武汉大学硕士学位论文范本.doc

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摘要
乌江是贵州省内第一大河,乌江多梯级枢纽的兴建将极大改善乌江的航运条件,为乌江区域经济和航运事业带来了新的契机,乌江干流梯级水利枢纽将配套建设通航设施,但通航设施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,直接形成“短板〞效应,随着沿江经济开展,日益增长的运输需求与枢纽通航设施通过能力之间将产生矛盾,为未雨绸缪、最大限度地提高乌江通航设施通行效率,充分发挥乌江黄金水道的优势,合理利用运输网络中各种资源,优化设计各货类船舶的高效船舶货运组织方案已迫在眉睫。
乌江多梯级枢纽区域的船舶货运组织属于复杂运输网络系统,目前对于枢纽区域船舶货运组织的研究主要以定性分析为主,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。由于乌江船舶货运系统的复杂性,构建的理论优化模型与实际可能会产生偏差,优化的船舶货运组织方案的可行性需要验证,计算机仿真技术的开展为其提供了手段,为此本文针对乌江多梯级枢纽区域通航环境特点,尝试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。
本论文首先分析多梯级枢纽的建设对乌江船舶货运组织带来的影响;其次针对乌江多梯级枢纽区域船舶货运系统特点,改良现有网络优化模型,构建出广义本钱最小的乌江高效船舶货运组织优化模型,其中引入单重休假规那么M/G/1枢纽排队系统模型确定船舶通过枢纽时间,并求解出初步优化方案;接着针对乌江船舶货运系统离散特性,基于arena平台构建出面向对象的仿真模型,以验证理论优化方案的可行性及存在的问题;最后通过理论优化方案与仿真模拟的交互优化过程,最终提出适合乌江多梯级枢纽区域货运网络的高效船舶货运组织方案。
关键字:乌江多梯级枢纽网络优化改良模型arena仿真建模高效船舶货运组织方案
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Abstract
WujiangRiveristhelargestriverinGuizhouprovince,-projectswillgreatlyimprovetheshippingconditionofWujiangRiverandbringopportunityforthedevelopingofregionaleconomyandtheshippingindustry,themulti-hubcascadeofWujiangwillbesupportingtheshippingfacilities,butthereareseveralproblemaboutshippingfacilities:eachshippingfacilitieshasinconsistentconstructionprogress,differentsizeofshiplift,differenttimetohaveshippassed,differentnavigationflowproblemandotherissues,leadingtoa"shortboard"effect,bythedevelopmentofeconomicalongtheWujiangRiver,theconflictwillbecreatedbythedifferentgrowingdemandoftransportationandpassingcapacityofnavigationhub,bringagreatdifficultyfortheorganizationofshippinginrestrictionofWujiangmulti-cascadehydro--gradechannelandnavigationfacilitiesinWujiang,givingfullplaytotheadvantagesoftheWujiangRivergoldenwaterway,rationalusingoftransportnetworkresources,aefficientmulti-cargoorganizationprogramshouldbemadesothatthewholechannelWujiangcascadehydro-projectsdistrictwillbeeasedoff.
Currently,thequalitativeanalysisplayamainroleintheresearchofshippingorganizationinthehubregion,quantitativeanalysisisnotmuchandcan’tanalysisthewholesysteminaoverallview,what’smore,theshippingorganizationlikeWujiangRivermulti-cascadehydro-,,butsimulationtechnologymainlyworkoutasatoolofvalidationandevaluation,takingusethesimulationtechnologytooptimizewillbeeffectedbysubjectivefactoranddifficulttofindtheoptimalsolution.
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Basedontheabovereasons,,qualitativeanalysistheinfluenceofconstructionofamulti-cascadehydro-projectsonshippingorganization,thenbasedonthecharacteristicsofWujiangmulti-cascadehydro-projects,improvingtheexistnetworkoptimizationmodeltomakeoutalowestgeneralizedcostmodelofshippingorganizationinWujiangmulti-cascadehydro-projectsregion,,introductiontheideaof​​queuingtheorytoanalysisthemulti-cascadehydro-,onthebasedofanalysisofthediscretefreightsystemofWujiangmulti-cascaderegion,buildingthesimulationmodelinaideologicalofobject-,takinguseofcomputersimulationtechnologyandmathematicalprogrammingmethodingeneraltooptimizetheinitialprogramofWujiangmulti-cascadehydro-projectsshippingorganization,gettingareasonableprogramwhichcantakeuseofWujiangmulti-cascadehydro-projectsshippingsysteminaefficientway.
Keywords:multi-cascadehydro-projects;computersimulation;optimizationforfreightshippingorganization;thequeuingsystem
目录
摘要 I
Abstract II
目录 IV
第1章绪论 1
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第2章乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织环境及存在问题 7
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第3章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 17
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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
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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
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第6章结论 66
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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工程 72
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第1章绪论

乌江干流全长1037公里,贯穿贵州、重庆两省市,于涪陵汇入长江。乌江在贵州境内长802公里,,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开展的运输大动脉。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开展带来了巨大阻碍,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。随着沿江经济开展,运输需求日益增长将会使各枢纽通航设施通过能力缺乏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,降低综合物流本钱,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,大局部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,计算机仿真技术的开展为其提供了手段,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,
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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。


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〔2023〕[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算法得出最正确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适宜的运输方式、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适宜、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拟分析。例如,〔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,航运公司那么通过交通网络均衡原那么选择运输货轮。遵循上述思路,HARKERPT(1988)[4-6]给出了更加完善的模型。FLORIANM(2023)[7]建立了一个具有层次化Logit选择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
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—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工程。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〔2023〕[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〔2023〕[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〔2023〕[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