湘江船闸船舶综合优先级的通航调度算法研究

关键词：通航调度；船舶优先级；综合优先级算法

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）03-0021-03 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

随着我国经济的快速发展，内河航运作为重要的物流运输方式，其运输需求日益增长。湘江作为湖南省内重要的水运通道，承担着大量的货物运输任务。然而，湘江船闸作为内河航运的关键节点，其通航效率受到船舶调度方式的直接影响[1]。为此研究一种合理有效的湘江船闸船舶通航调度算法，提高船舶调度效率和船闸运行效率，降低船舶等待时间，对促进我国内河航运业的健康发展具有重要意义[2]。

1船舶过闸影响因素分析

船舶类型是影响过闸调度的重要因素之一。不同类型的船舶具有不同的特点，例如货船通常用于运输各种货物，客船主要用于运送旅客，而油轮则专门用于运输石油及其制品。船舶所运输的货种也会对调度策略产生显著影响。例如，危险品和易腐品需要特殊的运输和处理措施，以确保人员和环境的安全。

船舶的大小直接影响船闸的通过能力。大型船舶可能需要更长的时间来通过船闸，且可能需要特殊的水位和通道条件。船舶等待时间是决定调度优先级的关键因素之一。调度算法需要考虑船舶的等待时间，以便为等待时间较长的船舶提供优先通航的机会，从而提高整体通航效率和船舶满意度[3]。

2航道因素和船舶因素对船舶调度的影响

船舶本身因素对调度影响图如图1所示。

1）吃水：船舶吃水是决定船舶能否进入航道的最大因素。船舶想要进入湘江船闸的唯一航道就是湘江。船舶吃水划分图如图2所示。

2）船舶类型：目前船舶类型有多种，不同类型的船舶进入航道的重要程度也不相同，船舶类型大致分为：特种船、油船、客船、集装箱、其他船舶等，这也是一个重要因素。船舶种类划分图如图3所示。

3）船长：船舶长度大小不仅影响着船舶在航道内的数量，还影响船舶的操纵能力，通常情况下船舶长度越长，船舶在航道内操纵能力越差。船舶长度划分图如图4所示。

4）总吨：是判断船舶大小的一个重要参考标准，总吨越大，船舶越大。同时，总吨也影响船舶吃水，总吨越大，船舶吃水就越多。船舶总吨位划分图如图5所示。

图1—图5是根据湘江航道管理局中船舶进口核准书划分的。

3船舶优化调度因素层次分析法的构建

3.1构建层次结构模型

总目标层旨在为船舶制定最优的调度排序方案，确保航道内船舶数量不超过容量时，优先考虑重要性更高的船舶[4]。

3.2层次分析法权重的确定

3.2.1计算相对权重

4基于排序论对排序模型的建立

4.1排序论的概念

排序论是运筹学一个分支。根据排序论相关理论，本文构建的模型算法同时考虑下面2个原则：WSPT（加权最短加工时间优先原则） 、EST（最早开始时间优先原则） [5]。

4.2排序论的实例验证

根据《湘江深水航道通航安全管理规定》，富余水深取值实际吃水的12%，以排除不能乘潮的船舶，此类船舶不允许在管制时间内进入航道；依据《管理规定》，船舶在深水航道内的航速不得超过15节（kn） ，且不应低于10节（kn） ，同时需与前船保持1海里（nauti⁃cal mile） 以上的安全距离。本文设定的航道航行速度为12节（kn） ，两船间距为1海里（nm） ，据此计算，船舶在管制时间内进槽的时间间隔为5分钟。

某年某日，共有64艘船舶申请在管制时间内进入湘江航道，其中进港船41艘。交通管制时间段为：进口05：18-07：18，此时间段内有25 艘船舶申请进入。单向进口最多编队数据汇总如表1所示。

根据算法1对申请进槽的船舶进行单向排序。剩下的船舶按照EST原则，按照开始进槽时间最早优先的原则安排进槽；若开始进槽的时间进口早于05：18，则安排此船舶进口05：18。如果同一时间有多艘船舶可同时进槽，则按照WSPT原则安排船舶权重高的优先进槽。优化后出口船舶编队数据汇总如表2所示。

经过25艘船舶优化排序前和优化排序后完全进港时间的对比，得出优化排序后比优化排序前完全进港时间少230分钟。

5结束语

本研究针对湘江船闸船舶通航调度问题提出了一种综合考虑船舶类型、大小、装载情况和航行时间的综合优先级评价方法，并设计了相应的通航调度算法。实际应用表明，该算法能有效提升船闸通航效率，减少船舶等待时间，降低运营成本，提高水运竞争力，具有较好的通用性和应用前景，但需进一步优化以应对大规模船舶调度挑战。