程達磊　俞月龍　方澤興

【摘 要】 為滿足首閘申報的管理需求，梳理船舶過閘調(diào)度系統(tǒng)的流程，從數(shù)據(jù)模型和航線算法方面對首閘申報制進行業(yè)務(wù)抽象建模，同時在“浙閘通”智慧過閘系統(tǒng)開展應(yīng)用實踐，有效提升船閘運行效率。

【關(guān)鍵詞】 首閘申報;過閘調(diào)度;船閘管理

0 引 言

隨著智慧船閘的建設(shè)，數(shù)字化系統(tǒng)大幅提高了船閘的運行效率。遠程申報系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各類船閘的運行中[1]，特別是在船舶調(diào)度系統(tǒng)中，有利于開展船閘排擋[2]和聯(lián)合調(diào)度[3]等工作。

首閘申報制是指船舶首次過閘申報后在途經(jīng)后續(xù)船閘時無需再次申報的過閘申報方式，可使用戶（船員）一次申報全程通行。首閘申報制是船閘調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，系統(tǒng)通過分析船舶的首閘申報信息來自動確定船舶的過閘路徑，從而為船閘管理方提供精細化過閘調(diào)度管理的數(shù)據(jù)支撐。

1 首閘申報管理要求

船閘公司及港航管理部門對船舶首閘申報制的管理要求是：

（1）船舶第一次過閘時須上岸登記船舶信息，之后過閘時船員可通過手機軟件完成后續(xù)過閘申報，不必上岸辦理。管理部門盡可能減少申報數(shù)據(jù)的重復(fù)錄入。

（2）要求船員申報數(shù)據(jù)準確無缺漏，始發(fā)港、目的港與船閘路徑之間存在準確的對應(yīng)關(guān)系。在首閘申報后，次閘申報過程中不允許船員隨意修改吃水等數(shù)據(jù)。申報的路徑和過閘數(shù)據(jù)可以作為貨物流向統(tǒng)計分析和各船閘上下游來船查詢的依據(jù)。

2 基于首閘申報制的調(diào)度流程

2.1 管理原則

（1）船舶首次過閘需要船員憑船舶檢驗證書上岸進行船舶注冊，后續(xù)過閘無需上岸辦理手續(xù);

（2）船員可以通過手機軟件線上辦理申報、調(diào)度、過閘等業(yè)務(wù);

（3）首閘申報后，船舶后續(xù)過閘時不需要重復(fù)錄入船舶申報資料;

（4）在首閘申報時，不需要船員錄入船舶途經(jīng)的船閘，僅需要錄入始發(fā)港和目的港;

（5）允許船舶終止未完成的航次。

2.2 調(diào)度流程

船舶過閘調(diào)度流程是根據(jù)船舶調(diào)度管理需求而設(shè)計的。

在通過錨地檢測及違章檢測后，船員可通過手機在錨地遠程報港，具體情況流程是：

（1）首閘申報：船員填寫始發(fā)港、目的港、吃水深度、貨種等信息，系統(tǒng)根據(jù)始發(fā)港和目的港信息自動判斷船舶將要經(jīng)過的船閘并提示船員確認。

（2）次閘申報：當船舶到達次閘錨地時，手機軟件提示船員次閘報港確認，船員只需要簡單確認就可完成次閘報港，不再需要填寫其他信息。

2.3 過閘流程

總調(diào)度系統(tǒng)（以下簡稱“總調(diào)”）根據(jù)調(diào)度情況，發(fā)送放船指令給相應(yīng)船舶;船員手機軟件接收總調(diào)的放船指令后，向總調(diào)船閘方向行船;總調(diào)向船舶過閘手機軟件發(fā)送繳費通知;船員使用船舶過閘手機軟件接收繳費通知并繳費;船舶行駛到閘區(qū)并已繳費，總調(diào)管理員對船舶進行確認，確定待閘船舶;船閘調(diào)度員通知待閘船舶過閘;過閘后船閘調(diào)度員進行過閘確認，完成過閘。

以上過程中，接受放船指令可以在收費前也可以在收費后。

具體調(diào)度過程見圖1。

3 業(yè)務(wù)的抽象建模

3.1 數(shù)據(jù)模型

3.1.1 停泊區(qū)數(shù)據(jù)模型

按照船閘公司及港航管理部門的要求，過閘申報的先決條件是船舶必須在指定錨地停泊。

停泊區(qū)一般分為上游停泊區(qū)和下游停泊區(qū)，上、下游的停泊區(qū)可能有多個。停泊區(qū)數(shù)據(jù)屬性包括：

（1）停泊區(qū)區(qū)域，以經(jīng)緯度方式描述區(qū)域的多邊形端點;

（2）停泊區(qū)中心點（經(jīng)緯度），作為距離計算的依據(jù);

（3）停泊區(qū)所屬的船閘;

（4）停泊區(qū)是否啟用。

3.1.2 單閘路徑數(shù)據(jù)模型

經(jīng)過單個船閘時，路徑一般會存在上行、下行兩條，網(wǎng)狀分布河流可能存在大于兩條路徑的情況。單閘路徑數(shù)據(jù)屬性包括：

（1）所要過閘的船舶;

（2）單閘路徑的方向;

（3）單閘路徑經(jīng)過的停泊區(qū)，可能會有多個停泊區(qū);

（4）各停泊區(qū)到閘區(qū)的距離。

3.1.3 港口數(shù)據(jù)模型

用于船員申報中的始發(fā)地與目的地，包括內(nèi)河的港口、碼頭、貨物集散地等。港口數(shù)據(jù)屬性包括：

（1）港口名稱;

（2）港口的拼音首字母快捷字符串。

3.1.4 航線數(shù)據(jù)模型

船舶在內(nèi)河航行，一個航次的始發(fā)港至目的港的航線通常是唯一的，一條航線是由一個或多個單閘路徑串聯(lián)組成的，會經(jīng)過一個或多個船閘、停泊區(qū)。航線數(shù)據(jù)屬性包括：

（1）航線的始發(fā)港;

（2）航線的目的港;

（3）航線按順序所經(jīng)過的單閘路徑;

（4）航線按順序所經(jīng)過的船閘。

3.2 航線分析算法

3.2.1 航線特性

不同的始發(fā)港、目的港可能會存在航線重疊情形，造成這種情況的原因有：相鄰港口之間不必然存在船閘;跨省際航行時，省外船閘不在調(diào)度系統(tǒng)軟件的控制范圍中，目前還沒有實現(xiàn)跨省際的船閘過閘調(diào)度。

根據(jù)內(nèi)河河流地理分布、連通及船閘在河流上的分布等情況，可以按區(qū)域?qū)@些港口進行分類，并確定各類港口之間的連通性，相鄰分類港口之間有且僅有一個需要經(jīng)過的船閘，也就是僅有一個單閘路徑，同一分類的始發(fā)港至同一分類的目的港的航線是唯一的。

3.2.2 算法分析

如果將相同分類的港口作為同一個圖的節(jié)點來看待，航線算法本質(zhì)上就可以抽象為一種圖的搜索算法。具體來說，就是計算有向圖的所有項點的路徑，考慮到不應(yīng)該存在回路，這些路徑都應(yīng)該是簡單路徑。

遍歷圖中所有的節(jié)點，計算這些節(jié)點間的路徑，使用堆棧法計算任意兩個節(jié)點間路徑的算法：

1）將開始節(jié)點設(shè)置為已訪問，并將其入棧。

2）查看棧頂節(jié)點，查找該節(jié)點的下一個節(jié)點，并滿足如下條件：

（1）與棧頂節(jié)點連通;（2）沒有從棧頂節(jié)點出發(fā)訪問過的節(jié)點;（3）如果有，則將找到的這個節(jié)點入棧;（4）如果沒有，棧頂節(jié)點出棧;（5）當棧頂節(jié)點為終點時，設(shè)置終點沒有被訪問過，輸出棧中節(jié)點，彈出棧頂節(jié)點;（6）重復(fù)執(zhí)行（2）～（5）步驟，直到棧中元素為空;（7）如沒有輸出，則兩節(jié)點是不可連通的，否則就是可連通的。

3.2.3 數(shù)據(jù)處理與使用

通過計算獲取所有港口分類的連通路徑，并記錄這些路徑所有順序經(jīng)過的船閘、單閘路徑。

處理所得到的每一條連通路徑，包括：獲取連通路徑的始發(fā)港分類與目的港分類的所有港口;將兩個港口集合作笛卡爾乘積;將集合結(jié)果按數(shù)據(jù)模型存入數(shù)據(jù)庫中。

根據(jù)始發(fā)港、目的港查詢數(shù)據(jù)庫，可以得到的結(jié)果包括：是否存在這樣的港口路徑;該路徑中需要順序經(jīng)過的船閘序列;該路徑中需要順序經(jīng)過的單閘路徑序列。

4 應(yīng)用實例

“浙閘通”智慧過閘調(diào)度系統(tǒng)是應(yīng)用于浙江省杭金衢紹甬航區(qū)14座船閘的統(tǒng)一過閘系統(tǒng)，由船舶過閘系統(tǒng)、船舶過閘手機軟件以及綜合信息平臺構(gòu)成。本文中的首閘申報制相關(guān)技術(shù)在“浙閘通”系統(tǒng)中開展應(yīng)用。

船閘申報情況可在手機軟件端（見圖2）和管理員PC端（見圖3）兩類終端顯示。

當用戶輸入始發(fā)港、目的港后，系統(tǒng)自動判斷途經(jīng)船閘序列，并展示給船員及管理人員。

5 結(jié) 語

隨著內(nèi)河航運過閘業(yè)務(wù)量的不斷增長，在首閘申報制的實踐過程中會出現(xiàn)新需求、遇到新問題，因此需要有針對性地持續(xù)完善軟件系統(tǒng)。例如，現(xiàn)有的航線路徑算法是遍歷所有港口分類分別計算路徑，在船閘數(shù)量不多（不超過40座）時尚可使用。若今后有跨省管理需求，船閘數(shù)量大幅增加，該算法應(yīng)進一步優(yōu)化。

參考文獻：

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[2] 吳小濤，袁曉輝，MUHAMMAD A I，等. 基于擬人策略的三峽永久閘室編排新算法[J]. 水電能源科學(xué)，2015（5）：148-151，68.

[3] 王小平，齊歡，肖恒輝，等. 基于串聯(lián)排隊網(wǎng)絡(luò)的三峽―葛洲壩水利樞紐聯(lián)合調(diào)度模型[J]. 交通運輸工程學(xué)報，2006（3）：82-86.

收稿日期：2021-07-23

作者簡介：程達磊（1993―），男，本科、高級程序員，從事船閘信息化工作

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