三峽-葛洲壩通航調(diào)度的理論研究與工程實(shí)踐

前言

　　三峽工程的修建大大改善了長江中上游航道的通航條件，但不可否認(rèn)的是，隨著長江中上游航運(yùn)的日益繁忙，三峽大壩和葛洲壩必將成為這一水域的通航瓶頸?！笆晃濉逼陂g，在交通運(yùn)輸部計劃投資150億元人民幣實(shí)施的長江黃金水道建設(shè)中，重點(diǎn)推進(jìn)的六大工程就包括三峽過壩運(yùn)輸擴(kuò)能（其他五項(xiàng)工程分別是航道治理、港口建設(shè)、船型標(biāo)準(zhǔn)化、水運(yùn)保障及于支聯(lián)動）。由于三峽大壩和下游的葛洲壩相距不到40kra（普通船只2～4h的航程），兩者構(gòu)成了一個有機(jī)的整體，因此要充分發(fā)揮該水域的航運(yùn)能力，就必須對兩座大壩的通航設(shè)施（包括三峽大壩的雙線五級船閘和目前尚未投入使用的升船機(jī)以及葛洲壩的三線單級船閘）和所有過壩船只實(shí)行統(tǒng)一的通航調(diào)度管理，針對船舶過壩的聯(lián)合通航調(diào)度是這一管理模式中的主要環(huán)節(jié)，而設(shè)計穩(wěn)定高效的調(diào)度算法是實(shí)現(xiàn)聯(lián)合通航調(diào)度穩(wěn)定高效的關(guān)鍵。由于三峽一葛洲壩聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)固有的特性和復(fù)雜性，本書基于“三峽一葛洲壩水利樞紐通航調(diào)度系統(tǒng)工程”項(xiàng)目，借鑒調(diào)度問題上已有的研究工作和通航部門的調(diào)度經(jīng)驗(yàn)，對具體的系統(tǒng)工程問題提出了有效的模型和方法，著力于聯(lián)合通航調(diào)度的數(shù)學(xué)模型、調(diào)度策略、不確定性下的滾動時窗調(diào)度、閘外編排和計劃調(diào)整等問題的研究?！　∪龒{一葛洲壩聯(lián)合通航調(diào)度系統(tǒng)是長江三峽河段上特有的一種內(nèi)河航運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)。本書研究了聯(lián)合通航調(diào)度系統(tǒng)，建立了數(shù)學(xué)模型，定義了目標(biāo)函數(shù)和相應(yīng)的約束條件，將聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型歸結(jié)為一個多目標(biāo)非線性規(guī)劃問題。求解三峽一葛洲壩兩壩聯(lián)合調(diào)度模型就是根據(jù)船舶流序列生成時間表序列。從這個意義上看，這是個時間上的時間表問題。由于船舶需要編排到船閘之中，根據(jù)時間表序列對二維空間（船閘閘室）進(jìn)行排檔（排檔結(jié)果包括船舶在船閘內(nèi)的位置信息），即空間上的裝箱問題。二者耦合在一起是一個非常復(fù)雜的組合優(yōu)化問題，具有強(qiáng)NP一難的復(fù)雜度，并且在實(shí)際的通航調(diào)度系統(tǒng)中變量結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，因此精確優(yōu)化算法是不現(xiàn)實(shí)的。

內(nèi)容概要

本書針對三峽-葛洲壩聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)固有的特性和復(fù)雜性，利用系統(tǒng)工程的理論與方法，建立了聯(lián)合調(diào)度的數(shù)學(xué)模型、集中調(diào)度與分散調(diào)度的數(shù)學(xué)模型、時間表優(yōu)化模型，設(shè)計了混合整數(shù)規(guī)劃算法；從系統(tǒng)角度研究了閘室編排與錨地停靠的關(guān)系，建立了閘外編排的模型與計劃調(diào)整的算法；分析了不確定調(diào)度系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了異步滾動時域調(diào)度策略，利用對來船時間的混沌分析，研究了滾動調(diào)度的周期；提出了將多智能體(MAS)應(yīng)用于通航調(diào)度的算法；研究了三峽-葛洲壩通航調(diào)度系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其改進(jìn)方法。    本書可供交通運(yùn)輸與生產(chǎn)調(diào)度等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員以及管理科學(xué)與工程、系統(tǒng)工程、工業(yè)工程、應(yīng)用數(shù)學(xué)、計算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的師生參考。

書籍目錄

前言第1章  緒論  1.1  目的和意義  1.2  聯(lián)合調(diào)度問題概述  1.3  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀第2章  三峽雙線五級船閘的運(yùn)行與調(diào)度  2.1  三峽雙線五級船閘的運(yùn)行原則  2.2  運(yùn)行方式?jīng)Q策的數(shù)學(xué)描述  2.3  各種運(yùn)行方式可行性的判斷  2.4  船閘編排的數(shù)學(xué)模型  2.5  船閘編排算法設(shè)計  2.6  三峽雙線五級船閘二維可視化仿真第3章  聯(lián)合通航調(diào)度的時間表模型和算法  3.1  三峽-葛洲壩聯(lián)合通航調(diào)度的基本概念  3.2  廣義多壩航運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的船舶過壩聯(lián)合調(diào)度靜態(tài)模型  3.3  基于閘次時間表優(yōu)化的靜態(tài)聯(lián)合通航調(diào)度算法  3.4  閘次時間表優(yōu)化的混合式算法  3.5  實(shí)例分析第4章  聯(lián)合通航調(diào)度的數(shù)學(xué)模型與計劃編制  4.1  計劃編制的需求  4.2  聯(lián)合調(diào)度的數(shù)學(xué)模型  4.3  編排調(diào)度算法設(shè)計  4.4  調(diào)度計劃編制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第5章  聯(lián)合調(diào)度策略的理論分析  5.1  聯(lián)合調(diào)度的策略研究進(jìn)展  5.2  調(diào)度策略模型  5.3  調(diào)度策略分析  5.4  調(diào)度算法  5.5  實(shí)驗(yàn)分析第6章  閘外編排和計劃調(diào)整  6.1  引言  6.2  閘外編排的提出及其原理  6.3  閘外編排的模型及其算法  6.4  閘外編排的實(shí)現(xiàn)  6.5  現(xiàn)場調(diào)度的計劃調(diào)整  6.6  計劃調(diào)整的實(shí)現(xiàn)第7章  兩壩聯(lián)合通航調(diào)度的滾動時域算法  7.1  引言  7.2  滾動時域調(diào)度的基本理論和方法  7.3  聯(lián)合通航調(diào)度滾動時域算法的優(yōu)化模型  7.4  滾動時域內(nèi)調(diào)度子問題的優(yōu)化算法  7.5  異步重調(diào)度策略  7.6  實(shí)例分析  7.7  不確定性條件下的滾動時窗調(diào)度第8章  基于MAS的動態(tài)調(diào)度模型  8.1  MAS的基本概念及在加工制造系統(tǒng)中的應(yīng)用  8.2  動態(tài)聯(lián)合通航調(diào)度MAS模型的特征  8.3  動態(tài)調(diào)度MAS模型的結(jié)構(gòu)  8.4  分布式的調(diào)度計劃編制和調(diào)整  8.5  緩沖區(qū)容量控制第9章  聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析  9.1  圖的建模方法與系統(tǒng)沖量過程的穩(wěn)定性判斷  9.2  沖量穩(wěn)定  9.3  聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)兩壩五閘的穩(wěn)定性分析  9.4  聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)在黃柏河影響下的穩(wěn)定性分析第10章  聯(lián)合通航調(diào)度算法的實(shí)際應(yīng)用  10.1  兩壩聯(lián)合通航調(diào)度系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)  10.2  兩壩聯(lián)合通航調(diào)度的工作流程  10.3  自動編制方式的算法設(shè)計第11章  三峽-葛洲壩水利樞紐通航調(diào)度的管理信息系統(tǒng)  11.1  項(xiàng)目背景  11.2  任務(wù)概述  11.3  三峽-葛洲壩水利樞紐通航調(diào)度系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計  11.4  管理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)語參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　本書的材料來源于長江三峽通航管理局（簡稱為三峽局）的“三峽一葛洲壩水利樞紐通航調(diào)度系統(tǒng)工程（專業(yè)軟件研究與應(yīng)用）”項(xiàng)目的研究總結(jié)。　　交通運(yùn)輸包括公路、鐵路、航空、水路運(yùn)輸?shù)?，近年來，公路、鐵路、航空都得到了長足的發(fā)展，關(guān)于公路、鐵路、航空運(yùn)輸?shù)墓芾硌芯砍晒脖容^豐富，水路運(yùn)輸由于其成本低、噪聲小、污染少等優(yōu)點(diǎn)在交通運(yùn)輸體系中起著舉足輕重的作用，然而關(guān)于水路運(yùn)輸管理尤其是內(nèi)河航運(yùn)管理的成果還比較少見[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，許多內(nèi)河船閘的通過量已大大超過船閘設(shè)計通過能力。目前，解決船閘擁擠狀況的途徑有兩條：一是粗放型外張方式，通過建設(shè)復(fù)線船閘甚至三線船閘增加船閘規(guī)模來增加過閘船舶的數(shù)量；二是集約型內(nèi)斂方式，即通過加強(qiáng)對船閘運(yùn)行調(diào)度的管理，提高船閘的運(yùn)行效率，以達(dá)到減少船舶待閘時間、增加過閘船舶數(shù)量的目的。由于第一種方式不僅投資巨大，而且將占用大量的土地資源，目前多采用第二種方式。因此，通過運(yùn)用一些先進(jìn)技術(shù)手段來提高船閘的航運(yùn)通過能力是實(shí)現(xiàn)船閘優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這一問題的有效解決對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會安全具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

編輯推薦

　　本書從聯(lián)合調(diào)度的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，對兩壩的調(diào)度策略進(jìn)行深入的分析和探討，得出更加有效可行的調(diào)度策略，通過對不確定問題(船舶流的隨機(jī)到達(dá)和調(diào)度計劃執(zhí)行中的不確定性)進(jìn)行混沌時間序列分析，得出滾動時窗調(diào)度，從全流程調(diào)度的角度，提出了閘外編排和計劃調(diào)整來幫助調(diào)度人員更好地現(xiàn)場調(diào)度，最后給出系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和調(diào)度系統(tǒng)的工程實(shí)例。

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