并通過調(diào)度指令通知船方在指定地點(diǎn)進(jìn)行安檢。

4) 計劃編排和執(zhí)行：應(yīng)用自動排檔技術(shù)，生成并執(zhí)行排擋計劃。

5) 違章管理：違章類別管理、違章登記、違章處罰、違章查詢。

6) 統(tǒng)計分析和查詢：以過閘記錄為主要數(shù)據(jù)源，基于圖表形式，針對船舶類型、貨客運(yùn)、船閘運(yùn)行次數(shù)等多維度進(jìn)行統(tǒng)計分析。

7) 聯(lián)合調(diào)度：長沙、株洲、大源渡、土谷塘樞紐4個船閘統(tǒng)一申報、數(shù)據(jù)共享，株洲、大源渡、土谷塘樞紐3個船閘集中調(diào)度。

3 應(yīng)用效果

湘江樞紐船閘通航調(diào)度系統(tǒng)于2016年在長沙樞紐船閘運(yùn)行，至2018年推廣到株洲、大源渡、土谷塘樞紐船閘，并實(shí)現(xiàn)4個船閘的統(tǒng)一申報、數(shù)據(jù)共享。實(shí)際應(yīng)用效果總結(jié)如下：

1) 為船舶提供了快速便捷的過閘服務(wù)，減少了船舶待閘時間；解決了船舶過閘需要船戶登記站?？?、上岸登記辦理過閘手續(xù)等申報難的問題。

2) 實(shí)現(xiàn)了全無紙化調(diào)度，電子智能排序，保障閘室的利用率和過閘效率；改變了樞紐船閘手工現(xiàn)場紙質(zhì)申報的原始方式，開發(fā)了船舶遠(yuǎn)程申報、自動到錨確認(rèn)、計劃編制、自動排擋等流水線式信息化調(diào)度模式；提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行各環(huán)節(jié)操作行為的全記錄、可追溯，避免了違規(guī)操作和工作失誤。

3) 解決了船舶過閘信息不透明的問題，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度信息公開化。通過手機(jī)APP將到錨時間、排隊序號、綠色通道船舶、計劃過閘時間等信息向船主公開，改變了過去盲目等待的狀況，便于船主合理的安排時間。同時，便于船主參與過閘服務(wù)的監(jiān)督，更加公開、公正，船主舉報、投訴的電話越來越少。

4 運(yùn)行實(shí)績分析和建議

2019年系統(tǒng)記錄了72387條過閘實(shí)績。各船閘的過閘船舶申報和過閘統(tǒng)計詳見表1、表2。

4.1 加強(qiáng)長沙樞紐船閘的通航能力建設(shè)

統(tǒng)計顯示，長沙、株洲、大源渡、土谷塘船閘過閘船舶艘次(含上、下行)占比分別為65.9%、19.3%、12.8%、2.0%。以船舶到錨確認(rèn)時間為參考，進(jìn)一步統(tǒng)計長沙船閘申報船舶最多的月份和數(shù)量分別是12月、5732艘次。從過閘數(shù)量上來看，株洲、大源渡、土谷塘船閘的過閘船舶數(shù)量相對較少，船舶到了就可以安排過閘；長沙船閘的過閘船舶數(shù)量多，超過了船閘通航能力，仍然存在船舶排隊等待的情況。建議從多個方面加強(qiáng)長沙樞紐船閘的通航能力建設(shè)，如：推進(jìn)長沙樞紐船閘通航能力硬件建設(shè)；優(yōu)化船舶過閘調(diào)度管理，縮短船舶過閘調(diào)度時間；合理搭配過閘船舶，提高閘室利用率；優(yōu)化運(yùn)力結(jié)構(gòu)，推進(jìn)船舶標(biāo)準(zhǔn)化、大型化。

表1 2019年4個樞紐船閘過閘船舶目的港統(tǒng)計表(上行)船閘名稱過閘船舶總數(shù)/艘次目的港/艘次長沙船閘?株洲船閘株洲船閘?大源渡船閘大源渡船閘?土谷塘船閘土谷塘船閘以上長沙港湘潭港株洲下游港株洲上游港華興水泥廠衡山衡東大源渡下游大源渡上游衡陽港耒陽港松柏長沙船閘23 8408 60411 26970743717065518262 4871438株洲船閘6 965———2 0901 38331727102422 9411350大源渡船閘4 646————————1 2963 2781557土谷塘船閘708———————————708

表2 2019年4個樞紐船閘過閘船舶目的港統(tǒng)計表(下行)船閘名稱過閘船舶總數(shù)/艘次目的港/艘次土谷塘船閘?大源渡船閘大源渡船閘?株洲船閘株洲船閘?長沙船閘長沙船閘以下耒陽港衡陽港大源渡上游大源渡下游衡東衡山華興水泥廠株洲上游港株洲下游港湘潭港長沙港土谷塘船閘710—5849———101115846大源渡船閘4 613———2 271115765122105701 188724株洲船閘14 012————————4 0291 5003 128 171長沙船閘23 858———————————23 858

4.2 推進(jìn)湘江樞紐梯級船閘的聯(lián)合調(diào)度

由表1、表2可知，2019年從始發(fā)港到目的港(含上、下行)的船舶，經(jīng)過全部4個船閘的為84艘次；經(jīng)過3個及以上船閘的為3445艘次；經(jīng)過2個及以上船閘的為16738艘次。這部分同一航次經(jīng)過多個船閘的船舶對聯(lián)合調(diào)度有需求，建議省級交通主管部門牽頭制定全省或湘江流域的船閘通航管理辦法，將各通航船閘的調(diào)度、安檢、違章處罰等相關(guān)規(guī)則統(tǒng)一起來，逐步推進(jìn)聯(lián)合調(diào)度，增強(qiáng)過閘服務(wù)水平和能力。

4.3 應(yīng)用信息化手段提高過閘安檢效率

船舶過閘調(diào)度部門和安檢部門是2個獨(dú)立的單位，目前船舶安檢主要依靠紙質(zhì)記錄，工作人員安檢完多條船后，回辦公地點(diǎn)借助電腦將安檢數(shù)據(jù)錄入調(diào)度系統(tǒng)，效率低且不及時。為保障過閘安全，目前實(shí)施全部船舶過閘前都需要安檢的機(jī)制，工作量大且存在空閘等待船舶安檢的情況。建議開發(fā)移動端船舶過閘安檢APP，實(shí)現(xiàn)船上現(xiàn)場安檢、現(xiàn)場確認(rèn)，提高安檢效率，減少船舶等待時間。

5 結(jié)語

湘江樞紐船閘通航調(diào)度系統(tǒng)解決了現(xiàn)階段船舶過閘插隊、過閘申報不便民、信息不公開、登記排擋效率低等問題。但隨著水運(yùn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和航道條件的不斷改善，長沙樞紐船閘的通航能力不足、梯級船閘聯(lián)合調(diào)度的制約因素多、推進(jìn)難度大等新問題逐步凸顯，需要各級管理部門統(tǒng)籌考慮，進(jìn)一步提高湘江樞紐船閘通航服務(wù)能力。