船闸管控一体化信息系统

2020-09-10钱学志

环球市场 2020年10期

钱学志

摘要：邵伯船闸管控一体化系统工程是由江苏省交通厅航道局和苏北航务管理处共同列项的科技含量较高的技改专项工程。以京杭运河邵伯船闸为实例，概述船闸管控一体化系统，在计算机调度系统中实现计算机调度船舶方案、布局，论述闸室内通过船舶布局分析算法并在安全系数最高达到闸室容量利用率最大。利用数学理论、先进的数据库技术，实现调度模板化，图形化设计。

关键词：船闸管控一体化系统;调度原则;闸室容量;利用率;安全系数

邵伯船闸管控一体化系统：根据国内的船闸目前都是控制系统与调度管理、办公、监控系统单独操作管理的，信息互相不沟通，作出了可行性分析，建立京杭运河苏北航道处船闸管理中心（数据仓库），邵伯船闸等其它九个船闸为支点，实现了大型集中分布式数据库管理结构。各支点实现船闸管控一体化;中心实现集中全线航运管理。使广域网络二次提交事务处理技术，同步技术等高新尖端技术在船闸领域得到进一步应用。开发管控一体化系统的开放性平台，完成运行现场每周（7天*24小时）计算机管理，将船闸控制系统、调度管理系统，办公系统、监控系统、Web系统以服务的方式嵌入在平台中，并开发各系统间数据交互的公共接口，既独立又融为一体，用户可根据实际需要选择性应用。达到功能：

1）管理船流、物流、河流、银流（收费）。

2）信息采集、调度、处理、发布、储存、统计、分析、决策。

3）为过往船舶服务，为物流服务，为繁荣经济服务。

4）掌握全局实时信息，全线统一调度管理，统一规划发展。

一、管控一体化系统

（一）调度管理信息系统

调度管理信息系统采用GS结构，集中数据管理方式。系统根据各工作站的功能划分相应的模块。各模块运行时利用ActiveXData Object2.1数据访问接口技术均与应用数据库建立数据连接。对应用数据的关系处理均在数据服务器，服务器双硬盘镜像，双机备份，确保系统安全、可靠运行。

实现船闸每周7*24小时计算机调度管理。远调站登记船舶信息，自动计算过闸费，打印登记单。总调/首调（包括稽查补征模块：系统根据稽查内容系统自动计算各稽查项稽查补征费用）。根据调度原则系统自动生成每号闸最大进船艘数、进闸物理顺序示意图，生成闸次系统通过消息中间件将当前的闸次信息发送给远调，远调开始确认该闸次，同时还提供与LED显示屏的接口，向显示屏发送闸次信息。售票根据被确认的闸次调船登记单售票。系统可产生当日售票员营收汇总统计并打印报表。验票员根据闸次计划进闸时间及售票情况可进行一个或多闸次同时验票，并将验票情况反馈给总调/首调，总调/首调可根据反馈现场实际情况进行并闸或延迟，验票员必须作闸次验票结束操作，系统同时自动通过消息中间件将当前的闸次信息发送给控制系统及闸首调度模块。闸首调度员根据当前接收闸次信息进行放行，产生每日每班组放行闸次数、艘数、吨位、各项闸费的汇总统计并打印报表。运调可对系统调度模式切换及各模块人员、权限、角色的管理，违章信息管理等。统计可汇总当日产生各类数据的查询、统计、汇总、报表及打印等。

关键技术：消息中间件，条码打印、登记号自动产生、闸实最大利用率计算、定额票交易。

（二）WEB信息发布系统和OA系统

办公管理系统及远程浏览系统采用B/S结构。界面以网页形式体现，应用程序安装在Web服务器上。应用数据放置在数据服务器中。客户端提交当前输入参数，客户端与Web服务器之间建立连接，Web服务器执行当前网页，运行过程中若处理应用数据则Web服务器利用ActiveX Data Object2.0數据访问接口技术与应用数据库建立数据连接并执行相应的指令。完成后输出数据结果返回到Web服务器上，最终再将当前提交的网页运行的结果传输到客户端。系统根据各工作站的功能划分分别建立办公管理Web应用程序，远程浏览Web应用程序。

关键技术：工作流定制、与调度管理实时交互，与监控系统实时交互。

（三）控制、监控系统

在邵伯船闸监控系统设计中，结合控制领域的先进技术和目前国内同行业的控制状况和邵伯船闸运行的特点，实现在总控室可集中控制操作

一、二号船闸的过闸联动及单步运行，也可由现地分散控制各闸首设备，控制方式灵活，关系合理，监控并举、控制图形化、设备现场分散、集中控制组态。

二、闸室船舶布局算法设计

当前京杭运河船闸管理过往船舶进入闸室基本运用人工进行调度排挡，管理人员不能及时分析船舶通过信息（待调、已调、放行）。人工调度过程中完全决定操作员自身因素，加上船舶运行不确定条件的影响，使的船舶过闸时间过长，操作员工作流程烦琐，闸室容量不能充分合理利用，降低了运行生产船舶通过量，增加了控制系统运行负载，阻碍了内河运输效率。

开发船闸调度管理信息系统。方便、高效完成运行现场每周（7天*24小时）计算机管理。在调度管理信息系统中解决闸室船舶计算机自动排挡、参照布局示意图的形成及布局存储。存在闸室容量利用与进入船舶数量反比关系。如何科学的计算闸室的剩余容量，使的每次闸室通过船舶量最大。闸室容量利用、布局及在安全系数最高达到闸室容量利用率最大。

输入参数随机：

1）必须遵循调度原则即放行原则，航运管理规定：先登记先放行;按船舶分类放行。

2）闸室容量不可分割区域，每次闸室通过船舶数量不固定。

由上导致当前闸室选择过往船舶以登记时间为条件，导致不可对当前通过船舶长宽属性进行分类，产生了同一闸室过往船舶长、宽参差不齐。导致闸室容量利用复杂化，增加放闸难度。

建立数学模型，选取闸室某一角为坐标的原点，考虑闸室（邵伯闸室：220×25）为规则的矩形（简单化处理）及船舶在闸室内的存在面积占据（不考虑空间上占据），以二维坐标系考察。闸室长度方向上为Y轴，宽度方向上为X轴，对过往船舶以矩形处理对象。由于对称，可整体选择以闸室室内边距为参照一律先左后右或先右后左思想方法放置。构出船舶在闸室内的坐标位置。在放置船舶时在长度和宽度方向上均保留一定的间隙系数（安全系数）。

布局算法：设定闸室总长L总，闸室总宽W总;来船长度为L，宽度W;放置来船后记下该船的左上角坐标P（x，y）。

定义S余i：剩余且可利用的面积之一或组合（可能不规则）即：

S余i=S（x，y）+S（x，+W，Y）+…S（q，y）;且（0<=q=0）;保持S（x，y）始终在x坐标方向连续;

初始化S余i=L总×W总;（i=0），S（x，y）=S（0，0）即坐标即为原点坐标。（见图1）

定义剩余面积S（x，y）：其中x，y表示该区域面积的左上角坐标，计算放置该船后容器S余剩余可利用的面积即为新的容器R余，剩余面积一般由两个且最多两个新容器组成。

1）以船宽度为界限在剩余长度方向上产生的面积记S（x，y）余1，记下长度L1，记下宽度W1。坐标x1，y1。

2）以船横坐标x加上长度为横坐标，纵坐标以组成的S余容器的最右边子容器纵坐标：记下长度L2，记下宽度W2。坐标x2，y2。（见图2、图3）

定义放置来船原则：

1）寻找可放置该船的最佳容器记为S余i;

2）优先考虑剩余面积长度最大的S余i=S（x，y）;能放下时记浪费面积为0，按照自左至右方向，以S余i左上角横坐标作为来船的横坐标，考虑S余=S（x，y）可能组合，依次考察S（x，y）或其组合的容器，计算在放置后取产生浪费面积（不可利用）最小的放置。（见图4）

3）每次放置来船后刷新S余=S余1…..S余n，建立x，y方向上的位置，且保证S余1….到S余n与实际空间顺序一致。考虑S余=S（x，y）可能组合：以S余1开始，S余1与s余z的组合，s余1与s余2与s余3的组合等直到在宽度满足放入来船，计算浪费面积S废1;以S余2开始，s余2与S余3的组合，S余2与S余3与S余4的组合等直到在宽度方向上满足放入来船，计算浪费面积S废2;直到以S余n开始，不能在宽度方向上满足放入来船。比较S废1….S废n取最小放置。

4）修正2）、3）可能产生S余n或可能組合一直都不能满足放入来船，在保持闸室长度方向上船舶放置整体推进的原则，采取显示浪费面积处理。在不满足的S余i情况下，比较放入来船后在宽度方向上的新S余i的长度记L余，优先考虑MAX的L余，其次考虑MIN的S废。

例如：下图来船P（x，y）4可放的位置若按1）应放置在S（x，y）余3（假设P（x，y）4来船和P（x，y）3一样）;但根据4）应为S（x，y）余1和S（x，y）余2的组合。（见图5）

计算P（x，y）;S（x，y）1;S（x，y）2

1.优先考虑剩余面积长度最大险S余，当找到存在的S余q且Lq>=L时：取出S余q的坐标;

Px=Sxq;Py=Syq;Sx1=Sxq;Sy1=Syq+L：L1=L总（当前容器）-L;W1=W。

若Wq>W时，Sx2=SXq+W;Sy2=Syq;L2=L总（当前容器）-L;

W2=W总（当前容器）-W;否则不存在S（x，y）2。

2.至少是两个s余或以上组合才能满足放入来船。

满足条件直到W总i….+W总j>=W;

找出S余i….到S余j中L总q最小S总q;其中（i<=q<=j）。

Px=Sxi;Py=Syq;Sx1=Sxi;Sy1=Syq+L;L1=L总（当前指S余q）-L;W1=W若Wq>W时，Sx2=Sxi+W;Sy2=yj;L2=L总（当前指S余j）;

W2=（W总i….+W总j）-W。否则不存在S（x，y）2。