湘江船閘船舶綜合優先級的通航調度算法研究

關鍵詞：通航調度；船舶優先級；綜合優先級算法

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）03-0021-03 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

隨著我國經濟的快速發展，內河航運作為重要的物流運輸方式，其運輸需求日益增長。湘江作為湖南省內重要的水運通道，承擔著大量的貨物運輸任務。然而，湘江船閘作為內河航運的關鍵節點，其通航效率受到船舶調度方式的直接影響[1]。為此研究一種合理有效的湘江船閘船舶通航調度算法，提高船舶調度效率和船閘運行效率，降低船舶等待時間，對促進我國內河航運業的健康發展具有重要意義[2]。

1船舶過閘影響因素分析

船舶類型是影響過閘調度的重要因素之一。不同類型的船舶具有不同的特點，例如貨船通常用于運輸各種貨物，客船主要用于運送旅客，而油輪則專門用于運輸石油及其制品。船舶所運輸的貨種也會對調度策略產生顯著影響。例如，危險品和易腐品需要特殊的運輸和處理措施，以確保人員和環境的安全。

船舶的大小直接影響船閘的通過能力。大型船舶可能需要更長的時間來通過船閘，且可能需要特殊的水位和通道條件。船舶等待時間是決定調度優先級的關鍵因素之一。調度算法需要考慮船舶的等待時間，以便為等待時間較長的船舶提供優先通航的機會，從而提高整體通航效率和船舶滿意度[3]。

2航道因素和船舶因素對船舶調度的影響

船舶本身因素對調度影響圖如圖1所示。

1）吃水：船舶吃水是決定船舶能否進入航道的最大因素。船舶想要進入湘江船閘的唯一航道就是湘江。船舶吃水劃分圖如圖2所示。

2）船舶類型：目前船舶類型有多種，不同類型的船舶進入航道的重要程度也不相同，船舶類型大致分為：特種船、油船、客船、集裝箱、其他船舶等，這也是一個重要因素。船舶種類劃分圖如圖3所示。

3）船長：船舶長度大小不僅影響著船舶在航道內的數量，還影響船舶的操縱能力，通常情況下船舶長度越長，船舶在航道內操縱能力越差。船舶長度劃分圖如圖4所示。

4）總噸：是判斷船舶大小的一個重要參考標準，總噸越大，船舶越大。同時，總噸也影響船舶吃水，總噸越大，船舶吃水就越多。船舶總噸位劃分圖如圖5所示。

圖1—圖5是根據湘江航道管理局中船舶進口核準書劃分的。

3船舶優化調度因素層次分析法的構建

3.1構建層次結構模型

總目標層旨在為船舶制定最優的調度排序方案，確保航道內船舶數量不超過容量時，優先考慮重要性更高的船舶[4]。

3.2層次分析法權重的確定

3.2.1計算相對權重

4基于排序論對排序模型的建立

4.1排序論的概念

排序論是運籌學一個分支。根據排序論相關理論，本文構建的模型算法同時考慮下面2個原則：WSPT（加權最短加工時間優先原則） 、EST（最早開始時間優先原則） [5]。

4.2排序論的實例驗證

根據《湘江深水航道通航安全管理規定》，富余水深取值實際吃水的12%，以排除不能乘潮的船舶，此類船舶不允許在管制時間內進入航道；依據《管理規定》，船舶在深水航道內的航速不得超過15節（kn） ，且不應低于10節（kn） ，同時需與前船保持1海里（nauti?cal mile） 以上的安全距離。本文設定的航道航行速度為12節（kn） ，兩船間距為1海里（nm） ，據此計算，船舶在管制時間內進槽的時間間隔為5分鐘。

某年某日，共有64艘船舶申請在管制時間內進入湘江航道，其中進港船41艘。交通管制時間段為：進口05：18-07：18，此時間段內有25 艘船舶申請進入。單向進口最多編隊數據匯總如表1所示。

根據算法1對申請進槽的船舶進行單向排序。剩下的船舶按照EST原則，按照開始進槽時間最早優先的原則安排進槽；若開始進槽的時間進口早于05：18，則安排此船舶進口05：18。如果同一時間有多艘船舶可同時進槽，則按照WSPT原則安排船舶權重高的優先進槽。優化后出口船舶編隊數據匯總如表2所示。

經過25艘船舶優化排序前和優化排序后完全進港時間的對比，得出優化排序后比優化排序前完全進港時間少230分鐘。

5結束語

本研究針對湘江船閘船舶通航調度問題提出了一種綜合考慮船舶類型、大小、裝載情況和航行時間的綜合優先級評價方法，并設計了相應的通航調度算法。實際應用表明，該算法能有效提升船閘通航效率，減少船舶等待時間，降低運營成本，提高水運競爭力，具有較好的通用性和應用前景，但需進一步優化以應對大規模船舶調度挑戰。