[发明专利]一种多线并列船闸联合调度模拟及分析方法

摘要

本发明公开了一种多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，包括以下步骤：一）确定船闸联合调度模拟的初始条件；二）确定航行路线和潜在冲突区位置；三）建立船闸运行状态数学模型；四）建立船队运动数学模型；五）船闸运行效率以及冲突区交通状况分析。本发明将船舶过闸调度视为船闸和船舶两个对象的运行问题，并以此来构建船闸运行状态数学模型和船队运动数学模型，两个模型利用调度条件来进行相互约束，用于多线并列船闸运行状态和航行冲突区交通状况分析时，可以计算分析多线并列船闸联合调度过程中，船闸与船闸、船闸与船舶、船舶与船舶间的相互影响，为多线并列船闸联合调度过程中的交通组织提供可靠的参考依据。

主权项

一种多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，其特征在于，包括以下步骤：一）确定船闸联合调度模拟的初始条件，包括航路条件、船舶调度条件和船闸运行条件；1）航路条件为：根据多线并列船闸上、下游锚地间的通航水流条件情况、船闸口门区及连接段的航路交叉情况，以及其它通航限制性因素，确定多线并列船闸上、下游锚地间船舶的定线制方案，以及在该方案下，船舶潜在的航线交叉方式；2）基本的船舶调度条件为：由远及近从靠船设施上向多线并列船闸逐级调度；3）船闸的运行条件为：在满足安全性要求的条件下，将船闸的运行看作是一个连续的过程，该过程包括10个状态，即开下闸门、下行出闸、上行进闸、关下闸门、灌水、开上闸门、上行出闸、下行进闸、关上闸门和泄水；但是在下列条件下，需要延迟上闸门和下闸门的开启：①共用引航道的另一个船闸已经开门；②共用引航道的另一个船闸处于出闸状态；③共用引航道的另一个船闸处于进闸状态；④该船闸对应的靠船段处于补船状态；⑤共用引航道的另一个船闸对应的靠船段处于补船状态；二）确定航行路线和潜在冲突区位置根据步骤一）确定的航路条件，进一步确定多线并列船闸上、下游锚地间船舶的进出闸航行路线，每个船闸上、下游的进闸航行路线和出闸航行路线各为一条连续的多段线；将船舶的逐级调度过闸过程看作是一种在固定航行路线上的运动过程，船舶运动过程中的位置由该船舶与其对应船闸间的距离确定，根据该种方法，给出由于航线交叉所形成的潜在冲突区距离各船闸的位置；三）建立船闸运行状态数学模型由步骤一）确定的船舶调度条件和船闸运行条件，建立以船闸运行条件和船舶调度条件为约束的船闸运行状态数学模型： f ( t 0 + t 1 + t 2 ) = R ( i ) ( t 2 < t R ( i ) ) R ( i + 1 ) ( t 2 > = t R ( i ) , i + 1 < = n ) R ( 0 ) ( t 2 > = t R ( i ) , i = n ) 其中f(t0+t1+t2)为时间t0+t1+t2时刻船闸的状态；t0为前一个状态结束时模型已运行的时间；t1为目前状态等待的时间；t2为目前状态运行的时间；i为状态的序号，n为序号的最大值；R(i)为处于第i状态；tR(i)为第i状态应持续的时间；船闸运行过程 分为10个状态，状态序号i=0，1，2，3，4，5，6，7，8，9；四）建立船队运动数学模型根据步骤一）确定的船舶调度条件和步骤二）确定的航行路线，建立船队运动数学模型： f ( k ) = L ( j ) + k × V ( j ) ( k < ( L ( j + 1 ) - L ( j ) ) / V ( j ) ) L ( j + 1 ) ( k > = ( L ( j + 1 ) - L ( j ) ) / V ( j ) ) 其中f(k)为船队运动k时间的位置函数；k为船队已经运动的时间；L(j)为船队起始位置到船闸的距离；L(j+1)为船队的目标位置到船闸的距离；V(j)为船队在该航段的航速；j为目标位置的序号；五）船闸运行效率以及冲突区交通状况分析根据步骤三）得到模拟过程中船闸目前状态等待的时间t1，将每次即将变换状态时的t1记做t1max，为每闸次每个状态等待的时间；将模型所有时间变量的单位与模型计算采用的步长保持一致，通过统计P(t)连续为1的时间来得到每次交通流冲突所持续的时间，同时根据下式计算在模拟时间内，每种冲突方式下船舶交通流冲突的总时间：T1=∑t1max其中，T1为模拟时间内各船闸等待的时间之和，在相同的模拟时间内，T1的数值越大，船闸的运行效率越低；根据步骤四）得到船舶在每个时刻的位置，结合步骤二）确定的冲突区位置，判断各时刻可能产生冲突的两个船队的交通流状态，分别为p1(t)、p2(t)，当t时刻船队位于冲突区范围内时，为1，否则为0；每种船舶潜在的航线交叉方式下，t时刻冲突区是否存在冲突可由下述条件确定：P(t)=p1(t)×p2(t)在模拟时间内，每种冲突方式下船舶交通流冲突的总时间由下式计算：T2=∑p(t)其中T2为每种冲突方式下船舶交通流冲突的总时间；在相同的模拟时间内，T2的数值越大，冲突区的交通状况越差。