武汉理工大学硕士学位论文 - 图文

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3.5.1排队系统基本特征 .............................................................................................. 23 3.5.2排队系统休假规则 .............................................................................................. 25 3.5.3排队模型建立 ...................................................................................................... 26 3.5.4船舶通过各梯级枢纽时间计算 ........................................................................... 28 3.6理论优化模型输入参数计算.......................................................................................... 29

3.6.1广义运输成本 ...................................................................................................... 29 3.6.2运输时间 .............................................................................................................. 30 3.7船舶货运组织规划 ......................................................................................................... 31 3.8本章小结 ......................................................................................................................... 33 第4章 乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织仿真建模与实现 ................................................ 34

4.1系统仿真及仿真目的 ..................................................................................................... 34

4.1.1系统仿真 .............................................................................................................. 34 4.1.2仿真目的 .............................................................................................................. 35 4.2仿真系统分析 ................................................................................................................. 35

4.2.1系统边界及构成 .................................................................................................. 35 4.2.2系统特征 .............................................................................................................. 36 4.2.3系统仿真平台 ...................................................................................................... 37 4.2.4系统仿真评价指标 .............................................................................................. 38 4.3仿真模型搭建 ................................................................................................................. 39

4.3.1船舶生成子模型 .................................................................................................. 40 4.3.2港口子模型 .......................................................................................................... 42 4.3.3升船机子模型 ...................................................................................................... 46 4.3.4运输路径控制节点子模型 ................................................................................... 50 4.3.5翻坝运输子模型 .................................................................................................. 54 4.4模型效验与验证 ............................................................................................................. 56 4.5理论优化方案验证 ......................................................................................................... 57

4.5.1参数输入 .............................................................................................................. 57 4.5.2运行设置 .............................................................................................................. 57 4.5.3结果输出 .............................................................................................................. 57 4.6本章小结 ......................................................................................................................... 59 第5章 乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织总体方案研究 ...................................................... 60

5.1总体方案优化过程 ......................................................................................................... 60 5.2改进策略 ......................................................................................................................... 61 5.3综合优化 ......................................................................................................................... 62 5.4优化结果分析 ................................................................................................................. 64 5.5本章小结 ......................................................................................................................... 65 第6章 结论 ................................................................................................................................. 66

6.1总结 ................................................................................................................................. 66 6.2展望 ................................................................................................................................. 67 致 谢 ........................................................................................................................................... 68 参考文献 ....................................................................................................................................... 69

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攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目 .................................................................... 72

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

乌江干流全长1037公里，贯通贵州、重庆两省市，于涪陵汇入长江。乌江在贵州境内长802公里，流域面积6.7万平方公里，占全省总面积的38%，是贵州省第一大河。

随着乌江航运工程和各梯级枢纽的建设，乌江航道和水利枢纽的建设，将极大地改善乌江通航条件，极大地促进贵州省产业结构、工业布局调整，优化贵州省综合交通运输体系结构，乌江将成为贵州省社会经济发展的运输大动脉。一条通江达海的水运通道将把贵阳、遵义这两大经济中心连接到长江黄金水运通道上，结束贵州省主要城市没有水运通道的历史。但各梯级枢纽“重发电，轻航运”的建设模式也给乌江航运发展带来了巨大阻碍，存在着通航设施建设进度不一致、承船箱尺寸不一致、通过时间不一致、通航流量不一致等问题，而这些问题直接导致了枢纽的通过能力各不相同，直接形成“短板”效应。随着沿江经济发展，运输需求日益增长将会使各枢纽通航设施通过能力不足及运输系统瓶颈问题日益显现。为未雨绸缪、最大限度地乌江通航设施通行效率、合理利用运输系统资源，充分发挥水运优势，降低综合物流成本，急需站在运输系统综合优化角度，针对乌江船舶货运系统多梯级枢纽及多货种多方式的特点，制定乌江高等级航道高效货运组织方方案。

由于乌江流域内具有水电枢纽，升船机、港口等多种水运设施，水运网络与公路及铁路运输网络连接，使得货运组织方式涉及多种运输方式、多式联运及中转点设置问题。加上乌江流域运输系统空间跨度大等问题使其运输系统存在固有的复杂性。所以，考虑充分利用水路、公路、通航设施等综合运输系统资源，对既定通航设施条件下的货运组织进行定量的优化研究，制定合理的货运组织方案是值得研究的问题。而目前针对水运枢纽区域的货运组织研究，大部分都处于定性分析的研究阶段，定量分析较少且没有站在综合运输系统规划的角度分析，而针对乌江的相关研究至今尚未涉及。因此，定量的分析货运组织方案，做到各种运输方式内部优化和运输方式之间的组合优化对解决多梯级

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枢纽给货运组织带来的问题和乌江流域整体经济和社会效益具有十分重要的意义。由于乌江船舶货运系统的复杂性，构建理论优化模型存在一定难度，且模型的目标局限性使优化结果没有全面考虑系统各项因素，优化的船舶货运组织方案的可行性需要验证，计算机仿真技术的发展为其提供了手段，本文针对乌江多梯级枢纽区域通航环境特点，首次尝试采用计算机仿真技术对多梯级枢纽区域货运组织进行仿真，以验证方案的可行性。针对理论优化方法与仿真技术各自的优劣，采用理论优化与仿真模拟相结合的新方法，优化设计出乌江多梯级枢纽区域高效船舶货运组织方案，这对解决多枢纽河流船舶货运组织优化问题是一次有益的尝试。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 内河枢纽区域货运组织方式研究

乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织方式优化涉及运量分配、船型优化选择、航线配船等等。目前针对枢纽货运组织方式优化的成果较少，张光磊（2009）[2]针对三峡枢纽区域运输组织存在问题，引入阈值的概念，通过对三峡船闸的调度优化方案研究以提高船舶通过量，运用评价方法分析各货类的翻坝可行性及运用Dijkstra算法得出最佳水陆联运路径综合确定船舶通过三峡枢纽区域的水路货运组织方案，但该文缺乏对整个系统货运组织综合优化研究。乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织方式优化研究重点是怎样定量地分析各类货物合适的运输方式、运输路径及确定相应运输路径上的货运量及各运输路径上船舶的运力分配问题。这类问题的解决方式更类似于交通规划中的运量分配问题，即为多货种多方式从系统最优的角度出发，选取网络中总的运输费用或运输货物里程最小作为目标函数进行优化，得到优化运输路径。

网络优化模型是普遍公认的最合适、定量分配货流的模型。网络优化模型主要关注多种运输方式下运输网络的合理表示、方式间转运的处理、决定货物运输的多重指标、网络中拥挤效用以及网络流分布模式的阶段性比较分析。例如，FRIESZ.T.L（1986）[3]通过给定每个运输货轮的具体运输线路，整合后得到航运公司的运输网络。每个运输货轮均选择最小费用的路线运输，航运公司则通过交通网络均衡原则选择运输货轮。遵循上述思路，HARKER P T(1988)[4-6]给出了更加完善的模型。FLORIAN M(2002)[7]建立了一个具有层次化Logit选择

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