一种多线并列船闸联合调度模拟及分析方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，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。本专利技术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。【专利说明】
本专利技术属于水运交通领域，特别涉及一种船闸交通组织仿真模型。
技术介绍
船闸是天然河流梯级渠化工程广泛采用的一种通航设施，对促进我国内河航道等级的提升，保障高等级航道网建设的顺利推进发挥了重要作用。以往由于航道条件的制约，内河货运量少，枢纽建设的大多为单线船闸，双线和多线并列船闸少，布置也多采用独立型式，如葛洲坝三座船闸分开布置，I号船闸位于大江右岸，2号船闸位于三江右岸、3号船闸位于三江左岸。由于各船闸的航路独立，运行时的相互干扰小，交通组织相对简单。近年来，随着我国经济的快速发展，内河货运量迅速增长，在主要的水运通道上正进行广泛的船闸扩能工作，多线并列船闸逐渐增多，甚至出现了并列的四线船闸。在多线船闸并列布置时，由于各船闸的航路存在交叉，进出各船闸的船舶间存在相互干扰，给船舶的航行造成了潜在的安全隐患，交通组织问题相对复杂。同时，与运河相比，天然河流中船舶航行受水流条件影响较大、船舶航行受控性相对较差，且船型较为复杂，也增加了船闸交通组织的难度。对于船闸的交通组织问题，一般采用仿真软件通过构建仿真模型来进行研究。不过在以往的研究中，由于船闸的交通流简单，研究更多地关注闸室的排挡问题，很少关注多线并列船闸的多级调度问题，更没有涉及到船闸附近的交通流冲突问题。同时，在以往的船闸交通组织仿真中，一般采用基于事件过程的方法，船舶的调度过程与船闸的运行过程都同时包含在一个模型中，模型的体系复杂，也增加了模型调试及修改工作的难度。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供，该方法能够模拟多线并列船闸的多级调度，再现调度过程中船闸附近的交通流冲突，从而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，并且该方法的模型体系简单，便于调试和修改。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术航路规则是:，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；I)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该船闸对应的靠船段处于补船状态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:【权利要求】1.，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该船闸对应的靠船段处于补船状态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: 2.根据权利要求1所述多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，其特征在于，通过调整锚地的发船时机，来改善冲突区交通状况，或是进一步调整船闸运行条件和船舶调度条件，来提高船闸运行效率及改善冲突区交通状况。3.根据权利要求1所述多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，其特征在于，在所述步骤三)中，船闸运行的状态按实际运行顺序进行排序。4.根据权利要求1所述多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，其特征在于，在所述步骤四)中，将船队的起始位置和目标位置分别设定在不同的靠船设施上。5.根据权利要求1所述多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，其特征在于，在所述步骤四)中，船队的起始位置和目标位置按距离船闸的远近依次进行排序。【文档编号】G06F17/50GK103559367SQ201310576938【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日 【专利技术者】张明, 冯小香, 李旺生, 郝品正, 普晓刚, 郝媛媛, 孔宪卫 申请人:交通运输部天津水运工程科学研究所, 天津水运工程勘察设计院本文档来自技高网...

【技术保护点】
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(t0+t1+t2)=R(i)(t2<tR(i))R(i+1)(t2>=tR(i),i+1<=n)R(0)(t2>=tR(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。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，冯小香，李旺生，郝品正，普晓刚，郝媛媛，孔宪卫，
申请(专利权)人：交通运输部天津水运工程科学研究所，天津水运工程勘察设计院，
类型：发明
国别省市：