首閘申報(bào)制的技術(shù)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

程達(dá)磊　俞月龍　方澤興

【摘 要】 為滿足首閘申報(bào)的管理需求，梳理船舶過(guò)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(duì)首閘申報(bào)制進(jìn)行業(yè)務(wù)抽象建模，同時(shí)在“浙閘通”智慧過(guò)閘系統(tǒng)開(kāi)展應(yīng)用實(shí)踐，有效提升船閘運(yùn)行效率。

【關(guān)鍵詞】 首閘申報(bào);過(guò)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(yùn)行效率。遠(yuǎn)程申報(bào)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各類船閘的運(yùn)行中[1]，特別是在船舶調(diào)度系統(tǒng)中，有利于開(kāi)展船閘排擋[2]和聯(lián)合調(diào)度[3]等工作。

首閘申報(bào)制是指船舶首次過(guò)閘申報(bào)后在途經(jīng)后續(xù)船閘時(shí)無(wú)需再次申報(bào)的過(guò)閘申報(bào)方式，可使用戶（船員）一次申報(bào)全程通行。首閘申報(bào)制是船閘調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，系統(tǒng)通過(guò)分析船舶的首閘申報(bào)信息來(lái)自動(dòng)確定船舶的過(guò)閘路徑，從而為船閘管理方提供精細(xì)化過(guò)閘調(diào)度管理的數(shù)據(jù)支撐。

1 首閘申報(bào)管理要求

船閘公司及港航管理部門(mén)對(duì)船舶首閘申報(bào)制的管理要求是：

（1）船舶第一次過(guò)閘時(shí)須上岸登記船舶信息，之后過(guò)閘時(shí)船員可通過(guò)手機(jī)軟件完成后續(xù)過(guò)閘申報(bào)，不必上岸辦理。管理部門(mén)盡可能減少申報(bào)數(shù)據(jù)的重復(fù)錄入。

（2）要求船員申報(bào)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)缺漏，始發(fā)港、目的港與船閘路徑之間存在準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在首閘申報(bào)后，次閘申報(bào)過(guò)程中不允許船員隨意修改吃水等數(shù)據(jù)。申報(bào)的路徑和過(guò)閘數(shù)據(jù)可以作為貨物流向統(tǒng)計(jì)分析和各船閘上下游來(lái)船查詢的依據(jù)。

2 基于首閘申報(bào)制的調(diào)度流程

2.1 管理原則

（1）船舶首次過(guò)閘需要船員憑船舶檢驗(yàn)證書(shū)上岸進(jìn)行船舶注冊(cè)，后續(xù)過(guò)閘無(wú)需上岸辦理手續(xù);

（2）船員可以通過(guò)手機(jī)軟件線上辦理申報(bào)、調(diào)度、過(guò)閘等業(yè)務(wù);

（3）首閘申報(bào)后，船舶后續(xù)過(guò)閘時(shí)不需要重復(fù)錄入船舶申報(bào)資料;

（4）在首閘申報(bào)時(shí)，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(guò)閘調(diào)度流程是根據(jù)船舶調(diào)度管理需求而設(shè)計(jì)的。

在通過(guò)錨地檢測(cè)及違章檢測(cè)后，船員可通過(guò)手機(jī)在錨地遠(yuǎn)程報(bào)港，具體情況流程是：

（1）首閘申報(bào)：船員填寫(xiě)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(dòng)判斷船舶將要經(jīng)過(guò)的船閘并提示船員確認(rèn)。

（2）次閘申報(bào)：當(dāng)船舶到達(dá)次閘錨地時(shí)，手機(jī)軟件提示船員次閘報(bào)港確認(rèn)，船員只需要簡(jiǎn)單確認(rèn)就可完成次閘報(bào)港，不再需要填寫(xiě)其他信息。

2.3 過(guò)閘流程

總調(diào)度系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)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(jī)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(guò)閘手機(jī)軟件發(fā)送繳費(fèi)通知;船員使用船舶過(guò)閘手機(jī)軟件接收繳費(fèi)通知并繳費(fèi);船舶行駛到閘區(qū)并已繳費(fèi)，總調(diào)管理員對(duì)船舶進(jìn)行確認(rèn)，確定待閘船舶;船閘調(diào)度員通知待閘船舶過(guò)閘;過(guò)閘后船閘調(diào)度員進(jìn)行過(guò)閘確認(rèn)，完成過(guò)閘。

以上過(guò)程中，接受放船指令可以在收費(fèi)前也可以在收費(fèi)后。

具體調(diào)度過(guò)程見(jiàn)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(mén)的要求，過(guò)閘申報(bào)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(gè)。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(diǎn);

（2）停泊區(qū)中心點(diǎn)（經(jīng)緯度），作為距離計(jì)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(guò)單個(gè)船閘時(shí)，路徑一般會(huì)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(guò)閘的船舶;

（2）單閘路徑的方向;

（3）單閘路徑經(jīng)過(guò)的停泊區(qū)，可能會(huì)有多個(gè)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(bào)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(gè)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(gè)或多個(gè)單閘路徑串聯(lián)組成的，會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)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(guò)的單閘路徑;

（4）航線按順序所經(jīng)過(guò)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(huì)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(shí)，省外船閘不在調(diào)度系統(tǒng)軟件的控制范圍中，目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)跨省際的船閘過(guò)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(jìn)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(gè)需要經(jīng)過(guò)的船閘，也就是僅有一個(gè)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(gè)圖的節(jié)點(diǎn)來(lái)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(lái)說(shuō)，就是計(jì)算有向圖的所有項(xiàng)點(diǎn)的路徑，考慮到不應(yīng)該存在回路，這些路徑都應(yīng)該是簡(jiǎn)單路徑。

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

1）將開(kāi)始節(jié)點(diǎn)設(shè)置為已訪問(wèn)，并將其入棧。

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

（1）與棧頂節(jié)點(diǎn)連通;（2）沒(méi)有從棧頂節(jié)點(diǎn)出發(fā)訪問(wèn)過(guò)的節(jié)點(diǎn);（3）如果有，則將找到的這個(gè)節(jié)點(diǎn)入棧;（4）如果沒(méi)有，棧頂節(jié)點(diǎn)出棧;（5）當(dāng)棧頂節(jié)點(diǎn)為終點(diǎn)時(shí)，設(shè)置終點(diǎn)沒(méi)有被訪問(wèn)過(guò)，輸出棧中節(jié)點(diǎn)，彈出棧頂節(jié)點(diǎn);（6）重復(fù)執(zhí)行（2）～（5）步驟，直到棧中元素為空;（7）如沒(méi)有輸出，則兩節(jié)點(diǎn)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(guò)計(jì)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(guò)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(gè)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(kù)中。

根據(jù)始發(fā)港、目的港查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，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(guò)的船閘序列;該路徑中需要順序經(jīng)過(guò)的單閘路徑序列。

4 應(yīng)用實(shí)例

“浙閘通”智慧過(guò)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(guò)閘系統(tǒng)，由船舶過(guò)閘系統(tǒng)、船舶過(guò)閘手機(jī)軟件以及綜合信息平臺(tái)構(gòu)成。本文中的首閘申報(bào)制相關(guān)技術(shù)在“浙閘通”系統(tǒng)中開(kāi)展應(yīng)用。

船閘申報(bào)情況可在手機(jī)軟件端（見(jiàn)圖2）和管理員PC端（見(jiàn)圖3）兩類終端顯示。

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

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著內(nèi)河航運(yùn)過(guò)閘業(yè)務(wù)量的不斷增長(zhǎng)，在首閘申報(bào)制的實(shí)踐過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)新需求、遇到新問(wèn)題，因此需要有針對(duì)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(jì)算路徑，在船閘數(shù)量不多（不超過(guò)40座）時(shí)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(jìn)一步優(yōu)化。

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收稿日期：2021-07-23

作者簡(jiǎn)介：程達(dá)磊（1993―），男，本科、高級(jí)程序員，從事船閘信息化工作

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