基于仿真的三峽升船機(jī)緩解積壓能力評(píng)價(jià)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供基于仿真的三峽升船機(jī)緩解積壓能力評(píng)價(jià)方法，包括：數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)；建立仿真模型，包括上行系統(tǒng)和下行系統(tǒng)；利用升船機(jī)使用前的三峽樞紐通航船舶的數(shù)據(jù)，對(duì)仿真模型進(jìn)行仿真，將仿真后的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算仿真誤差直至誤差小于預(yù)設(shè)的誤差值；在仿真模型中補(bǔ)入升船機(jī)模型；升船機(jī)緩解積壓能力分析：根據(jù)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行來(lái)船規(guī)律演化分析，將分析結(jié)果作為參數(shù)輸入，并在船舶組織調(diào)度模塊中設(shè)置升船機(jī)的使用頻率，分析升船機(jī)使用頻率與船舶積壓數(shù)量的對(duì)比。本發(fā)明通過(guò)搭建仿真模型進(jìn)行船舶過(guò)閘的模擬仿真，分析三峽樞紐升船機(jī)對(duì)船舶積壓的影響。
【專利說(shuō)明】
基于仿真的三峽升船機(jī)緩解積壓能力評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于交通航運(yùn)領(lǐng)域，具體涉及一種基于仿真的三峽升船機(jī)緩解積壓能力評(píng) 價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，內(nèi)河航運(yùn)得到了國(guó)家的大力支持開(kāi)始蓬勃發(fā)展，三峽樞紐作為長(zhǎng)江水域 的喉結(jié)之處，連接著成渝地區(qū)及長(zhǎng)江中下游地區(qū)，三峽樞紐的暢通既跟長(zhǎng)江內(nèi)河水域的發(fā) 展息息相關(guān)，也緊密聯(lián)系著長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的建設(shè)。目前，長(zhǎng)江貨運(yùn)量逐年遞增，導(dǎo)致船舶過(guò)閘 需求持續(xù)增長(zhǎng)，過(guò)閘需求增長(zhǎng)與過(guò)閘能力不足的矛盾日益凸顯。
[0003] 在面對(duì)三峽船舶積壓逐漸趨于常態(tài)化的情況，在加速船型標(biāo)準(zhǔn)化工作，開(kāi)發(fā)適應(yīng) 三峽船閘的船型的同時(shí)，升船機(jī)作為三峽通航建筑物中的重要組成部分，也將發(fā)揮重要的 作用，充當(dāng)快速過(guò)壩的通道，提升船舶過(guò)壩效率。
[0004] 國(guó)外升船機(jī)適用發(fā)展較我國(guó)更早，有更豐富的適用經(jīng)驗(yàn)。德國(guó)漢諾威大學(xué)帕登斯 基教授在分析了近幾十年各國(guó)興建的升船機(jī)后認(rèn)為："在考慮通航建筑物時(shí)，從提升高度 25m開(kāi)始，可以考慮選取升船機(jī)代替船鬧；而當(dāng)提升高度大于35m時(shí)，升船機(jī)具有比較明顯的 優(yōu)勢(shì)"。
[0005] 國(guó)內(nèi)在升船機(jī)提高通過(guò)能力及相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)難點(diǎn)方面也在一直研究，國(guó)內(nèi)很多研 究明確表明升船機(jī)能為客貨輪和特種船舶提供快速過(guò)壩通道，增加樞紐的航運(yùn)調(diào)度靈活 性，提高船舶過(guò)閘效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種基于仿真的三峽升船機(jī)緩解積壓能力評(píng)價(jià) 方法，為緩解二峽樞紐船舶積壓狀況提供決策支持。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為:一種基于仿真的三峽升船機(jī)緩 解積壓能力評(píng)價(jià)方法，其特征在于:它包括以下步驟：
[0008] S1、數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)：
[0009] 收集升船機(jī)使用前的若干年的三峽樞紐通航船舶的數(shù)據(jù)，根據(jù)船舶的過(guò)閘規(guī)律對(duì) 船舶進(jìn)行分類，并統(tǒng)計(jì)各年的船舶的類型、數(shù)量、噸位及占比；
[0010] S2、建立仿真模型，包括上行系統(tǒng)和下行系統(tǒng)，下行系統(tǒng)從三峽壩上錨地通過(guò)三峽 船閘或升船機(jī)進(jìn)入葛洲壩庫(kù)區(qū)、通過(guò)葛洲壩船閘離開(kāi);上行系統(tǒng)與下行系統(tǒng)流程相反，模塊 相同，均包括：
[0011] 船舶生成模塊，用于從S1收集的數(shù)據(jù)中按各類船舶到達(dá)規(guī)律進(jìn)行生成船舶；
[0012] 船舶組織調(diào)度模塊，用于根據(jù)各類船舶在通過(guò)三峽船閘與葛洲壩船閘時(shí)遵循的規(guī) 律，安排船舶過(guò)閘的班次與規(guī)則；
[0013] 船舶過(guò)閘子模型，包括三峽船閘模塊和葛洲壩船閘模塊，分別用于模擬船舶按照 船舶組織調(diào)度模塊安排的班次和規(guī)則通過(guò)三峽船閘和葛洲壩船閘的過(guò)程；
[0014] S3、仿真模型的檢驗(yàn)：
[0015]利用S1中升船機(jī)使用前的三峽樞紐通航船舶的數(shù)據(jù)，對(duì)仿真模型進(jìn)行仿真，將仿 真后的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算仿真誤差直至誤差小于預(yù)設(shè)的誤差值；
[0016] S4、升船機(jī)仿真：
[0017] 在仿真模型中補(bǔ)入升船機(jī)模型，升船機(jī)模型用于根據(jù)各類船舶的條件，模擬具備 條件的船舶按照船舶組織調(diào)度模塊安排的班次和規(guī)則從升船機(jī)通過(guò)三峽大壩；
[0018] S5、升船機(jī)緩解積壓能力分析：
[0019] 根據(jù)S1收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行來(lái)船規(guī)律演化分析，將分析結(jié)果作為參數(shù)輸入，并在船舶 組織調(diào)度模塊中設(shè)置升船機(jī)的使用頻率，分析升船機(jī)使用頻率與船舶積壓數(shù)量的對(duì)比。
[0020] 按上述方案，所述的船舶分為客船、商品車(chē)滾裝船、集裝箱船、危險(xiǎn)品船、干散貨船 和其他船舶六類;其中噸位在3000噸以下的客船、商品車(chē)滾裝船、集裝箱船、干散貨船和其 他船舶，由船舶組織調(diào)度模塊根據(jù)升船機(jī)的使用頻率，確定通過(guò)升船機(jī)或船閘通過(guò)三峽大 壩;噸位大于3000噸的客船、商品車(chē)滾裝船、集裝箱船、干散貨船和其他船舶，以及所有危險(xiǎn) 品船，由船舶組織調(diào)度模塊安排船舶過(guò)閘的班次與規(guī)則通過(guò)船閘通過(guò)三峽大壩。
[0021 ]按上述方案，所述的S3在仿真時(shí)，輸入?yún)?shù)為:來(lái)船規(guī)律、調(diào)度規(guī)則和船舶在各區(qū) 間的航行速度;輸出參數(shù)為:船舶在系統(tǒng)內(nèi)各模塊花費(fèi)的時(shí)間、各個(gè)處理過(guò)程船舶的排隊(duì)長(zhǎng) 度、船舶進(jìn)入系統(tǒng)的數(shù)量和離開(kāi)系統(tǒng)的數(shù)量;通過(guò)輸出參數(shù)得到船舶積壓時(shí)間和積壓數(shù)量。 [0022]按上述方案，所述的船舶生成模塊按照船舶到達(dá)規(guī)律擬合正態(tài)分布來(lái)生成船舶。
[0023]本發(fā)明的有益效果為:通過(guò)搭建三峽樞紐船舶交通流模型，進(jìn)行船舶過(guò)閘的模擬 仿真并得到仿真結(jié)果，進(jìn)而分析三峽樞紐升船機(jī)對(duì)船舶積壓的影響，并對(duì)升船機(jī)緩解船舶 積壓的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，為緩解三峽樞紐船舶積壓狀況提供決策支持。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為三峽樞紐運(yùn)輸系統(tǒng)仿真總體流程圖。
[0025]圖2為船舶生成模塊結(jié)構(gòu)框圖。
[0026]圖3為船舶組織調(diào)度模塊結(jié)構(gòu)框圖。
[0027]圖4為船舶過(guò)閘子模型結(jié)構(gòu)框圖。
[0028]圖5為升船機(jī)模型結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]本發(fā)明提供一種基于仿真的三峽升船機(jī)緩解積壓能力評(píng)價(jià)方法，它包括以下步 驟：
[0031] S1、數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)：
[0032] 收集升船機(jī)使用前的若干年的三峽樞紐通航船舶的數(shù)據(jù)，根據(jù)船舶的過(guò)閘規(guī)律對(duì) 船舶進(jìn)行分類，并統(tǒng)計(jì)各年的船舶的類型、數(shù)量、噸位及占比；
[0033] S2、建立仿真模型，包括上行系統(tǒng)和下行系統(tǒng)，下行系統(tǒng)從三峽壩上錨地通過(guò)三峽 船閘或升船機(jī)進(jìn)入葛洲壩庫(kù)區(qū)、通過(guò)葛洲壩船閘離開(kāi);上行系統(tǒng)與下行系統(tǒng)流程相反，模塊 相同，均包括：
[0034] 船舶生成模塊，用于從S1收集的數(shù)據(jù)中按各類船舶到達(dá)規(guī)律進(jìn)行生成船舶；
[0035] 船舶組織調(diào)度模塊，用于根據(jù)各類船舶在通過(guò)三峽船閘與葛洲壩船閘時(shí)遵循的規(guī) 律，安排船舶過(guò)閘的班次與規(guī)則；
[0036] 船舶過(guò)閘子模型，包括三峽船閘模塊和葛洲壩船閘模塊，分別用于模擬船舶按照 船舶組織調(diào)度模塊安排的班次和規(guī)則通過(guò)三峽船閘和葛洲壩船閘的過(guò)程；
[0037] S3、仿真模型的檢驗(yàn)：
[0038]利用S1中升船機(jī)使用前的三峽樞紐通航船舶的數(shù)據(jù)，對(duì)仿真模型進(jìn)行仿真，將仿 真后的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算仿真誤差直至誤差小于預(yù)設(shè)的誤差值；
[0039] S4、升船機(jī)仿真：
[0040] 在仿真模型中補(bǔ)入升船機(jī)模型，升船機(jī)模型用于根據(jù)各類船舶的條件，模擬具備 條件的船舶按照船舶組織調(diào)度模塊安排的班次和規(guī)則從升船機(jī)通過(guò)三峽大壩；
[0041] S5、升船機(jī)緩解積壓能力分析：
[0042] 根據(jù)S1收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行來(lái)船規(guī)律演化分析，將分析結(jié)果作為參數(shù)輸入，并在船舶 組織調(diào)度模塊中設(shè)置升船機(jī)的使用頻率，分析升船機(jī)使用頻率與船舶積壓數(shù)量的對(duì)比。
[0043] 所述的船舶分為客船、商品車(chē)滾裝船、集裝箱船、危險(xiǎn)品船、干散貨船和其他船舶 六類;其中噸位在3000噸以下的客船、商品車(chē)滾裝船、集裝箱船、干散貨船和其他船舶，由船 舶組織調(diào)度模塊根據(jù)升船機(jī)的使用頻率，確定通過(guò)升船機(jī)或船閘通過(guò)三峽大壩;噸位大于 3000噸的客船、商品車(chē)滾裝船、集裝箱船、干散貨船和其他船舶，以及所有危險(xiǎn)品船，由船舶 組織調(diào)度模塊安排船舶過(guò)閘的班次與規(guī)則通過(guò)船閘通過(guò)三峽大壩。
[0044] 所述的S3在仿真時(shí)，輸入?yún)?shù)為：來(lái)船規(guī)律、調(diào)度規(guī)則和船舶在各區(qū)間的航行速 度;輸出參數(shù)為:船舶在系統(tǒng)內(nèi)各模塊花費(fèi)的時(shí)間、各個(gè)處理過(guò)程船舶的排隊(duì)長(zhǎng)度、船舶進(jìn) 入系統(tǒng)的數(shù)量和離開(kāi)系統(tǒng)的數(shù)量;通過(guò)輸出參數(shù)得到船舶積壓時(shí)間和積壓數(shù)量。
[0045] 所述的船舶生成模塊按照船舶到達(dá)規(guī)律擬合正態(tài)分布來(lái)生成船舶。
[0046]下面以具體實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)的步驟說(shuō)明：
[0047]步驟一、數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì):采集2010-2013年三峽樞紐通航船舶的數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計(jì)各 年的船舶的類型、數(shù)量、噸位及占比。
[0048]步驟二、三峽樞紐船舶仿真模型研究
[0049] 2.1、船舶行為模型：由于三峽船舶種類繁多，即使在同一類船舶中不同船型的船 舶行駛速度也不一樣，很大程度上增加了建模的復(fù)雜性。在本模型中視船舶上行/下行航行 速度相同，各類船舶過(guò)三峽船閘的時(shí)間也相同。
[0050] 2.2、船閘服務(wù)模型:三峽船閘為雙線五級(jí)船閘，采用單向過(guò)閘方式，一般實(shí)行北線 上行，南線下行，上下行花費(fèi)的時(shí)間基本相同。設(shè)計(jì)條件下，下行船舶從進(jìn)入第一級(jí)船閘到 駛出第五級(jí)船閘共需約3.5h;葛洲壩船閘為"兩線三閘"結(jié)構(gòu)，1、2號(hào)船閘可通過(guò)大型船舶或 者大型船隊(duì)，每次過(guò)閘時(shí)間大約1個(gè)h;3號(hào)船閘主要通過(guò)3000t以下客貨輪和地方小型船隊(duì)， 每次過(guò)閘時(shí)間約40min。升船機(jī)作為三峽樞紐的輔助通道，可通過(guò)3000t以下除危險(xiǎn)品以外 的船舶，單向單次所需的時(shí)間大約40min。
[0051 ] 2.3、船舶組織調(diào)度模型：本模型將仿真船舶分為客船、商品車(chē)滾裝船、集裝箱船、 危險(xiǎn)品船、干散貨船、其他船舶等六類船舶，在安排各類船舶的過(guò)閘順序中，客船屬于優(yōu)先 級(jí)最高的，商品車(chē)滾裝船次之，集裝箱船再次之，原因都是船載商品的附加價(jià)值比較高，過(guò) 閘等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致船主比較大的損失;然后就是干散貨船及其他船舶。其中危險(xiǎn)品船 舶只能單獨(dú)過(guò)閘，不能與其他任何船舶混合過(guò)閘；同類船舶按照先到先過(guò)的原則。
[0052] 步驟三、仿真建模的系統(tǒng)分析
[0053] 3.1、系統(tǒng)邊界設(shè)定:本研究重點(diǎn)分析系統(tǒng)內(nèi)船舶積壓情況，分析區(qū)域?yàn)閮蓧沃車(chē)?的錨地區(qū)域以及兩壩之間的區(qū)域，其中三峽大壩上游的錨地區(qū)距大壩大約l〇km，葛洲壩下 游的錨地距葛洲壩約9km。本實(shí)施例仿真模型設(shè)定上游邊界為三峽大壩上游報(bào)告線，下游邊 界為葛洲壩下報(bào)告線。
[0054] 3.2、系統(tǒng)流程分析：明確仿真系統(tǒng)的起訖點(diǎn)后，需要宏觀把握船舶的運(yùn)行流程，本 仿真系統(tǒng)分為上行與下行兩個(gè)系統(tǒng)。下行從三峽壩上錨地進(jìn)入系統(tǒng)，然后通過(guò)三峽船閘或 者升船機(jī)進(jìn)入葛洲壩庫(kù)區(qū)，然后通過(guò)葛洲壩船閘離開(kāi)系統(tǒng)，上行船舶與上行的流程相反。三 峽樞紐船舶運(yùn)行的總體流程見(jiàn)附圖1。
[0055] 3.3、系統(tǒng)仿真平臺(tái)：選用Arena軟件作為三峽船舶交通流仿真系統(tǒng)的平臺(tái)。
[0056] 3.4、模型參數(shù)的輸入/輸出：
[0057]表1仿真系統(tǒng)參數(shù)表
[0060]步驟四、仿真模型的建立 [0061] 4.1、輸入模塊：
[0062]船舶生成子模型是整個(gè)模型的開(kāi)端，按照實(shí)際每天到達(dá)三峽壩上錨地和葛洲壩下 錨地的數(shù)據(jù)，該模型模擬生成船舶，生成的船舶依次進(jìn)入系統(tǒng)，通過(guò)三峽船閘與葛洲壩船閘 后離開(kāi)系統(tǒng)。為了使仿真結(jié)果與實(shí)際情況比較接近，對(duì)船舶到達(dá)間隔天數(shù)按照泊松分布、正 態(tài)分布等分布進(jìn)行擬合(擬合的原始數(shù)據(jù)來(lái)自于收集的2013年365條船舶過(guò)閘數(shù)據(jù)），擬合 結(jié)果如下表所示：
[0063]表2船舶到達(dá)規(guī)律擬合表
[0065] 如上表所示，船舶到達(dá)規(guī)律擬合正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)差最小，故船舶生成模塊按照正 態(tài)分布來(lái)生成船舶。
[0066] 根據(jù)船舶的過(guò)閘規(guī)律，三峽過(guò)閘船舶被簡(jiǎn)化成六類，分別是客船、商品車(chē)滾裝船、 集裝箱船、危險(xiǎn)品船、干散貨船以及其他船舶。
[0067] 表3船舶生成子模型船舶到達(dá)間隔參數(shù)表
[0068]
[0069] 計(jì)算船舶生成模塊中的各項(xiàng)參數(shù)。
[0070] (1)均值:各類船舶到達(dá)間隔的天數(shù)的平均值。
[0071] (2)方差:各類船舶到達(dá)間隔的天數(shù)的方差。分別計(jì)算上行和下行的均值和方差， 并選擇正態(tài)分布函數(shù)進(jìn)行擬合。
[0072] 4.2、船舶組織調(diào)度模塊：
[0073]各類船舶在通過(guò)三峽船閘與葛洲壩船閘時(shí)需要遵循一般規(guī)律：
[0074] (1)葛洲壩船閘單船單過(guò)，三峽船舶過(guò)閘規(guī)則比較復(fù)雜，原則是先到先過(guò)，部分優(yōu) 先，組合過(guò)閘。
[0075] (2)各類船舶的優(yōu)先等級(jí)也不一樣，根據(jù)以人為本的原則，客船屬于優(yōu)先級(jí)最高 的；商品車(chē)滾裝船次之，集裝箱船再次之，原因都是船載商品的附加價(jià)值比較高，過(guò)閘等待 時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致船主比較大的損失;然后就是干散貨船及其他船舶;危險(xiǎn)品船舶比較特殊， 不能與其他任何船舶混合過(guò)閘，所以危險(xiǎn)品船舶只能等待集滿一個(gè)閘次才能過(guò)閘。
[0076]船舶組合規(guī)則子模型主要作用是安排船舶過(guò)閘的班次與規(guī)則，在遵守實(shí)際排班規(guī) 則的情況下最大限度地還原船舶過(guò)閘場(chǎng)景。模塊設(shè)計(jì)如附圖3所示。
[0077] 4.3、船舶過(guò)閘子模型：
[0078]船舶過(guò)閘子模型分為三峽船閘模塊和葛洲壩船閘模塊，用于模擬船舶通過(guò)三峽船 閘與葛洲壩船閘的過(guò)程。
[0079] 以下行船舶為例，在經(jīng)過(guò)調(diào)度員排班之后，船舶首先駛?cè)肴龒{船閘引航道，然后船 舶進(jìn)入一號(hào)閘室并關(guān)閉閘門(mén)，將一號(hào)閘室內(nèi)的水排出使一二號(hào)閘室的水位持平，然后打開(kāi) 閘門(mén)使船只駛向二號(hào)閘室，依次類推，直到駛?cè)胂掠?。根?jù)船舶過(guò)閘的實(shí)際過(guò)程，本模型將 三峽五級(jí)船閘簡(jiǎn)化成三級(jí)船閘。然后船舶進(jìn)入葛洲壩庫(kù)區(qū)，隨后通過(guò)葛洲壩船閘并駛離三 峽樞紐。其過(guò)程模擬如附圖4所示。
[0080] 4.4、仿真模型的檢驗(yàn)：
[0081] 本仿真模型分為上行和下行兩個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都包括船舶發(fā)生器、船舶組 合規(guī)則模塊、船舶過(guò)閘模塊和升船機(jī)模塊。本研究將一周（7天）、一個(gè)月（30天）、一年（365 天)3個(gè)時(shí)長(zhǎng)的船舶通過(guò)三峽船閘的仿真數(shù)量與實(shí)際通過(guò)值進(jìn)行對(duì)比分析。（仿真模型數(shù)據(jù) 和2013年真實(shí)數(shù)據(jù)比較如表4所示）
[0082]表4系統(tǒng)仿真的誤差分析
[0083]
[0084] 由表4可知，計(jì)算機(jī)仿真的誤差均沒(méi)有超過(guò)10%，且隨著仿真時(shí)長(zhǎng)的增加，仿真結(jié) 果與實(shí)際情況的相對(duì)誤差逐漸縮小，體現(xiàn)出本模型具有一定的合理性，可以用于進(jìn)一步的 仿真研究。
[0085]步驟五、三峽樞紐升船機(jī)仿真
[0086]根據(jù)上述分析，該模型的分析結(jié)果與三峽通航實(shí)際數(shù)量誤差在10%以內(nèi)，則可以 利用該模型進(jìn)行進(jìn)一步研究。
[0087] 5.1、升船機(jī)模塊設(shè)計(jì):按照設(shè)計(jì)，三峽升船機(jī)將在2015年投入使用，升船機(jī)的設(shè)計(jì) 是為了緩解船舶積壓，增大三峽通過(guò)能力的設(shè)施。船舶乘坐升船機(jī)上行以及下行，允許進(jìn)入 升船機(jī)的船舶必須小于3000噸級(jí);并且升船機(jī)每天的運(yùn)能有限，單線時(shí)間間隔為40分鐘，因 此每天單方向可以通過(guò)16艘3000噸級(jí)以下的船舶。其中，危險(xiǎn)品船舶不能乘升船機(jī)過(guò)閘，因 此共有其他五類小型船舶可以過(guò)升船機(jī)。升船機(jī)模塊如附圖5所示。
[0088] 5.2、來(lái)船規(guī)律演化分析：隨著三峽工程蓄水后航運(yùn)條件的改善，三峽船閘過(guò)壩貨 運(yùn)量快速增長(zhǎng)，船舶大型化、標(biāo)準(zhǔn)化趨勢(shì)日益明顯，通過(guò)三峽船閘的貨運(yùn)量在2011年就達(dá)到 了 1.003億噸，已提前19年達(dá)到設(shè)計(jì)通過(guò)能力，2014年的過(guò)閘貨運(yùn)量為1.15億噸，有專家預(yù) 測(cè)2020年三峽貨運(yùn)量將突破2億噸。過(guò)閘船舶的噸位也隨著船舶大型化的趨勢(shì)而增大，其 中，2014年三峽過(guò)閘船舶噸位為3784噸。考慮到升船機(jī)只能運(yùn)輸3000噸級(jí)以下的船舶，且危 險(xiǎn)品船舶不能過(guò)升船機(jī)，本節(jié)綜合考慮過(guò)閘船舶貨運(yùn)量和過(guò)閘船舶噸位來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)船舶過(guò) 閘貨運(yùn)量分別為1.5億噸及2億噸時(shí)的年過(guò)閘船舶流量，并根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)對(duì)3000噸級(jí)上下船 舶所占的比例進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。下表展示了三峽過(guò)閘船舶流量及類型分布。
[0089]表5三峽不同過(guò)閘貨運(yùn)量對(duì)應(yīng)的船舶流量及船舶噸位表
[0090]
[0091] 船舶流量隨著過(guò)閘貨運(yùn)量的增大而增加，考慮到過(guò)閘船舶噸位也在不斷增加，因 此，船舶流量的增加并不與過(guò)閘貨運(yùn)量的增加成正比;船舶大型化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，每年 3000噸以上船舶所占比例不斷上漲，在年過(guò)閘貨運(yùn)量達(dá)到1億噸時(shí)比例達(dá)到52.54%，但隨 著時(shí)間的推移，漲幅將慢慢減小，在年過(guò)閘貨運(yùn)量達(dá)到2億噸時(shí)3 0 0 0噸級(jí)以上船舶達(dá)到 69.56%〇
[0092] 升船機(jī)仿真:將模擬未來(lái)過(guò)閘貨運(yùn)量為1.5億噸和過(guò)閘貨運(yùn)量為2億噸兩種情景， 將上節(jié)來(lái)船規(guī)律演化分析得到的數(shù)據(jù)作為參數(shù)輸入，研究升船機(jī)投入使用后船舶的積壓狀 況。在這兩種情況下分別仿真10天、20天、30天。由于升船機(jī)單程運(yùn)行時(shí)間為40min，還有船 舶進(jìn)出升船機(jī)的時(shí)間，假設(shè)升船機(jī)每天單線能過(guò)12艘3000t級(jí)以下的船，以下行為例，分別 模擬過(guò)閘貨運(yùn)量為1億到2億噸時(shí)，比較升船機(jī)使用前后的船舶積壓數(shù)量。
[0093] 表6不同過(guò)閘貨運(yùn)量時(shí)升船機(jī)的使用狀況表單位:艘次
[0095]
[0096] 如表6所列，在過(guò)閘貨運(yùn)量為1億噸的情況下，將無(wú)升船機(jī)情況下積壓的數(shù)據(jù)與實(shí) 際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，兩者基本吻合，證明了在此情況下本模型的合理性。
[0097]步驟六、升船機(jī)仿真結(jié)果分析
[0098] (1)當(dāng)過(guò)閘貨運(yùn)量為1億噸時(shí)，使用升船機(jī)比沒(méi)使用升船機(jī)的船舶積壓數(shù)量減少了 80%左右，且基本穩(wěn)定，此時(shí)升船機(jī)利用率不到30%，工作能力未飽和，可有效緩解積壓情 況。
[0099] (2)當(dāng)過(guò)閘貨運(yùn)量達(dá)到1.5億噸時(shí)，船舶流量增幅不大，升船機(jī)利用率在40%-60% 之間，其工作能力還能有效緩解3000噸以下船舶的積壓，因此船舶積壓數(shù)量還控制在較小 的范圍內(nèi)，減幅也基本穩(wěn)定在60%左右。
[0100] (3)當(dāng)過(guò)閘貨運(yùn)量升至2億噸時(shí)，受船舶流量的增長(zhǎng)和船舶大型化的影響，3000噸 級(jí)以上船舶數(shù)量大幅增加，船閘通過(guò)能力十分有限，大型船舶積壓數(shù)量明顯上升。另一方 面，3000噸級(jí)以下船舶數(shù)量也不斷增加，而且船型越來(lái)越復(fù)雜，船舶積壓越來(lái)越明顯。此時(shí)， 升船機(jī)利用率基本達(dá)到100%，其工作能力已經(jīng)飽和。
[0101]步驟七、分析結(jié)果
[0102] 總體來(lái)看，升船機(jī)運(yùn)行的情況良好，其緩解積壓效果隨著過(guò)閘貨運(yùn)量的增加呈遞 減趨勢(shì)，而其利用率則隨貨運(yùn)量增加呈遞增趨勢(shì)，當(dāng)貨運(yùn)量接近2億噸時(shí)，升船機(jī)的利用率 逼近100%，長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷的運(yùn)行會(huì)造成升船機(jī)故障頻發(fā)。升船機(jī)作為緩解船舶積壓的方案 在一定程度上有明顯效果，但假如未來(lái)大型船舶越來(lái)越多及船舶流量增長(zhǎng)過(guò)快，升船機(jī)的 作用就比較有限，無(wú)法解決根本問(wèn)題，亟需新的方案。
[0103] 以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù) 人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。所以，凡依 據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計(jì)思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于仿真的三峽升船機(jī)緩解積壓能力評(píng)價(jià)方法，其特征在于:它包括以下步驟： 51、 數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)： 收集升船機(jī)使用前的若干年的三峽樞紐通航船舶的數(shù)據(jù)，根據(jù)船舶的過(guò)閘規(guī)律對(duì)船舶 進(jìn)行分類，并統(tǒng)計(jì)各年的船舶的類型、數(shù)量、噸位及占比； 52、 建立仿真模型，包括上行系統(tǒng)和下行系統(tǒng)，下行系統(tǒng)從三峽壩上錨地通過(guò)三峽船閘 或升船機(jī)進(jìn)入葛洲壩庫(kù)區(qū)、通過(guò)葛洲壩船閘離開(kāi);上行系統(tǒng)與下行系統(tǒng)流程相反，模塊相 同，均包括： 船舶生成模塊，用于從S1收集的數(shù)據(jù)中按各類船舶到達(dá)規(guī)律進(jìn)行生成船舶； 船舶組織調(diào)度模塊，用于根據(jù)各類船舶在通過(guò)三峽船閘與葛洲壩船閘時(shí)遵循的規(guī)律， 安排船舶過(guò)閘的班次與規(guī)則； 船舶過(guò)閘子模型，包括三峽船閘模塊和葛洲壩船閘模塊，分別用于模擬船舶按照船舶 組織調(diào)度模塊安排的班次和規(guī)則通過(guò)三峽船閘和葛洲壩船閘的過(guò)程； 53、 仿真模型的檢驗(yàn)： 利用S1中升船機(jī)使用前的三峽樞紐通航船舶的數(shù)據(jù)，對(duì)仿真模型進(jìn)行仿真，將仿真后 的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算仿真誤差直至誤差小于預(yù)設(shè)的誤差值； 54、 升船機(jī)仿真： 在仿真模型中補(bǔ)入升船機(jī)模型，升船機(jī)模型用于根據(jù)各類船舶的條件，模擬具備條件 的船舶按照船舶組織調(diào)度模塊安排的班次和規(guī)則從升船機(jī)通過(guò)三峽大壩； 55、 升船機(jī)緩解積壓能力分析： 根據(jù)S1收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行來(lái)船規(guī)律演化分析，將分析結(jié)果作為參數(shù)輸入，并在船舶組織 調(diào)度模塊中設(shè)置升船機(jī)的使用頻率，分析升船機(jī)使用頻率與船舶積壓數(shù)量的對(duì)比。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿真的三峽升船機(jī)緩解積壓能力評(píng)價(jià)方法，其特征在于： 所述的船舶分為客船、商品車(chē)滾裝船、集裝箱船、危險(xiǎn)品船、干散貨船和其他船舶六類;其中 噸位在3000噸以下的客船、商品車(chē)滾裝船、集裝箱船、干散貨船和其他船舶，由船舶組織調(diào) 度模塊根據(jù)升船機(jī)的使用頻率，確定通過(guò)升船機(jī)或船閘通過(guò)三峽大壩;噸位大于3000噸的 客船、商品車(chē)滾裝船、集裝箱船、干散貨船和其他船舶，以及所有危險(xiǎn)品船，由船舶組織調(diào)度 模塊安排船舶過(guò)閘的班次與規(guī)則通過(guò)船閘通過(guò)三峽大壩。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿真的三峽升船機(jī)緩解積壓能力評(píng)價(jià)方法，其特征在于： 所述的S3在仿真時(shí)，輸入?yún)?shù)為:來(lái)船規(guī)律、調(diào)度規(guī)則和船舶在各區(qū)間的航行速度;輸出參 數(shù)為:船舶在系統(tǒng)內(nèi)各模塊花費(fèi)的時(shí)間、各個(gè)處理過(guò)程船舶的排隊(duì)長(zhǎng)度、船舶進(jìn)入系統(tǒng)的數(shù) 量和離開(kāi)系統(tǒng)的數(shù)量;通過(guò)輸出參數(shù)得到船舶積壓時(shí)間和積壓數(shù)量。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿真的三峽升船機(jī)緩解積壓能力評(píng)價(jià)方法，其特征在于： 所述的船舶生成模塊按照船舶到達(dá)規(guī)律擬合正態(tài)分布來(lái)生成船舶。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105868471SQ201610185863
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月29日
【發(fā)明人】張笛, 熊曹豐收, 楊俊佳, 顏鴿, 祝浩堤, 王鴻杰
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué)