一种协调内河干支流航道网区域多船闸联合调度方法技术

本发明专利技术提供一种协调内河干支流航道网区域多船闸联合调度方法，包括获取内河干支流航道网多船闸要素信息；基于获取的内河干支流航道网多船闸要素信息，建立内河干支流航道网区域船闸联合调度的混合整数线性规划模型；对建立的内河干支流航道网区域船闸联合调度的混合整数线性规划模型进行求解；根据求解结果，提供船舶通过内河干支流航道网区域多船闸的最优调度方案。本发明专利技术充分考虑内河干支流航道纵横交错的地理特征和船闸分布密集等特点，从全局调度的角度建立模型，更符合实际情况，解决了内河干支流航道网区域多船闸联合调度不统一、不协调的问题，为船闸运调管理部门提供船舶过闸计划的辅助决策，大大改善以往仅依靠人工经验的低效调度模式。人工经验的低效调度模式。人工经验的低效调度模式。

【技术实现步骤摘要】
一种协调内河干支流航道网区域多船闸联合调度方法


[0001]本专利技术涉及内河航运交通组织
，具体而言，尤其涉及一种协调内河干支流航道网区域多船闸联合调度方法。

技术介绍

[0002]内河航运是综合运输体系和水资源综合利用的重要组成部分，在促进流域经济发展、优化产业布局、服务对外开放等方面发挥重要作用。我国长江水系、京杭运河等；美国密西西比河等在经济运输发展中承担了重要角色。近年来，随着“海河联运”内河水运优势的不断扩大，内河航道运输量逐年增长。我国内河水运主航道“一纵两横”总体布局规划的实施，形成干支相连的航道网络，各支流与长江、京杭大运河入江主航道相连，一大批通航枢纽还将不断投运。船闸作为内河航道的重要通航设施，在改善航道，提高航道运输能力方面起着关键作用，然而，船闸的建设也阻隔了上下游水流的自然联通，造成巨大的水位落差，导致船舶通过船闸需要消耗一定时间，当到闸船舶增多时，船舶还需排队等待过闸。由于船舶过闸交通组织复杂多变，且船闸管理主体不同、运行规则不同、信息不共享，不能做到区域船闸联合调度，导致船舶过闸效率低下、船闸通过能力降低，甚至发生船舶滞航，成为内河交通运输的瓶颈。因此，为了破除船闸管理各自为政的体制机制障碍，提高船闸过闸效率，增强船闸通过能力，提升船闸服务水平，减少运营管理人员，节约管理成本，有效应对船舶拥堵等突发事件，实现船闸运调中心“信息共享、远程集控、统一调度”的船闸运营管理新模式，急需一种内河干支流航道网船闸联合调度方法。
[0003]目前对于内河干支流航道网船闸联合调度方案设计方法尚未见诸报道，已有的方法只能解决单级单线船闸调度、多梯级多线船闸调度，两级船闸调度且其中一个船闸的闸室只能提供单向过闸服务。据调查，江苏省作为航道里程和密度全国第一、港口通过能力和吞吐量是全国第一的港航大省。至2035年，全省干线航道网形态上呈“两纵五横”布局，形成以长江干线、京杭运河为核心，三级及以上航道为骨干，达海、通江、联网、互通的千吨级干线航道网。目前江苏省内共有船闸50座，已建成了规模较大、运输繁忙的多梯级多线船闸系统。2020年，全省交通船闸50座，共开启58.5万闸次，累计运行47.7万小时，过闸船舶309.3万艘次，过闸货物量达22.2亿吨，每座船闸日均开启18.5闸次。

技术实现思路

[0004]根据上述提出现有内河干支流航道网船闸联合调度“不统一、不协调”船舶过闸时间长的技术问题，提供一种协调内河干支流航道网区域多船闸联合调度方法。本专利技术通过对我国内河干支流航道网船闸实际分布情况进行分析，干支流航道网纵横交错，船闸分布密集等特点，在此基础上设计一种内河干支流航道网船闸联合调度模型，最终目的为减少整体船舶过闸时间和提高闸室面积利用率，为船闸调度人员和船员提供可靠的闸次计划、闸室排挡、拟过闸室等过闸调度指令和预计调度时间等，实现内河航道干支流网络船闸联合调度、提高船闸运行效率和过闸服务水平。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种协调内河干支流航道网区域多船闸联合调度方法，包括：
[0007]获取内河干支流航道网多船闸要素信息；
[0008]基于获取的内河干支流航道网多船闸要素信息，建立内河干支流航道网区域船闸联合调度的混合整数线性规划模型；
[0009]对建立的内河干支流航道网区域船闸联合调度的混合整数线性规划模型进行求解；
[0010]根据求解结果，提供船舶通过内河干支流航道网区域多船闸的最优调度方案。
[0011]进一步地，所述获取内河干支流航道网多船闸要素信息，包括：
[0012]由干流航道、支流航道多个河段组成，并由多个船闸连接，多个船闸设于干支流航道，且在干流航道船闸上下游依次设置，支流航道设置一处船闸，船闸包括多个闸室，多个闸室并行设于航道中，且闸室为相互独立结构，上下游方向闸次交替使用，根据船舶的航行路线，选择从相应的节点通过，不仅仅是单一航道上下游两个方向的进出口。
[0013]进一步地，所述基于获取的内河干支流航道网多船闸要素信息，建立内河干支流航道网区域船闸联合调度的混合整数线性规划模型，包括：
[0014]以船舶过闸总时间最小和闸室面积利用率最大为目标，构建目标函数，如下：
[0015][0016][0017]优化目标其中，λ1,λ2分别为子目标F1,F2的权重系数，0≤λ1,λ2≤1,且λ1+λ2＝1；
[0018]根据船舶与闸室闸次的时间变化和空间转移关系，构建船舶与闸次的时间约束和空间约束，如下：
[0019][0020]其中，上述约束条件确保船舶在其各自闸次开始时间之前到达船闸；
[0021][0022]其中，上述约束条件确保船舶在计划离开时间截止之前离开船闸；
[0023]z(s,l,c,k)
·
[δ(l,c,k)
‑
ETA
s
]≤ε
max
[0024]其中，上述约束条件规定船舶极限待闸时间；
[0025][0026]其中，上述约束条件确保上下游方向闸次交替使用；
[0027][0028][0029]其中，上述约束条件确保同一闸次的船舶过闸方向相同；
[0030][0031]上述约束条件确保同一闸室相邻闸次开始时间限制；
[0032][0033]上述约束条件确保船舶过闸计划期内，一艘船舶最多被某一闸室的某一次闸次服务；
[0034][0035]上述约束条件确保船舶过闸计划期内，在需要通过船闸的每个闸次开始时间之前到达船闸；
[0036]根据船舶和闸室内的空间关系，构建闸室排挡的约束，如下：
[0037][0038]其中，上述约束条件规定某一闸次的船舶面积总和不能超过闸室面积；
[0039]z(s,l,c,k)
·
d
i
＜D
c
[0040]其中，上述约束条件规定某一闸次的船舶吃水不超过闸室水深；
[0041]0≤z(s
i
,l,c,k)
·
x
s,l,c,k
≤z(s
i
,l,c,k)
·
(L
c
‑
l
i
)
[0042]0≤z(s
i
,l,c,k)
·
y
s,l,c,k
≤z(s
i
,l,c,k)
·
(W
c
‑
w
i
)
[0043]其中，上述约束条件规定每艘船舶都不能超出其服务闸室的范围；
[0044][0045]其中，上述约束条件确保同一闸室船舶2在船舶1前面；
[0046][0047]其中，上述约束条件确保同一闸室船舶2在船舶1后面；
[0048][0049]其中，上述约束条件确保同一闸室船舶2在船舶1左面；
[0050][005本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种协调内河干支流航道网区域多船闸联合调度方法，其特征在于，包括：获取内河干支流航道网多船闸要素信息；基于获取的内河干支流航道网多船闸要素信息，建立内河干支流航道网区域船闸联合调度的混合整数线性规划模型；对建立的内河干支流航道网区域船闸联合调度的混合整数线性规划模型进行求解；根据求解结果，提供船舶通过内河干支流航道网区域多船闸的最优调度方案。2.根据权利要求1所述的协调内河干支流航道网区域多船闸联合调度方法，其特征在于，所述获取内河干支流航道网多船闸要素信息，包括：由干流航道、支流航道多个河段组成，并由多个船闸连接，多个船闸设于干支流航道，且在干流航道船闸上下游依次设置，支流航道设置一处船闸，船闸包括多个闸室，多个闸室并行设于航道中，且闸室为相互独立结构，上下游方向闸次交替使用，根据船舶的航行路线，选择从相应的节点通过，不仅仅是单一航道上下游两个方向的进出口。3.根据权利要求1所述的协调内河干支流航道网区域多船闸联合调度方法，其特征在于，所述基于获取的内河干支流航道网多船闸要素信息，建立内河干支流航道网区域船闸联合调度的混合整数线性规划模型，包括：以船舶过闸总时间最小和闸室面积利用率最大为目标，构建目标函数，如下：以船舶过闸总时间最小和闸室面积利用率最大为目标，构建目标函数，如下：优化目标其中，λ1,λ2分别为子目标F1,F2的权重系数，0≤λ1,λ2≤1,且λ1+λ2＝1；根据船舶与闸室闸次的时间变化和空间转移关系，构建船舶与闸次的时间约束和空间约束，如下：其中，上述约束条件确保船舶在其各自闸次开始时间之前到达船闸；其中，上述约束条件确保船舶在计划离开时间截止之前离开船闸；z(s,l,c,k)
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其中，上述约束条件规定船舶极限待闸时间；其中，上述约束条件确保上下游方向闸次交替使用；其中，上述约束条件确保上下游方向闸次交替使用；
其中，上述约束条件确保同一闸次的船舶过闸方向相同；上述约束条件确保同一闸室相邻闸次开始时间限制；上述约束条件确保船舶过闸计划期内，一艘船舶最多被某一闸室的某一次闸次服务；上述约束条件确保船舶过闸计划期内，在需要通过船闸的每个闸次开始时间之前到达船闸；根据船舶和闸室内的空间关系，构建闸室排挡的约束，如下：其中，上述约束条件规定某一闸次的船舶面积总和不能超过闸室面积；z(s,l,c,k)
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)其中，上述约束条件规定每艘船舶都不能超出其服务闸室的范围；其中，上述约束条件确保同一闸室船舶2在船舶1前面；其中，上述约束条件确保同一闸室船舶2在船舶1后面；其中，上述约束条件确保同一闸室船舶2在船舶1左面；其中，上述约束条件确保同一闸室船舶2在船舶1右面；其中，上述约束条件可以通过阶跃函数转换成单一约束；上述约束条件描述变量的类型和范围具体为：s∈S表示船舶集合，表示船闸集合，D
s
＝{d
s,1
,...d
s,n
}表示船舶通过每个航段的距离集合，V
s
＝{v
s,1
,...v
s,n
}表示船舶航行在每个航段的速...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新宇，王昊，郭文强，李元奎，姜玲玲，李润佛，木孟锋，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：