湘江枢纽船闸通航调度系统的应用和研究

马 林， 张 栋

(湖南省水上交通安全指挥监控中心， 湖南 长沙 410000)

0 引言

湘江是湖南的母亲河，具有发展水运的优越自然条件和社会经济基础；全省70%以上水运量通过湘江航道，是湖南省综合交通体系的重要组成部分。在湘江永州萍岛至岳阳城陵矶717km干线航道上规划建设了潇湘、浯溪、湘祁、近尾洲、土谷塘、大源渡、株洲和长沙8个梯级枢纽。其中土谷塘枢纽建有1000t级船闸；大源渡和株洲枢纽分别建有一个1000t级和2000t级的双线船闸；长沙枢纽建有2个2000t级的双线船闸。随着湘江流域水运经济的持续发展以及航道枢纽船闸的建设，湘江航道条件逐年改善，水路货运量持续增长，湘江船舶过闸、通航问题也日益凸显。

1 现状分析

本调度系统建设之前湘江土谷塘、大源渡、株洲和长沙枢纽船闸通航现状为：

1) 船舶过闸、待闸时间长。长沙枢纽船舶待闸、过闸时间在2013年时平均为4～7 d，部分船户为了缩短过闸时间，通过不正当手段“插队过黑心闸”，举报、投诉时有发生。

2) 过闸申报手续办理不便民。船户需要带着船检、登记等相关证书，下船、上岸、排队、等待均需在登记站上完成申报。这个过程对船员而言非常不便，既费时又费力。

3) 登记、排挡工作量大、效率低。登记站工作人员需要每天对过闸船舶的相关证书进行逐一登记和录入，再逐一完成人工排挡，工作量大、效率低，且容易出错。

4) 信息不公开。船户盲目等待，不知到自己当前的排队序号，不能预计过闸时间,不能及时了解闸室水位、闸室检修等通航信息。

5) 各枢纽船闸安检、调度规则和流程各异。船闸的主管部门、安检部门不统一，安检规则、调度流程等相关制度也不一致。长沙枢纽过闸由长沙市海事部门和长沙市枢纽管理部门参与安检、调度；株洲枢纽过闸由株洲市海事部门和省水运投公司参与安检、调度；大源渡、土谷塘枢纽过闸由衡阳市海事部门和省水运投公司参与安检、调度。各单位和部门依据当地政府的相关办法或规定执行安检和调度，但各地制定的枢纽通航规则或办法不一致，如长沙市为《湘江长沙综合枢纽通航安全管理暂行办法》；衡阳市为《大源渡航电枢纽水上交通管制区安全管理办法》。

如何解决上述问题、应用信息化手段提高船闸通航的服务水平和能力，是省级主管部门迫切需要解决的难点和痛点。

2 系统设计

针对上述存在的主要问题，我们走访了长江三峡、江苏京杭运河等船闸调度单位，组织开展了湘江枢纽船闸通航调度系统的研究和开发。该系统由手机APP远程过闸申报、自动到锚确认、船舶安检、计划编制、自动排挡、信息公开、违章管理、联合调度、统计分析等功能模块组成，下文详细介绍其主要技术和功能简述。

2.1 过闸流程

船户通过手机APP远程申报，当船舶到达指定的到锚区域时，结合船舶AIS位置信息自动到锚确认[1]；海事部门对所有到达锚地的船舶依次完成安检，安检确认后系统自动根据船舶到锚时间进行排序并应用自动排挡技术完成计划编排；调度人员根据编排结果指挥船舶进、出闸。

2.2 自动排挡技术

自动排挡技术根据一定的编排规则和优化算法将船舶排入闸室。刘云峰等[2]对船闸排挡的数学模型、可排点概念、快速编排算法和启发式搜索算法进行了深入研究。结合湘江枢纽船闸调度管理现状，本自动排挡技术的目标为：保证“先到先过”，按到锚顺序能排入当前闸次的必须在当前闸次安排；提高船闸、闸室面积利用率，从后续的船舶中排入合适大小的可排船舶，但序号不能超过当前闸次最先1艘后的第15艘。对单一权重的启发式搜索算法进行改进，提出基于时间-面积的启发式搜索算法，既保证了当前闸次必须过的船舶，也保证了闸室面积利用率。

算法思想是： ① 按照“先到先过”原则，以到锚时间先、后排序，应用快速编排算法和启发式搜索算法，当遇到第1艘不能排入的船舶时，将当前阶段已排入的船舶选入必排队列；② 将序号为15以内未选入必排队列的船舶按面积大小进行排序，应用快速编排算法和启发式搜索算法，依次选入面积大的船舶；③ 记录当前所有选中的船舶和船舶在闸室中的位置信息，为当前闸次的船舶进行编排。基于时间-面积的启发式搜索算法流程图见图1。

2.3 手机APP功能

主要研发了远程申报、信息服务、信息公开功能，为船户提供便捷的申报程序、实时的调度信息和水情气象信息等。

图1 基于时间-面积的启发式搜索算法流程图

1) 远程申报：船户通过手机APP将船舶基本信息、货物信息、目的港等信息报到后台，后台自动进行校验和登记。

2) 信息服务：及时将航道信息、水文信息、停航信息、政策法规等通过手机APP推送给船户，为船户提供信息服务。

3) 信息公开：将申报状态、过闸排队顺序、船舶调度计划、预计过闸时间等通过手机APP对船户公示，便于船户安排时间和相互监督。

2.4 软件平台功能

主要研发了申报登记、自动到锚确认、自动排挡、统计分析、联合调度等功能，实现无纸化调度，提高工作效率，保障闸室的利用率和过闸效率。

1) 申报登记：将手机APP远程申报的船舶过闸申请信息进行自动登记。

2) 到锚确认：利用船舶AIS船载终端持续向后台发送MMSI码(唯一标识)和位置等信息，自动触发船舶到锚确认，并进行记录。

3) 船舶安检：灵活设置安检规则，自动选择出需要安检的船舶，并通过调度指令通知船方在指定地点进行安检。

4) 计划编排和执行：应用自动排档技术，生成并执行排挡计划。

5) 违章管理：违章类别管理、违章登记、违章处罚、违章查询。

6) 统计分析和查询：以过闸记录为主要数据源，基于图表形式，针对船舶类型、货客运、船闸运行次数等多维度进行统计分析。

7) 联合调度：长沙、株洲、大源渡、土谷塘枢纽4个船闸统一申报、数据共享，株洲、大源渡、土谷塘枢纽3个船闸集中调度。

3 应用效果

湘江枢纽船闸通航调度系统于2016年在长沙枢纽船闸运行，至2018年推广到株洲、大源渡、土谷塘枢纽船闸，并实现4个船闸的统一申报、数据共享。实际应用效果总结如下：

1) 为船舶提供了快速便捷的过闸服务，减少了船舶待闸时间；解决了船舶过闸需要船户登记站停靠、上岸登记办理过闸手续等申报难的问题。

2) 实现了全无纸化调度，电子智能排序，保障闸室的利用率和过闸效率；改变了枢纽船闸手工现场纸质申报的原始方式，开发了船舶远程申报、自动到锚确认、计划编制、自动排挡等流水线式信息化调度模式；提高了工作效率，实现了运行各环节操作行为的全记录、可追溯，避免了违规操作和工作失误。

3) 解决了船舶过闸信息不透明的问题，实现了调度信息公开化。通过手机APP将到锚时间、排队序号、绿色通道船舶、计划过闸时间等信息向船主公开，改变了过去盲目等待的状况，便于船主合理的安排时间。同时，便于船主参与过闸服务的监督，更加公开、公正，船主举报、投诉的电话越来越少。

4 运行实绩分析和建议

2019年系统记录了72387条过闸实绩。各船闸的过闸船舶申报和过闸统计详见表1、表2。

4.1 加强长沙枢纽船闸的通航能力建设

统计显示，长沙、株洲、大源渡、土谷塘船闸过闸船舶艘次(含上、下行)占比分别为65.9%、19.3%、12.8%、2.0%。以船舶到锚确认时间为参考，进一步统计长沙船闸申报船舶最多的月份和数量分别是12月、5732艘次。从过闸数量上来看，株洲、大源渡、土谷塘船闸的过闸船舶数量相对较少，船舶到了就可以安排过闸；长沙船闸的过闸船舶数量多，超过了船闸通航能力，仍然存在船舶排队等待的情况。建议从多个方面加强长沙枢纽船闸的通航能力建设，如：推进长沙枢纽船闸通航能力硬件建设；优化船舶过闸调度管理，缩短船舶过闸调度时间；合理搭配过闸船舶，提高闸室利用率；优化运力结构，推进船舶标准化、大型化。

表1 2019年4个枢纽船闸过闸船舶目的港统计表(上行)船闸名称过闸船舶总数/艘次目的港/艘次长沙船闸➝株洲船闸株洲船闸➝大源渡船闸大源渡船闸➝土谷塘船闸土谷塘船闸以上长沙港湘潭港株洲下游港株洲上游港华兴水泥厂衡山衡东大源渡下游大源渡上游衡阳港耒阳港松柏长沙船闸23 8408 60411 26970743717065518262 4871438株洲船闸6 965———2 0901 38331727102422 9411350大源渡船闸4 646————————1 2963 2781557土谷塘船闸708———————————708

表2 2019年4个枢纽船闸过闸船舶目的港统计表(下行)船闸名称过闸船舶总数/艘次目的港/艘次土谷塘船闸➝大源渡船闸大源渡船闸➝株洲船闸株洲船闸➝长沙船闸长沙船闸以下耒阳港衡阳港大源渡上游大源渡下游衡东衡山华兴水泥厂株洲上游港株洲下游港湘潭港长沙港土谷塘船闸710—5849———101115846大源渡船闸4 613———2 271115765122105701 188724株洲船闸14 012————————4 0291 5003 128 171长沙船闸23 858———————————23 858

4.2 推进湘江枢纽梯级船闸的联合调度

由表1、表2可知，2019年从始发港到目的港(含上、下行)的船舶，经过全部4个船闸的为84艘次；经过3个及以上船闸的为3445艘次；经过2个及以上船闸的为16738艘次。这部分同一航次经过多个船闸的船舶对联合调度有需求，建议省级交通主管部门牵头制定全省或湘江流域的船闸通航管理办法，将各通航船闸的调度、安检、违章处罚等相关规则统一起来，逐步推进联合调度，增强过闸服务水平和能力。

4.3 应用信息化手段提高过闸安检效率

船舶过闸调度部门和安检部门是2个独立的单位，目前船舶安检主要依靠纸质记录，工作人员安检完多条船后，回办公地点借助电脑将安检数据录入调度系统，效率低且不及时。为保障过闸安全，目前实施全部船舶过闸前都需要安检的机制，工作量大且存在空闸等待船舶安检的情况。建议开发移动端船舶过闸安检APP，实现船上现场安检、现场确认，提高安检效率，减少船舶等待时间。

5 结语

湘江枢纽船闸通航调度系统解决了现阶段船舶过闸插队、过闸申报不便民、信息不公开、登记排挡效率低等问题。但随着水运经济的发展和航道条件的不断改善，长沙枢纽船闸的通航能力不足、梯级船闸联合调度的制约因素多、推进难度大等新问题逐步凸显，需要各级管理部门统筹考虑，进一步提高湘江枢纽船闸通航服务能力。