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摘 要：船闸的存在对维系内河航运至关重要，也是发展航运经济的关键设施节点。“十二五”以来内河運输业的快速发展，对船闸系统的运行效率提出了更高的要求。本文介绍了清远水利枢纽船闸调度现状及流程，并对清远水利枢纽船闸调度优化策略进行了探讨。
关键词： 船闸调度 船舶队列
一、引言
船闸在内的通航设施是提高内河航运服务水平、发展沿途航运经济的关键基础设施。若船闸通过能力不足，相关航段的水运经济发展就无从谈起。
广东省目前船闸运行的状况不容乐观。全省至今存在碍航闸坝1000余座，尤其在北江、东江，全年按维护标准通航的时间不足60%。北江清远和飞来峡水利枢纽的船闸通行能力不足，枯水期内船舶滞航事件时有发生，有时甚至产生船舶等待过闸的时间超过本身航行时间的现象，存在一定的安全隐患。随着北江大宗物资运输业务的迅猛发展和北江航道扩能升级工程的开展，目前船闸的通过能力显然不能满足需求，有待进一步提高。
二、清远水利枢纽船闸调度现状
据有关部门统计，“十二五”期末清远水利枢纽船闸年通过货运量超过2000万吨，同比大幅增加。但是，该船闸的设计年通过货运量不足1500万吨，仅为实际通过的3/4左右，不能满足船舶过闸需求。另外，船型标准化的问题始终未得到解决，因此该船闸经常出现堵塞状况也就不足为奇了。
清远水利枢纽船闸设计之初为单一船闸，一小时内大约可通过8艘船舶。该水利枢纽一般在6月前后出现堵塞情况，在闸口排队过闸的船舶多达数百艘，一般来回过闸时间接近一周。而且过闸船舶类型杂乱，船舶标准化程度偏低，同样影响了清远段船闸的通航效率。
三、清远水利枢纽船闸调度流程
任何排队过程都存在一套调度流程，船闸调度作为发展内河航运的重要举措，在发展中逐渐形成了较完备的流程：船舶通行至某船闸处，要先抵达海事登记处进行报备，进而行至远方调度室交付过闸费，然后船闸调度室选取合适的船舶放行，该船舶进入闸室并出闸，完成该次过闸。将过闸流程梳理如下：（1）登记报备，获取排队号码；（2）根据排队号码，行至远方调度室，以费换票；（3）在待闸区等待过闸通知；（4）收到过闸通知的船舶行至引航道；（5）船舶行至闸室；（6）至收费站根据排队号换取相关证件；（7）出闸，完成该次调度。
清远水利枢纽船闸由上（下）游调度室、登记站以及收费亭等部门协调管理，过闸具体流程图3-1所示。
四、清远水利枢纽船闸调度优化策略
1.确定调度目标。一般情况下，船闸调度问题有多个目标，包括过闸公平性、吞吐率和闸室利用率最大化，整体待闸时间最小化等。
2.单个调度周期耗时。单个调度周期耗时一般包含进闸、侯闸和出闸三个步骤，但在实际过程中，系统作业时间会受到诸多因素的影响，如过闸船舶的配合水平、船闸调度室的组织协调能力，而这些指标正常情况下不易利用公式进行量化描述。考虑到操作可行性，采取系统调度的样本数据（简称作业时间）的方式来获取单个调度周期耗时，进而通过数学模型得到调度耗时的分布列，利用拟合分布，以仿真的形式产生单次调度耗时。
3.船舶类型的划分。船舶尺寸是影响闸室排布的关键因素。现实生活中，为充分利用闸室，各船闸通常允许小型船舶挂靠在大中型船舶上通过。
业界普遍认为，可将运输船舶分为以下几种：单放船、挂机船、工程船、自划船（又称人力船、木排）、驳船、拖轮、帆船、船队等。而且，按照船舶运输货物的性质差异，又可将其划分为危险品船及非危险品船，后者亦包括空船。现在，关于哪些类型的船舶可同时调度并未明确规定，异地船闸间采用的方法也不尽相同。通过了解我国各类主要船舶的特征及各枢纽船闸的调度规则，同时考虑《船闸管理办法》等相关文件，拟将以下原则作为划分船型的依据：
（1）船队的机动性、尺寸及装载货物与驳船、单放船、帆船等（均将其归结为单船一类）存在显著不同，两者的通行方式、调度方法亦存在显著差异，需进行差异化调度，实行区别过闸。（2）从安全的角度出发，应避免运输危险品的船与其他船舶混合入闸，需进行差异化调度，实行区别过闸。（3）因挂机船机动性不足、易发生事故，不能与其他船舶混合入闸。按照上述船型划分依据，不难得到如下结论：可将待闸船舶进一步分为单船、船队、危险品船与挂机船四种船型，进行差异化调度。
4.船舶队列的形成。如前文所述，过闸时可能出现单船、船队、危险品船与挂机船等船舶类型，而单次过闸时单个闸室中应避免有两类（含以上）的船舶出现。过闸船舶进入闸室前，应根据其所属的队列，按照抵达闸口的时间分配队伍序列。
在以往的研究中，船闸的调度作业较少考虑将来某段时间内即将抵达的船舶，而仅以当下船舶队列下的整体过闸效率为着眼点。对待闸船舶的调度过程是持续发生的，如果忽视未来即将抵达的船舶队列，可能导致船闸调度过程陷入“局部最优”困境，特别是当待闸船舶队列里的船舶难以将闸室充满时。以图4-1展示的情形为例，A、B均为系统中的待闸队列，A队列目前的船舶数量仅为一艘，若不考虑将来的时间段，则选择A队列进行调度无疑是当下的最优解；然而，在未来某段时间内，即将有另一批属于A队列的船舶会抵达，因此可以先调度B队列过闸，A队列在随后闸次过闸。前种情形下经三次调度后全部船舶方能过闸完毕，但后者将调度次数减少为两次，取得了更好的调度效果。
获取清远水利枢纽每天过往船舶的类型、尺寸信息及吨位数据，进一步通过船舶预约信息可以获知所运输货物的具体情况，由此不难生成待闸船舶队列的分布情况，为系统调度提供支撑。
五、结语
船闸调度问题是一个多目标问题，统筹考虑吞吐率、公平性、闸室利用率、系统平均等待时间等多项指标。需结合船闸实际的调度流程，获取船闸管理系统实际调度数据，进而合成过闸船舶的等待队列情况，产生过闸船舶队列。
参考文献：
[1]廖鹏.内河船闸通过能力研究进展[J].水利水运工程学报，2009，03：34-40.
[2]蒋涛.船闸运调系统模型的建立.计算机应用与软件，2005年7月.vol-22，No17.
[3]BIAN Yijie.A study on waterway transit capacity.Port and Waterway Engineering，2000，25（8）：27-30.
作者简介：卢帅旗（1992.05—）。华南理工大学硕士研究生。研究方向：物流与供应链管理。
关键词： 船闸调度 船舶队列
一、引言
船闸在内的通航设施是提高内河航运服务水平、发展沿途航运经济的关键基础设施。若船闸通过能力不足，相关航段的水运经济发展就无从谈起。
广东省目前船闸运行的状况不容乐观。全省至今存在碍航闸坝1000余座，尤其在北江、东江，全年按维护标准通航的时间不足60%。北江清远和飞来峡水利枢纽的船闸通行能力不足，枯水期内船舶滞航事件时有发生，有时甚至产生船舶等待过闸的时间超过本身航行时间的现象，存在一定的安全隐患。随着北江大宗物资运输业务的迅猛发展和北江航道扩能升级工程的开展，目前船闸的通过能力显然不能满足需求，有待进一步提高。
二、清远水利枢纽船闸调度现状
据有关部门统计，“十二五”期末清远水利枢纽船闸年通过货运量超过2000万吨，同比大幅增加。但是，该船闸的设计年通过货运量不足1500万吨，仅为实际通过的3/4左右，不能满足船舶过闸需求。另外，船型标准化的问题始终未得到解决，因此该船闸经常出现堵塞状况也就不足为奇了。
清远水利枢纽船闸设计之初为单一船闸，一小时内大约可通过8艘船舶。该水利枢纽一般在6月前后出现堵塞情况，在闸口排队过闸的船舶多达数百艘，一般来回过闸时间接近一周。而且过闸船舶类型杂乱，船舶标准化程度偏低，同样影响了清远段船闸的通航效率。
三、清远水利枢纽船闸调度流程
任何排队过程都存在一套调度流程，船闸调度作为发展内河航运的重要举措，在发展中逐渐形成了较完备的流程：船舶通行至某船闸处，要先抵达海事登记处进行报备，进而行至远方调度室交付过闸费，然后船闸调度室选取合适的船舶放行，该船舶进入闸室并出闸，完成该次过闸。将过闸流程梳理如下：（1）登记报备，获取排队号码；（2）根据排队号码，行至远方调度室，以费换票；（3）在待闸区等待过闸通知；（4）收到过闸通知的船舶行至引航道；（5）船舶行至闸室；（6）至收费站根据排队号换取相关证件；（7）出闸，完成该次调度。
清远水利枢纽船闸由上（下）游调度室、登记站以及收费亭等部门协调管理，过闸具体流程图3-1所示。
四、清远水利枢纽船闸调度优化策略
1.确定调度目标。一般情况下，船闸调度问题有多个目标，包括过闸公平性、吞吐率和闸室利用率最大化，整体待闸时间最小化等。
2.单个调度周期耗时。单个调度周期耗时一般包含进闸、侯闸和出闸三个步骤，但在实际过程中，系统作业时间会受到诸多因素的影响，如过闸船舶的配合水平、船闸调度室的组织协调能力，而这些指标正常情况下不易利用公式进行量化描述。考虑到操作可行性，采取系统调度的样本数据（简称作业时间）的方式来获取单个调度周期耗时，进而通过数学模型得到调度耗时的分布列，利用拟合分布，以仿真的形式产生单次调度耗时。
3.船舶类型的划分。船舶尺寸是影响闸室排布的关键因素。现实生活中，为充分利用闸室，各船闸通常允许小型船舶挂靠在大中型船舶上通过。
业界普遍认为，可将运输船舶分为以下几种：单放船、挂机船、工程船、自划船（又称人力船、木排）、驳船、拖轮、帆船、船队等。而且，按照船舶运输货物的性质差异，又可将其划分为危险品船及非危险品船，后者亦包括空船。现在，关于哪些类型的船舶可同时调度并未明确规定，异地船闸间采用的方法也不尽相同。通过了解我国各类主要船舶的特征及各枢纽船闸的调度规则，同时考虑《船闸管理办法》等相关文件，拟将以下原则作为划分船型的依据：
（1）船队的机动性、尺寸及装载货物与驳船、单放船、帆船等（均将其归结为单船一类）存在显著不同，两者的通行方式、调度方法亦存在显著差异，需进行差异化调度，实行区别过闸。（2）从安全的角度出发，应避免运输危险品的船与其他船舶混合入闸，需进行差异化调度，实行区别过闸。（3）因挂机船机动性不足、易发生事故，不能与其他船舶混合入闸。按照上述船型划分依据，不难得到如下结论：可将待闸船舶进一步分为单船、船队、危险品船与挂机船四种船型，进行差异化调度。
4.船舶队列的形成。如前文所述，过闸时可能出现单船、船队、危险品船与挂机船等船舶类型，而单次过闸时单个闸室中应避免有两类（含以上）的船舶出现。过闸船舶进入闸室前，应根据其所属的队列，按照抵达闸口的时间分配队伍序列。
在以往的研究中，船闸的调度作业较少考虑将来某段时间内即将抵达的船舶，而仅以当下船舶队列下的整体过闸效率为着眼点。对待闸船舶的调度过程是持续发生的，如果忽视未来即将抵达的船舶队列，可能导致船闸调度过程陷入“局部最优”困境，特别是当待闸船舶队列里的船舶难以将闸室充满时。以图4-1展示的情形为例，A、B均为系统中的待闸队列，A队列目前的船舶数量仅为一艘，若不考虑将来的时间段，则选择A队列进行调度无疑是当下的最优解；然而，在未来某段时间内，即将有另一批属于A队列的船舶会抵达，因此可以先调度B队列过闸，A队列在随后闸次过闸。前种情形下经三次调度后全部船舶方能过闸完毕，但后者将调度次数减少为两次，取得了更好的调度效果。
获取清远水利枢纽每天过往船舶的类型、尺寸信息及吨位数据，进一步通过船舶预约信息可以获知所运输货物的具体情况，由此不难生成待闸船舶队列的分布情况，为系统调度提供支撑。
五、结语
船闸调度问题是一个多目标问题，统筹考虑吞吐率、公平性、闸室利用率、系统平均等待时间等多项指标。需结合船闸实际的调度流程，获取船闸管理系统实际调度数据，进而合成过闸船舶的等待队列情况，产生过闸船舶队列。
参考文献：
[1]廖鹏.内河船闸通过能力研究进展[J].水利水运工程学报，2009，03：34-40.
[2]蒋涛.船闸运调系统模型的建立.计算机应用与软件，2005年7月.vol-22，No17.
[3]BIAN Yijie.A study on waterway transit capacity.Port and Waterway Engineering，2000，25（8）：27-30.
作者简介：卢帅旗（1992.05—）。华南理工大学硕士研究生。研究方向：物流与供应链管理。