提高三峡船闸通航能力的研究

论文摘要

船闸通过能力提高是一个现实存在着的，而且理论上尚不存在成熟解决方法的问题。本研究运用与前人不同的观点、思路和方法，通过优化探讨研究三峡船闸通过能力的提高问题。船闸的实际通过能力不是固定值，并说明有别于其设计值，从而开拓问题解决的思路。有别于固守设计通过能力的不实际比较之中。通过能力供给与需求平衡的思路分析船舶过闸与船闸伺服的相互作用，从而建立提高通过能力的准确的解决方法。有别于动态规划与模拟方法状态辨识或模拟精度的限制。本研究的方法：其一，运用排队论方法，分析船舶过闸随机过程与船闸伺服过程，从而得以建立需求与伺服对应关系：其二，成功地分解船闸伺服过程的控制变量，通过对各个分解变量的优化，达到对伺服过程的流程整体优化控制；其三，根据分解变量的特征，对各个分解变量分别采用不同优化方法：二维离散排序、最短路径(图论)、线性规划优化。在研究思路与解决现实问题方法上，本研究着眼于现实问题，而不是套用固定的模型。从上述观点、思路和方法中，本研究建立了船闸TBC模型，(因数据资源限制)有选择地将TBC分解为船闸闸室平面布局、过闸时间三个控制变量(模型)。建立三个优化目标：通过货载量最大、通过船舶数量最多、通过时间最短。本研究分别建立VASC(VSCAMC，VSCAMV VSCAMT)、DPS模型，通过模拟(缺乏足够估计样本)与优化，计算得到提高船闸通过能力的最优解即船闸运行的控制因素的最优值。由此，推荐船闸最优运行的建议。供参考。本研究从经济学、交通工程、运筹学和工程设计四个层面，分析并探讨船闸通过能力提高问题。本论文内容编排顺序是：背景(为说明区别于自动控制，增加扩大了背景篇幅)、建立总体模型、分解成子模型、估计、在不同目标下优化子模型、优化计算结果、建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 本研究选题背景与创新点
• 1.1 本研究背景
• 1.2 本研究内容
• 1.3 本研究目标及意义
• 1.4 本研究思路与方法
• 1.5 国内外相关最新研究回顾
• 1.5.1 最新研究领域之一：船闸通过能力调度
• 1.5.2 最新研究领域之二：船闸通过能力度量或计量方式
• 1.5.3 最新研究领域之三：平面下料模型与算法
• 1.5.4 最新研究领域之四：有关船闸控制研究的项目情况
• 1.6 本研究创新点
• 第2章 通过能力TBC模型及其分析
• 2.1 三峡通航枢纽通过能力OSC模型简述
• 2.1.1 本研究采用船闸通过能力度量方法
• 2.1.2 三峡通航枢纽整体的通过能力OSC模型图示
• 2.1.3 三峡通航枢纽整体的通过能力OSC模型表述
• 2.1.4 三峡通航枢纽整体的通过能力OSC模型数学注释
• 2.1.5 三峡通航枢纽整体的通过能力OSC模型经济学注释
• 2.2 三峡船闸的通过能力TBC模型
• 2.2.1 船闸通过能力模型的假设
• 2.2.2 船闸通过能力模型的图示
• 2.2.3 船闸通过能力TBC模型表述
• 2.2.4 船闸通过能力TBC模型的通过能力供给参数分解
• 2.2.5 船闸通过能力TBC模型的可行域
• 2.2.6 船闸通过能力TBC模型的注释
• 2.2.7 船闸通过能力 TBC模型的构成
• 2.3 TBC模型子模型之一：闸室船舶布局子模型VASC
• 2.3.1 现有闸室平面布局现状综述
• 2.3.2 闸室船舶布局子模型VASC
• 2.3.3 VASC模型建模说明
• 2.4 TBC模型子模型之二：船队通过船闸时间模型DPS
• 2.5 TBC模型子模型间相互关系
• 2.6 船闸通过能力TBC模型有效性分析
• 2.6.1 TBC模型的变量独立性及其可行域空间
• 2.6.2 TBC模型的变量可导性及其必要条件
• 2.6.3 TBC模型的最优解存在性分析
• 第3章 模型TBC应用－三峡船闸通过能力优化
• 3.1 船闸通过能力TBC模型参数估计
• 3.1.1 采用最小方差回归估计TBC模型参数
• 3.1.2 船闸实际运行数据采样分析
• 3.1.3 船闸TBC模型估计的参数结果
• 3.2 船闸通过能力优化含义与表达式
• 3.3 船闸通过能力优化子模型VASCMC：闸室利用优化
• 3.3.1 VASCMC优化目标：闸室内货载量最大
• 3.3.2 VASCMV优化目标：闸室内船舶最多
• 3.3.3 VASCMT优化目标：闸室内船队通过时间最短
• 第4章 提高三峡船闸通航能力建议及模型应用
• 4.1 三峡船闸通过能力现状模拟与分析
• 4.1.1 三峡船闸通过能力调查案例1及其分析
• 4.1.2 三峡船闸通过能力调查案例2及其分析
• 4.1.3 应用模型对三峡船闸通过能力现状进行模拟
• 4.2 通过货载量最大目标下的船闸控制
• 4.2.1 输入过闸船舶相关信息
• 4.2.2 优化计算布局闸室内船舶
• 4.2.3 入闸前船舶的编队
• 4.2.4 在通过货载量最大目标下的通过能力
• 4.2.5 在通过货载量最大目标下运行的点滴建议
• 4.3 通过船舶最多目标下的船闸控制
• 4.3.1 输入过闸船舶相关信息
• 4.3.2 优化计算布局闸室内船舶
• 4.3.3 入闸前船舶的编队
• 4.3.4 通过船舶最多目标下船闸通过能力
• 4.4 船队过闸时间最短目标下的船闸控制
• 4.4.1 输入过闸船舶相关信息
• 4.4.2 优化计算布局闸室内船舶
• 4.4.3 入闸前船舶的编队
• 4.4.4 在过闸时间最短目标下船闸通过能力
• 4.4.5 在船队过闸时间最短目标下目标下运行的点滴建议
• 4.5 对三峡船闸运行效率评估方法建议
• 4.5.1 设计与实际通过能力比较的目的所在
• 4.5.2 本研究建议的三峡船闸效率定义与评估方法
• 4.5.3 三峡船闸效率与通过能力供需关系效率定义
• 4.5.4 三峡船闸效率与服务水平关系
• 4.6 优化管理船闸的点滴建议
• 4.6.1 正确选择船闸优化目标的建议
• 4.6.2 建立船闸TBC优化控制系统的建议
• 本研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 1 VASCMC子模型优化算法及主要步骤
• 附录 2 VASCMV子模型优化算法及主要步骤
• 附录 3 攻读博士学位期间参加的科研及发表论文情况