船閘智能排檔技術(shù)應(yīng)用初探

牛東宇　方澤興　俞月龍

摘 要：利用計算機(jī)進(jìn)行智能排擋是提高船閘運(yùn)行效率的有效手段，為了將船閘智能排檔技術(shù)有效應(yīng)用于實際工程建設(shè)運(yùn)營中，文章分析了所需的關(guān)鍵技術(shù)，包括調(diào)度技術(shù)、排擋算法和計算機(jī)仿真技術(shù)，并將其應(yīng)用于“浙閘通”智慧過閘系統(tǒng)中，有效提升了船閘運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：過閘調(diào)度;船閘排擋;計算機(jī)仿真

中圖分類號：U641.7? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(yùn)行需求^[1]，隨著智慧船閘的建設(shè)^[2]，數(shù)字化方法為船閘運(yùn)行管理帶來變革^[3-4]，利用計算機(jī)進(jìn)行智能排擋是提高船閘運(yùn)行效率的有效手段。

現(xiàn)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(rèn)為是組合優(yōu)化的矩形Packing問題^[5]（或稱二維裝箱問題^[6]），該問題被認(rèn)為是NP完全問題，一般將時間調(diào)度和裝箱過程相結(jié)合，構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)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(jìn)行求解。

本文主要圍繞船閘智能排檔技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用展開，將智能排擋算法融入智慧船閘系統(tǒng)中，融合船舶調(diào)度規(guī)則和軟件開發(fā)技術(shù)，將船閘智能排檔應(yīng)用于實際船閘調(diào)度過程中，提升船閘運(yùn)行效率。

1關(guān)鍵技術(shù)

1.1 調(diào)度技術(shù)

1.1.1 過閘船舶位置監(jiān)控技術(shù)

調(diào)度員可在管理網(wǎng)站上，觀察遠(yuǎn)方停泊區(qū)船舶位置及到閘區(qū)的距離，實時了解申報船舶的停泊、行駛情況;同時根據(jù)船舶定位及閘區(qū)過閘的情況，安排遠(yuǎn)調(diào)調(diào)度計劃。

為減輕衛(wèi)星定位服務(wù)的數(shù)據(jù)壓力，采用Redis緩存技術(shù)，同時為了方便調(diào)度人員實時觀察船舶到閘距離，采用ajax技術(shù)，實時刷新網(wǎng)頁中列表的特定列。

1.1.2 App消息推送技術(shù)

調(diào)度員的調(diào)度信息需推送到船戶的手機(jī)App中，船戶可以根據(jù)船舶運(yùn)行的實際情況，決定是否響應(yīng)調(diào)度員的調(diào)度指令，調(diào)度員也需實時了解船戶的調(diào)度回復(fù)信息。

采用第三方的App推送服務(wù)，通過App的登錄與第三方App推送服務(wù)建立長連接，調(diào)用第三方App推送服務(wù)的API可實現(xiàn)消息推送。采用Redis中間件緩存的辦法，緩存數(shù)據(jù)由定位程序輪詢獲取。

1.1.3 遠(yuǎn)調(diào)排隊及過閘調(diào)度

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

總調(diào)調(diào)度人員需要實時掌握閘區(qū)內(nèi)停泊的船舶情況，閘區(qū)內(nèi)船舶的停泊船舶量是有限的，調(diào)度人員需要根據(jù)閘區(qū)船舶停泊情況安排船舶有序過閘。

衛(wèi)星定位廠商的數(shù)據(jù)服務(wù)可以提供當(dāng)前時刻特定區(qū)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(jìn)區(qū)域船舶，未離開區(qū)域船舶和已離開區(qū)域的船舶。

通過輪詢?nèi)≈缔k法跟蹤船舶進(jìn)入或離開停泊區(qū)的時間，時間的精確度取決于輪詢?nèi)?shù)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(shù)預(yù)設(shè)

根據(jù)調(diào)度時間確定優(yōu)先服務(wù)規(guī)則，對每座船閘預(yù)先設(shè)定如下參數(shù)因子：

（1）閘室最大能夠組合放置的船舶數(shù)。

（2）按照先到先過閘的規(guī)則，必須確保優(yōu)先服務(wù)的船舶數(shù)。

（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(yōu)先服務(wù)的船舶，計算出所有的選擇組合，組合數(shù)個數(shù)為。

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

（3）循環(huán)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(fù)②、③兩步，直至填滿閘室。⑤檢查計算結(jié)果是否符合過閘安全規(guī)則。⑥如果符合過閘安全規(guī)則，同時大于等于前次船舶排列數(shù)，則保存組合的計算結(jié)果。

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

1.3 排擋圖仿真技術(shù)

在排檔圖的布局、設(shè)計中，采用的計算機(jī)仿真技術(shù)如下。

1.3.1 視口技術(shù)

視口指的是瀏覽器的可視區(qū)域，根據(jù)CSS3規(guī)范，視口單位見表1。

1.3.2 網(wǎng)頁畫布技術(shù)

網(wǎng)頁畫面技術(shù)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(biāo)以及名種文字等。

2 應(yīng)用實例

2.1 應(yīng)用背景

“浙閘通”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)，包括船舶過閘系統(tǒng)、船戶過閘App以及綜合信息平臺，本文所介紹的過閘調(diào)度排檔技術(shù)在“浙閘通”系統(tǒng)中開展應(yīng)用。

2.2 排擋原則

調(diào)度員在所有遠(yuǎn)調(diào)進(jìn)入閘區(qū)的船舶中，挑選符合過閘條件的船舶，使其進(jìn)入待閘船舶序列中，再選擇進(jìn)入閘室過閘的船舶。

（1）根據(jù)浙江省運(yùn)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(dá)到最大的閘室利用率，應(yīng)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(xù)三艘船舶，不允許空重相隔。

（5）由調(diào)度人員選擇排隊優(yōu)先的船舶進(jìn)行船舶進(jìn)閘排檔，不允許為了過閘的高效率，隨意跳過排隊優(yōu)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(diào)度員選中的預(yù)備過閘的船舶。

2.3.2 船舶調(diào)度顯示

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

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

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

（3）船閘示意圖。根據(jù)中部排檔調(diào)整區(qū)的船舶位置信息，等比例縮放展示船舶在船閘中?？康奈恢?。

2.3.3 船閘排檔示意圖布局

考慮到用戶使用的計算機(jī)的分辨率各有不同，船閘排檔示意圖需要自適應(yīng)用戶的屏幕顯示，自適應(yīng)的內(nèi)容包括：區(qū)域自適應(yīng)，即待選船舶區(qū)、中間排檔調(diào)整區(qū)、船閘示意圖區(qū);字體大小自適應(yīng)，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(biāo)大小自適應(yīng)，包括上、下行圖標(biāo)、船舶圖標(biāo)等。

2.3.4 排檔圖的等比例縮放

根據(jù)自上而下3個區(qū)域的比例，確定下部的船閘示意圖區(qū)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(guān)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(jù)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(jù)船舶實際長寬，計算出船舶的屏幕顯示長寬。

3結(jié)論與展望

本文主要圍繞船閘智能排檔技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用展開，將智能排擋算法融入智慧船閘系統(tǒng)中，融合船舶調(diào)度規(guī)則和軟件開發(fā)技術(shù)，將船閘智能排檔應(yīng)用于實際船閘調(diào)度過程中，提升船閘運(yùn)行效率。

隨著內(nèi)河航運(yùn)過閘業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，在船舶過閘調(diào)度及閘室排檔方面還會有新的需求，在實際調(diào)度、排檔業(yè)務(wù)中也會出現(xiàn)新的問題，需要不斷完善軟件系統(tǒng)，滿足過閘業(yè)務(wù)發(fā)展需求。

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