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模式的多种需求条件下多类别多方式的网络平衡模型。该文采用变分不等式的建模方法，求解时采用了Gauss—Seidel块分解耦合相继平均法的求解策略。该模型被应用于智利圣地亚哥市的ESTRAUS项目。该模型面向城市交通，但是为解决区域运输中多方式多货种问题提供了参照。该模型的缺陷是方式间的协作和转化没有得到充分考虑。韩印（2008）[8]为了实现交通网络混合交通流随机平衡分配，分析了广义费用下多用户多方式的路径选择机理与网络平衡条件及信息条件下多用户多方式对路径选择的影响特征，运用数学规划理论，建立了基于信息条件的随机混合交通平衡分配模型，并证明了模型解的等价性与唯一性。

对于水运枢纽区域的多货种多方式的货运组织方式优化目前也有一定的研究，朱凯（2008）[9]将道路交通网络中多用户多模式交通分配研究应用在三峡枢纽的货物分配上，通过合理的对水路运输方式做公路运输的等效替换，将水运交通网络优化转变成道路交通网络优化问题，利用transcad对三峡区域各货类进行货流分配，得到各路段各货类的流量值。刘铁鑫（2010）[10]根据运输网络流分配理论和运输路径选择优化方法，以系统最优为目标，建立了具有较好通用性的基于广义运输费用的综合运输网络平衡优化模型，并利用k优运输路径的遗传算法来求解多货种多方式的综合货运组织优化模型并将模型运用到三峡枢纽区域货运组织方式优化的研究中，但该研究对船舶通过三峡枢纽的通过时间考虑不足。

总的来说，对于多货种多方式货运组织优化目前主要集中在道路与铁路，对于水路运输网络优化研究及实践应用还比较少，且主要集中在流量分配，缺乏对航运系统决策者关心的水路运输网络货运组织优化方案中航次数及船舶数量的研究，且对多梯级枢纽货运组织方案优化研究还处于空白阶段。

1.2.2 交通仿真建模研究

计算机仿真技术在各种领域得到了广泛应用，在交通运输领域，仿真技术也得到了一定的应用。国外方面,MattiPursula（1999）[11]使用了先进的建模方法，把需求建模与街道和道路上的交通流行为结合在一起，试图描述一个仿真环境中整个交通系统的行为。目标是再现某一小区内居民群体的出行类型(包括数目，时间，目的等)。W David Kelton[12] (2000)对离散系统仿真理论以及如何运用Arena进行离散仿真建模和优化进行了阐述。LAIKK[13] (2000)等用仿真技术对3种可能的道口扩容方法进行评估，目的是提高港口经营工作的效率以适

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应集装箱量的快速增长。

国内方面，卢方勇（2000）[14]针对永久船闸的运行了系统仿真研究；何军红(2001) [15]等人对三峡船闸的五级船闸运行系统进行了仿真研究，建立了相应的连续系统模型以及离散系统模型,首次提出了利用双传感器实测数据和模型仿真结果进行信息融合的机制来进行故障诊断和决策的方法,并采用面向对象的方法初步实现了该仿真系统,给出了船闸系统的动态运行结果,为系统后期的运行控制提供了依据。沙梅（2006）[16]对通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统进行了研究。李旭宏(2007) [17]基于Arena对物流配送中心分批拣货策略和单一拣货策略比较进行了仿真，为配送中心拣货作业系统的优化提供决策支持、王永辉基于Arena对港口泊位作业系统进行了仿真、杨神化(2007)

[18]

应用

Multi-agent 系统（MAS）理论和技术，构建和开发了基于MAS 和船舶操纵模拟器（SHS）的智能港口交通流模拟系统，提出了比较实用的港口调度算法和船舶自动航行算法。并将开发的系统应用到青岛前湾港区不同规划设计方案的论证研究中，仿真了规划水域的船舶交通流状况，为港口规划设计方案的评估论证提供了参考依据。

针对枢纽区域的运输组织仿真研究目前还较少。朱凯（2008）[9]对三峡区域运输情况进行了计算机仿真建模研究，通过仿真运算发现了组织方案的不足，提出系列改进方案发现了货物翻坝比例和锚地等待时间之间的量化关系。但该研究只是针对三峡枢纽进行方案的优化，没有考虑到改进方案优化对运输系统造成的影响，最后的优化结果并非是平衡系统服务效率和运输成本的最优解。

总的来说，计算机仿真技术在水运运输领域已有研究，但针对枢纽区域船舶货运组织的仿真研究还较少，特别对多梯级枢纽这种存在多货种，多运输方式，多运输路径，多级排队的复杂运输系统的仿真研究还处于空白阶段。

1.3研究内容和研究方法

1.3.1研究内容

1）乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织环境及存在问题

分析了乌江梯级枢纽区域船舶货运组织的历史及现状，各梯级枢纽的情况，阐述了种种梯级枢纽建成后对船舶货运组织产生有利影响及不利影响，说明了乌江梯级枢纽全线通航后给船舶货运组织带来的问题，为后续研究打下基础。

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2）乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织理论优化模型建立及实现

根据乌江多梯级枢纽区域运输系统的特点，经过对系统的抽象定义与基本假设，提出以广义成本最小的乌江多梯级枢纽区域多货种多方式船舶货运组织优化模型，其中针对根据船舶通过枢纽的调度规则，提出建立了枢纽单重休假规则M/G/1排队模型，求解船舶通过各枢纽的时间，对各运输路径的运输时间计算提供数据支撑。最后，利用多货种多方式货流分配模型对乌江多梯级枢纽船舶货运组织进行优化，得到以广义成本最小的船舶货运组织优化方案。

3）乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织仿真建模与实现

鉴于数学方法不能全面分析货运组织方案优劣的缺点，提出利用计算机仿真技术对多梯级枢纽区域船舶货运组织系统进行分析。首先分析乌江多梯级枢纽区域货运组织系统仿真的目的，其次分析系统边界、构成、特征及仿真指标，接着以面向对象建模的思想利用arena软件对乌江多梯级枢纽进行仿真建模，构建仿真模型并运用于数学优化方法得到的货运组织方案，评价方案的可行性。

4）乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织总体方案研究

根据数学方法和仿真技术各自的优势和不足，尝试综合利用数学和计算机仿真技术对乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织进行优化。首先针对初步方案不足提出多种改进策略，并将改进策略转化为数学理论优化方法中的约束条件，再次进行从数学理论优化模型到仿真模型优化过程，从而发现一定的规律，研究在完成既定货运量优化方案及船舶在多梯级枢纽区域航行较为通畅的条件下，广义成本最小的乌江多梯级枢纽船舶货运组织总体优化方案。

1.3.2研究方法

1）在研究已有网络优化模型及分析乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织系统特征的基础上，提出了以广义成本最小为目标的乌江多梯级枢纽区域多货种多方式船舶货运组织优化模型。

2）根据乌江多梯级枢纽通航设施排队系统的排队规则，引入适合该排队规则的M/G/1单重休假排队模型，求解船舶通过枢纽的平均通过时间。

3）使用离散系统仿真技术对乌江多梯级枢纽区域货运系统进行仿真建模。并运用仿真模型对数学优化方法得到的船舶货运组织方案进行评价。

4）基于理论优化与仿真模拟交互作用，对数学方法得到的船舶货运组织初步方案进行改进优化，得到合理高效的乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织方案。

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具体技术路线如图1-1：

图1.1 本文的研究思路

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