基于元胞自動(dòng)機(jī)的水運(yùn)樞紐運(yùn)輸組織研究.pdf

1、近年來，內(nèi)河運(yùn)輸憑借其成本低、能耗低、污染少、占地省的優(yōu)勢(shì)逐漸在國民經(jīng)濟(jì)中扮演著越來越重要的角色，內(nèi)河航運(yùn)運(yùn)輸需求不斷攀升。與此同時(shí)，由于當(dāng)年工程設(shè)計(jì)水平的局限性，使得部分水運(yùn)樞紐船閘實(shí)際運(yùn)行效率遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)水平，這一尷尬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)致部分水運(yùn)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(yán)重。因此，本文以三峽樞紐為對(duì)象，研究三峽樞紐在常規(guī)條件下船舶流在過壩時(shí)的特征、不同翻壩方案選擇時(shí)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(diǎn)與傳統(tǒng)道路交通流理論結(jié)合起來，利用元胞自動(dòng)機(jī)原理構(gòu)建模擬模型，從而優(yōu)化三峽樞紐的運(yùn)輸組織模式，使得當(dāng)前三峽樞紐運(yùn)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(yùn)力的發(fā)展解除后顧之憂。論文主要研究?jī)?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(diǎn)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(gè)關(guān)鍵要素；從元胞自動(dòng)機(jī)的基本理

3、論出發(fā)，以整個(gè)水運(yùn)樞紐系統(tǒng)為對(duì)象介紹了元胞自動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)模型理清思路和奠定基礎(chǔ)。
　　 2)分析了多個(gè)船舶領(lǐng)域模型的構(gòu)成與特點(diǎn)，相互比較后選取適用于元胞自動(dòng)機(jī)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(jìn)原有加、減速規(guī)則得到了符合船舶交通流特點(diǎn)的考慮船舶領(lǐng)域影響的水上單通道和多通道CA改進(jìn)

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(duì)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(jī)在內(nèi)的三通道過閘運(yùn)輸組織方式，結(jié)合高速公路船閘模型、升船機(jī)適用條件和船舶過閘調(diào)度原理，構(gòu)建了水運(yùn)樞紐過閘運(yùn)輸組織模型；另外將排隊(duì)論與元胞自動(dòng)機(jī)結(jié)合

5、構(gòu)建了基于排隊(duì)論的元胞自動(dòng)機(jī)模型。
　　 4)以三峽翻壩公路為研究背景，分析現(xiàn)行翻壩運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)和不同翻壩方案的走向，以還原船舶流流向?yàn)楦境霭l(fā)點(diǎn)，構(gòu)建了翻壩運(yùn)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(duì)行進(jìn)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(duì)三峽庫區(qū)船舶運(yùn)輸?shù)挠绊?，研究并得出了船舶運(yùn)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(yùn)輸組織方式，構(gòu)建了霧航限速元胞自動(dòng)機(jī)模型。在

6、霧情影響下，主要考慮了駕駛員視距對(duì)前方船舶行為反應(yīng)的延遲影響和船舶突然進(jìn)入霧區(qū)采取制動(dòng)后的船舶運(yùn)動(dòng)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(dòng)，從新的視角對(duì)水運(yùn)樞紐區(qū)域運(yùn)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(jìn)行模擬，不僅拓展了元胞自動(dòng)機(jī)理論的應(yīng)用范圍，更深化和完善了水運(yùn)運(yùn)輸組織優(yōu)化理論，為水運(yùn)樞紐區(qū)域運(yùn)輸組織優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)減少船舶過閘排隊(duì)時(shí)間，提高水運(yùn)樞紐綜合通過能力具有現(xiàn)實(shí)意義。