林宁
广西西江开发投资集团有限公司船闸运营管理分公司 广西 梧州 543000
摘要：内河航运服务在我国有着悠久的历史，为我国的经济繁荣做出了巨大贡献。随着内河运输量的不断增长，我国的内河航运服务面临着巨大的考验。目前内河航运任务日益繁重，常常因为船闸的调度不及时，造成了船舶在闸口停留时间过长，因而引发航道的交通不畅。因此我们必须对船闸的调度工作进行优化，减少船舶过闸时间，提高船闸的运行效率。
关键字：船舶过闸；多闸室；调度优化
1 多闸室船闸调度优化的重要性
船闸是航道的咽喉，在水位集中跌落的情况下，利用船闸进行调解，保证了船舶通行的安全，有效的改善了河道的通行条件，为稳定内河航运发展做出了重要贡献。但是船闸的修建，大大增加了船舶的通行时间，因为在船舶进闸的时候如果船舶是下行，需要等待闸内充水，等到闸内的水平面与上游的水平面一致时才能打开上游的闸门，船舶才能进入闸室，在出闸时还需要等待闸内的水放掉，等到闸内的水与下游的水平面一致时船舶才能驶出。为了提高航道的通行量，在原有的船闸基础上闸室进一步扩建，因此船舶在等待充水和放水时还会多花费一些时间。为了提高船舶过闸的效率，必须解决协调调度的问题，通过优化船闸调度方案，提高内河航运的运输效率。
2 多闸室船闸调度的影响因素
2.1 硬件因素
在船闸的调度系统中，硬件因素主要包括远眺台、引航道、停靠区以及闸室等，在船闸调度中的硬件组成如下图：
首先是远眺站，它相当于船闸的一个岗哨，主要负责来往船舶的登记、收费和入闸安排等。远眺站需要对船舶的尺寸、吨位、货物的类型等进行检查，以便调度的安排。如果远眺台工作安排不当，很可能引发船舶之间的矛盾，进而影响过闸效率。
其次是引航道，它是连接航道与船闸的纽带，引航道的规模直接影响到船舶进入闸室的速度。如果引航道过于狭窄，很可能会发生船舶之间的碰撞，影响船舶的安全。
然后是船舶的等候区设计问题。一方面是等候区与闸室的距离，如果船舶的停泊区与闸室的距离过大，就会增加船舶进入闸室的时间，但是如果距离过小，又会存在安全隐患因此船舶在待闸时候停靠的位置的设计也会影响到船舶的过闸效率。另一方面是等候区的大小，等候区的大小决定了等候区能够容纳船舶的数量，不仅要满足等候的船舶能够进入到闸室内，而且也不能影响其他船只的正常通行。
最后是船闸的闸室的数量、分布及面积利用。目前我国内河航道上的船闸数量高达900多个，每个船闸的闸室都不尽相同。由于闸室的数量不同、分布情况也不同，相应的船闸的调度计划也会不一样。修建好的船闸闸室的面积是一定，因而闸室每次能够容纳的船舶数量也是有限的。为了提高船闸的利用率，必须等到多个船舶满足了通行要求再集体放闸通行。因此对船闸闸室的面积与能够容纳的船舶的类型和数量要进行提前预估，不仅要保证闸室内的利用率，也要避免船舶之间的磕碰。
2.2 软件因素
首先是船闸的调度原则。船闸作为一种通航的建筑物，就要体现出其在通航方面的作用，做好通航的服务工作。在闸次的编排过程中，应该按照每次待闸船只的实际情况进行安排，首要是保证船舶的安全，对于夜航能力比较弱的船舶，尽量安排其能够早过闸；第二是要遵守秩序，对于先来的船舶就要“先到先过”；第三是对于比较紧急的船舶可以安排其优先单独过闸，例如装载危险品的船舶。
其次是过闸的申报方式。目前很多船闸仍然是沿用以前的办法，进行现场申报。为了准确的考量申报信息的准确性，还需要对有些船舶进行吨位、面积进行测量，这样的申报方式环节复杂，对工作人员来说产生了很大的工作量，如果每艘船舶都需要进行单独的测量，那么每天在这个方面都需要花费大量的人力和物力，而且也大大增加了船舶的过闸时间。
最后是船闸的调度方式。船闸的调度方式主要分为单独调度和联合调度。在单独调度方式中每一个船闸都是一个独立的个体，避免了多个船闸之间的相互影响，调度计划更加符合自身的实际，更加具有针对性；联合调度方式是多个船闸一起协作，考虑了每个船闸的特殊情况，来制定一个全面的调度计划，加强了同一航道的整体性。因此在做船闸调度优化计划时首先要考虑选择哪种调度方式才能更加的节省过闸时间。
3 多闸室船闸调度优化算法
目前在解决多闸室协调调度的问题上的解决办法一般是先建立一个初始的闸次计划表，然后根据闸次计划表将待闸的船舶填入相应的闸次，经过对船舶吨位、面积的统计，选择最佳的排列方式来提高闸室的面积利用率。最后将所有的待闸船舶全面安排进入闸次计划表，并且指定相应的位置，通过对闸次计划表的优化来实现缩短船舶待闸时间的目标。经过不断的反复操作，得到最佳的船闸调度计划，从而实现提高闸室面积利用率和缩短过闸时间的目标。基于此现状，本文将采用混合遗传算法，将运用启发式算法得出船闸调度的初始方案，然后经过不断优化，得出最优解。本文优化的具体操作如下图：
由于影响船闸调度的因素很多，因此首先需要确定遗传算法的相关参数，例如最大迭代数、种群规模、选择概率、变异概率以及交叉概率等。根据确定的相关参数，设置初始迭代数，利用启发式运算方法得到初始种群。对于多闸室的调度问题，每艘船舶进入哪个闸室对于船舶本身来说是没有多大的影响的，也不会影响他们通行的时间，只是从闸室的面积利用率来说不能得到保证，因此在生成初始种群的时候，只需要将过闸申报的时间、船舶的大小、船闸的运行状态等作为约束条件，就可以得到初始种群了。
在初始种群上根据实际情况调整不同的适应值，经过不断的筛选、变异和交叉，就会出现新的解决方案。在遗传选择的操作过程中，在确定染色体的选择时将适应值的大小作为选择的依据。适应值的函数需要与船闸优化的目标相结合，才能保证在适应值质量高的情况下出现的染色体解码代表着目标函数的最优状态。在选择操作中，将适应值高的染色体保留下来进入到下一步操作中，就像自然界的优胜劣汰一样，适应值高的被当做父代的几率就越大。接下来就是交叉操作，就像自然界中的基因重组，将父代染色体中的优秀基因保留下来，从而能够让下一代更加的优秀。在变异操作中主要是为了防止交叉操作带来的染色体基因出现问题，通过对交叉遗留下来的基因进行调整，从而确保局部寻优能力。
在闸室的编排中，选择一些待闸的船舶进入到闸室内，并明确其相应的坐标位置，来保证在一定的面积的闸室里尽量可能多的容纳待闸船舶。首先将船舶的宽度进行排序，将船舶依次放进去，如果待排队列是空的，那么该船舶就可以安排进入，如果已经被占用，就说明该船舶已经没有位置了，然后将待排队队列中的首位取出来，放在可排点队列中的第一位点，最后再判断能够符合闸室的尺寸，如果满足那么该船舶的位置就确定了，如果不满足就重复上述的操作，依次反复，得出最佳的排列方式。
结束语
本文从进行多闸室船闸协调调度优化的重要性出发，对影响船闸调度的因素进行探讨，阐述了运用启发式运算方法来得出初始方案，然后通过一系列的交叉、变异等得到最优方案的混合遗传算法过程。随着我国航运事业的日益繁荣，目前的船闸调度技术已经满足不了当前的需求，因此我们必须尽快找到船闸调度的优化方案，来提高闸室的利用率，缩短船舶的过闸时间，从而提高航道的运输效率，为我国的航运事业贡献出更大的力量。
参考文献：
[1]伊梦杰.多闸室协调调度的船闸优化问题研究[D].大连海事大学，2015
[2]蒋明峰，张明等.长沙枢纽船闸运行初期的通过能力研究[J].水道港口，2013，34（4）：359-363
论文作者:林宁
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/26
标签：船闸论文; 船舶论文; 时间论文; 内河论文; 航道论文; 航运论文; 面积论文; 《防护工程》2018年第13期论文;