基于元胞自動機的水運樞紐運輸組織研究.pdf

1、近年來，內(nèi)河運輸憑借其成本低、能耗低、污染少、占地省的優(yōu)勢逐漸在國民經(jīng)濟中扮演著越來越重要的角色，內(nèi)河航運運輸需求不斷攀升。與此同時，由于當年工程設(shè)計水平的局限性，使得部分水運樞紐船閘實際運行效率遠未達到設(shè)計水平，這一尷尬現(xiàn)實導(dǎo)致部分水運樞紐船閘通過能力不足的問題日益突出。特別是在大霧等自然條件的影響下，內(nèi)河航段船舶擁堵現(xiàn)象更為嚴重。因此，本文以三峽樞紐為對象，研究三峽樞紐在常規(guī)條件下船舶流在過壩時的特征、不同翻壩方案選擇時船舶流的走向

2、和大霧等自然天氣影響下的安全距離等問題，將水上交通的特點與傳統(tǒng)道路交通流理論結(jié)合起來，利用元胞自動機原理構(gòu)建模擬模型，從而優(yōu)化三峽樞紐的運輸組織模式，使得當前三峽樞紐運輸組織更趨科學(xué)、合理、有序，最大程度上提高船閘的綜合通過能力及利用率，為內(nèi)河運力的發(fā)展解除后顧之憂。論文主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　 1)將道路交通流的傳統(tǒng)定義與船舶流的相似點相結(jié)合，提出了船舶交通流的定義，并分析了船舶交通流的三個關(guān)鍵要素；從元胞自動機的基本理

3、論出發(fā)，以整個水運樞紐系統(tǒng)為對象介紹了元胞自動機四大基本元素-元胞、元胞空間、鄰居和演化規(guī)則的基本概念和在本文中的設(shè)定，為構(gòu)建復(fù)雜的元胞自動機模型理清思路和奠定基礎(chǔ)。
　　 2)分析了多個船舶領(lǐng)域模型的構(gòu)成與特點，相互比較后選取適用于元胞自動機建模的藤井模型做為本文船舶領(lǐng)域的基礎(chǔ)模型，并將其引入以N-S模型為基礎(chǔ)的跟馳模型和換道模型中，通過改進原有加、減速規(guī)則得到了符合船舶交通流特點的考慮船舶領(lǐng)域影響的水上單通道和多通道CA改進

4、模型。水上單通道CA模型以跟馳模型為基礎(chǔ)，將船頭距的大小作為后方船舶是否加減速的決定因素；水上多通道CA模型以換道模型為基礎(chǔ)，分析后方船舶在追越過程中追趕、并行、超越三階段船間距對加、減速的決定作用。
　　 3)在分析了三峽庫區(qū)過閘的現(xiàn)狀和存在問題的基礎(chǔ)上，分別研究雙向船閘和考慮升船機在內(nèi)的三通道過閘運輸組織方式，結(jié)合高速公路船閘模型、升船機適用條件和船舶過閘調(diào)度原理，構(gòu)建了水運樞紐過閘運輸組織模型；另外將排隊論與元胞自動機結(jié)合

5、構(gòu)建了基于排隊論的元胞自動機模型。
　　 4)以三峽翻壩公路為研究背景，分析現(xiàn)行翻壩運輸?shù)奶攸c和不同翻壩方案的走向，以還原船舶流流向為根本出發(fā)點，構(gòu)建了翻壩運輸組織模型；并研究在陸-水翻壩過程中，滾裝船匯入主航道對行進中的船舶造成的影響，構(gòu)建了翻壩陸-水入口模型。
　　 5)通過分析霧情對三峽庫區(qū)船舶運輸?shù)挠绊?，研究并得出了船舶運輸組織方式在相應(yīng)情況下的特征函數(shù)，結(jié)合現(xiàn)有船舶運輸組織方式，構(gòu)建了霧航限速元胞自動機模型。在

6、霧情影響下，主要考慮了駕駛員視距對前方船舶行為反應(yīng)的延遲影響和船舶突然進入霧區(qū)采取制動后的船舶運動狀態(tài)。
　　 本文將航道劃分成若干網(wǎng)格、船舶看做元胞在網(wǎng)格上移動，從新的視角對水運樞紐區(qū)域運輸組織中的船舶跟馳、船舶追越、船舶過閘、船舶翻壩等微觀行為進行模擬，不僅拓展了元胞自動機理論的應(yīng)用范圍，更深化和完善了水運運輸組織優(yōu)化理論，為水運樞紐區(qū)域運輸組織優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)，對減少船舶過閘排隊時間，提高水運樞紐綜合通過能力具有現(xiàn)實意義。