船闸智能排档技术应用初探
2021-11-10牛东宇方泽兴俞月龙
牛东宇 方泽兴 俞月龙
摘 要：利用计算机进行智能排挡是提高船闸运行效率的有效手段，为了将船闸智能排档技术有效应用于实际工程建设运营中，文章分析了所需的关键技术，包括调度技术、排挡算法和计算机仿真技术，并将其应用于“浙闸通”智慧过闸系统中，有效提升了船闸运行效率。
关键词：过闸调度;船闸排挡;计算机仿真
中图分类号：U641.7 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）10-0075-03
船闸排挡对提升船闸通过能力有重要意义，对大型船闸来说，手工排挡已无法满足船闸实际运行需求[1]，随着智慧船闸的建设[2]，数字化方法为船闸运行管理带来变革[3-4]，利用计算机进行智能排挡是提高船闸运行效率的有效手段。
现有的研究大多围绕船闸排挡算法和提升船闸通过能力方式等方面开展。船闸排挡一般被认为是组合优化的矩形Packing问题[5]（或称二维装箱问题[6]），该问题被认为是NP完全问题，一般将时间调度和装箱过程相结合，构建优化目标与约束条件，利用CAD排样算法[7]、DFS算法[8]、蚁群算法[9]、遗传算法[10]等方法对该问题进行求解。
本文主要围绕船闸智能排档技术在实际工程中的应用展开，将智能排挡算法融入智慧船闸系统中，融合船舶调度规则和软件开发技术，将船闸智能排档应用于实际船闸调度过程中，提升船闸运行效率。
1关键技术
1.1 调度技术
1.1.1 过闸船舶位置监控技术
调度员可在管理网站上，观察远方停泊区船舶位置及到闸区的距离，实时了解申报船舶的停泊、行驶情况;同时根据船舶定位及闸区过闸的情况，安排远调调度计划。
为减轻卫星定位服务的数据压力，采用Redis缓存技术，同时为了方便调度人员实时观察船舶到闸距离，采用ajax技术，实时刷新网页中列表的特定列。
1.1.2 App消息推送技术
调度员的调度信息需推送到船户的手机App中，船户可以根据船舶运行的实际情况，决定是否响应调度员的调度指令，调度员也需实时了解船户的调度回复信息。
采用第三方的App推送服务，通过App的登录与第三方App推送服务建立长连接，调用第三方App推送服务的API可实现消息推送。采用Redis中间件缓存的办法，缓存数据由定位程序轮询获取。
1.1.3 远调排队及过闸调度
船户需要实时了解自己的排队序号，根据序号前排队船舶的数量，船户能够大致推算出等待时长。
总调调度人员需要实时掌握闸区内停泊的船舶情况，闸区内船舶的停泊船舶量是有限的，调度人员需要根据闸区船舶停泊情况安排船舶有序过闸。
卫星定位厂商的数据服务可以提供当前时刻特定区域的船舶列表，通过对比前后两次获取的船舶列表，可计算出新进区域船舶，未离开区域船舶和已离开区域的船舶。
通过轮询取值办法跟踪船舶进入或离开停泊区的时间，时间的精确度取决于轮询取数的时间间隔，一般针对慢速行驶的船舶，时间间隔以10-30秒为宜。
1.2 排挡算法
1.2.1 参数预设
根据调度时间确定优先服务规则，对每座船闸预先设定如下参数因子：
（1）闸室最大能够组合放置的船舶数。
（2）按照先到先过闸的规则，必须确保优先服务的船舶数。
（3）引航道上可以滞留停泊的船舶。
1.2.2 算法步骤
（1）去除需要确保优先服务的船舶，计算出所有的选择组合，组合数个数为。
（2）把确保优先服务的船舶加入到上一步的每一个组合中，每个组合的船舶数量小于等于。
（3）循環计算上一步中的每一个组合，计算方法如下：①对组合的船舶，按船舶宽度从大到小排序。②取出最大船舶，放入闸室左下角（从船户过闸角度）。③尝试找出最大的能放入左上角的船舶，并放入左上角。④重复②、③两步，直至填满闸室。⑤检查计算结果是否符合过闸安全规则。⑥如果符合过闸安全规则，同时大于等于前次船舶排列数，则保存组合的计算结果。
（4）最后比较这些组合的计算结果，找出最符合先到先进闸的排列，该船舶排列即最终结果。
1.3 排挡图仿真技术
在排档图的布局、设计中，采用的计算机仿真技术如下。
1.3.1 视口技术
视口指的是浏览器的可视区域，根据CSS3规范，视口单位见表1。
1.3.2 网页画布技术
网页画面技术主要用于绘制船闸示意图，绘制闸室外框、系缆位置、警示线、闸室中线、船舶外框、船舶图标以及名种文字等。
2 应用实例
2.1 应用背景
“浙闸通”是应用于浙江省杭金衢绍甬航区14座船闸的统一过闸系统，包括船舶过闸系统、船户过闸App以及综合信息平台，本文所介绍的过闸调度排档技术在“浙闸通”系统中开展应用。
2.2 排挡原则
调度员在所有远调进入闸区的船舶中，挑选符合过闸条件的船舶，使其进入待闸船舶序列中，再选择进入闸室过闸的船舶。
（1）根据浙江省运行船闸的宽度和船舶实际宽度，一个闸室横截面，最多排列两艘船舶。
（2）为达到最大的闸室利用率，应该尽可能按照横排两艘的方式安排船舶位置，除非排不下或有闸室空位。
（3）从船户的角度，按照先左后右的方式排檔。
（4）在闸室中的前后任意连续三艘船舶，不允许空重相隔。
（5）由调度人员选择排队优先的船舶进行船舶进闸排档，不允许为了过闸的高效率，随意跳过排队优先的船舶。
2.3 操作界面
2.3.1待闸船舶显示
列出待闸过闸的船舶，其中勾选部分是调度员选中的预备过闸的船舶。
2.3.2 船舶调度显示
船舶调度示意图页面自上而下分为3个部分，待选船舶区、排档调整区以及船闸示意图区。
（1）待选船舶区。列出待过闸的全部船舶，其中，勾选部分为调度员选择的预备过闸的船舶。
（2）排档调整区。对于自动排档的船舶，可以进行手工调整，比如：增加、删除、位置移动等。
（3）船闸示意图。根据中部排档调整区的船舶位置信息，等比例缩放展示船舶在船闸中停靠的位置。
2.3.3 船闸排档示意图布局
考虑到用户使用的计算机的分辨率各有不同，船闸排档示意图需要自适应用户的屏幕显示，自适应的内容包括：区域自适应，即待选船舶区、中间排档调整区、船闸示意图区;字体大小自适应，界面显示的字体大小需要随着屏幕分辨率的变化而变化;图标大小自适应，包括上、下行图标、船舶图标等。
2.3.4 排档图的等比例缩放
根据自上而下3个区域的比例，确定下部的船闸示意图区域的长度和宽度。
各船闸的大小不同，甚至差异较大，所以为了保证显示效果，保持页面下部船闸示意图外框长宽与屏幕大小比例关系固定，即不管船闸的大小及屏幕分辨率变化，其显示比例不变。
根据船闸的实际长宽及页面下部船闸示意图的固定长宽，计算出长、宽的缩放比例，再根据船舶实际长宽，计算出船舶的屏幕显示长宽。
3结论与展望
本文主要围绕船闸智能排档技术在实际工程中的应用展开，将智能排挡算法融入智慧船闸系统中，融合船舶调度规则和软件开发技术，将船闸智能排档应用于实际船闸调度过程中，提升船闸运行效率。
随着内河航运过闸业务的不断发展，在船舶过闸调度及闸室排档方面还会有新的需求，在实际调度、排档业务中也会出现新的问题，需要不断完善软件系统，满足过闸业务发展需求。
参考文献：
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[2] 张加雪，钱江. 智慧船闸[M]. 东南大学出版社， 2018.
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