（管理科学与工程专业论文）江苏省船闸优化调度模型研究.pdf

摘要 加强对船闸运行调度的管理，提高船闸的运行效率是解决船闸拥挤状况的集 约型的途径。 本文在对汀苏省省属航道部门管理的5 4 序船闸进行统计分析的基础上，指 出了船闸运行在硬件、软件方面存在的问题。并将地域分布比较广泛的单线船闸 作为研究对象，根据船回运行渊度流程及相关业务规则，设计了船舶排队队列及 船舶过问顺序的原则，提出将船舶按照特大型、大型、中型、小型设立排队队列， 并提出了极限等待时间的概念。在此基础上，构建了单线船闸优化调度的动态模 型和静态模型。动态模型是按闸次进行优化，在提出每一闸室的组合方案后，根 据船舶到达情况，立即对当前排队等候的船舶集合进行“动态”调整，根据调整 后的新的排队等候的船舶集合提出下一闸闸室组合优化方案。静态模型是按时段 进行优化，将每天2 4 小时按照船舶的到达密度状况分成若干时段，在每一时段 终点依据该时段内的船舶集合提出闸室船舶组合优化方案。 本文最后运用动态模型对泰州船闸( 单线船闸) 进行实证分析，对抽取的一 天的过闸船舶基本资料进行统计整理，运用动态模型对该天的船闸运行凋度进行 优化进行分析。结果证明船闸的平均闸室利用率、船舶甲均待闸时问、一天内放 行的总的闸次数均有不同程度的优化，船闸的运行调度效率得到提高。 关键词：单线船闸运行调度优化动态模型静态模型 a b s t r a c t i ti sa ni n t e n s i v ew a yf o rs o l v i n gt h ep r o b l e m so f c r o w d e d s h i p l o c kt os t r e n g t h e n i t sm a n a g e m e n ta n de f f i c i e n c yo f r u n n i n g & s c h e d u l i n g b a s e do nt h es t a t i s t i ca n a l y z i n go f t h e5 4s h i p l o c k sw h i c ha r ei nt h ec h a r g eo f t h e w a t e r w a yd e p a r t m e n to fj i a n g s up r o v i n c e ，p r o b l e m se x i s t e db o t hi nt h eh a r d w a r ea n d s o f t w a r ea r ep o i n t e do u t ，f o c u s e do nt h es i n g l el i n es h i p l o c k ，t h er u l e sf o rs h i p s q u e u i n ga n dt h eo r d e ro ft h es h i p sp a s s i n gt h r o u g ht h es h i p l o c k sa r ed e s i g n e d a c c o r d i n gt ot h ep r o c e s so ft h es h i p l o c k s r u n n i n g & s c h e d u l i n g s h i p sa r ed i v i d e d i n t of o u rt y p e sw h i c ha r ee x t r e m e l yl a r g e s i z e d ，l a r g e - s i z e d 、m e d i u m s i z e da n d s m a l l s i z e da n dt h e ys h o u l dq u e u ei nd i f f e r e n tl i n e sa c c o r d i n gt ot h e i rt y p e s a n dt h e d e f i n i t i o no f w a i t i n gt i m el i m i t i sp r o p o s e d a f t e rt h a t ，b o t hd y n a m i cm o d e la n d s t a t i cm o d e la r ed e s i g n e df o rt h es i n g l el i n es h i p l o c kt oo p t i m i z ei t sr u n n i n g & s c h e d u l i n g t h ed y n a m i cm o d e li st oo p t i m i z et h er u n n i n g & s c h e d u l i n ga c c o r d i n g t oe a c hl o c k a g e w h e nt h ec o m b i n a t i o ns c h e m ei s p r o p o s e d ，t h es h i p sw a i t i n g c u r r e n t l yw i l lb er e g u l a t e dd y n a m i c a l l ya c c o r d i n gt ot h es h i p sa r r i v e d a n dt h e c o m b i n a t i o ns c h e m ew i l lb ep r o p o s e da c c o r d i n gt ot h en e ww a i t i n gq u e u e t h es t a t i c m o d e li st oo p t i m i z et h er u n n i n g & s c h e d u l i n ga c c o r d i n gt oe a c hp e r i o do ft i m e 2 4 h o u r sa r ed i v i d e di n t om a n yp e r i o d sb a s e do nt h ed e n s i t yo ft h es h i p s ，t h e o p t i m i z e dc o m b i n a t i o ns c h e m ei sp r o p o s e da tt h ee n do f e a c hp e r i o da c c o r d i n gt ot h e g a t h e r i n go ft h es h i p s f i n a l l y , t h ed y n a m i cm o d e li sp u ti n t op r a c t i c ea c c o r d i n gt ot h ed a t ao fac e r t a i n p e r i o do f t i m ei nt a i z h o us h i p l o c k ( as i n g l e - l i n es h i p l o c k ) ，a n dt h er e s u l ts h o w st h a t a f t e ro p t i m i z a t i o n ，t h ea v e r a g eu t i l i z a t i o no f t h ec h a m b e r s 、t h ea v e r a g e w a i t i n gt i m et o t h ew a i t i n gs h i p sa n dt h et o t a ll o c k a g ea r ca l l i m p r o v e dt os o m ee x t e n t ，a n dt h e e f f i c i e n c yo f t h es h i p l o c k sr u n n i n ga n ds c h e d u l i n gi se n h a n c e d k e yw o r d s ：- s i n g l e a i n es _ h i p l o c k ；r u i m i n 幽c b _ d l 出血g ；叩t 曲i z f 血噼咖a i n i c - r n o d e l ； s t a t i cm o d e l 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工 作的同事对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：- _ 兹主址知1 年 月f r 日 i 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术 期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权 河海夫学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 强! ：整m 年；月f j 日 i yr f 海大学硕i 学位沦文 江苏省船闸优化调度模型研究 1 - 1 研究背景与研究意义 第1 章绪论 交通运输业是困民经济的基础，实践证明，没有发达的交通，就没有发达的 经济。水运作为交通运输系统的个_ 了系统，具有运距长、成本低、运量大等优 点，水运业为t 业生产一的快速发展提供 条件和基础，推动了现代化的建设。 在内河航运中，航道是水运的基础殴施，船闸是航道的咽喉。由于天然河道 大都水深不够，滩多流急，航道多变，需要在河道匕修建一系列闸坝，抬高水位、 淹没险潍、增加航道水深改善提高通航条件。船闸就是为了克服修建闸坝后形成 的水位差，一1 船闸问室水位的升降变化使船舶通过闸坝，把拦河闸坝分截的河段 沟通为令线贯通的畅通无阻的航道，凶此，船舶通过船闸的速度影响着船自h f j j t t ： 速度和效率，船闸是制约航道通过能力的主要因素之。 改革j r 放以来，江苏经济一自保 、 了快速增长的势态，水运事业也有了氏 足的发展。相比之卜，水运基础殴施的建设和管理工作却直滞后于水运事业发 展的需要。江苏省交通部门管理j 4 座船闸，其中大多数处于繁忙运行状态，特 别是苏北运河、沿江口航道上的船闸，通过量已人大超过船闸设计通过能， 船舶过闸经常出现椭挤状况，造成了水运效率发挥的“瓶颈”。加卜f 1 前在内河 - 一航行的船舶船型尺寸杂乱，船，诅和尺寸缺乏规范，标准化程度低，造成船闸通 航资源浪费，影响j 船闸通过能力的挖潜，加剧了船闸资源紧张的局面，导致船 舶等待过闸刚间较长，影响了船闸的运行效率。 目前解决船闸拥挤状况的途径一般有两种：第一种是粗放型外张，通过建设 复线船闸甚至三线船闸增加船闸规模来提高船闸通过能力；第i 二种是集约型内 张，即通过粕强对船闸运行调度的管理，提高船闸的运行效率，以达到增加过闸 船舶数量的目的。 为改变船闸通过能力与水运的发展不相适应的状况f l 前江苏省主要采取第 一种方式提高船闸的通行能力。近年来国家持续加大资金投入，在极为繁忙的航 道如京杭运河等高等级航道上修建复线船闸或三线船闸，目的是保证国家重点物 资的运输。但由于这种方式投资巨大，而且将会占用大量的国家土地资源，因此 这种通过新建过船设旖来提高船闸的通过能力的办法，1 i 可能适用于所有航道。 江苏省船闸优化调度模型研究 从江苏省实际情况来看，由于【：地资源寸分宝贵，建设新闸的机会成本已卜分可 观，加上投资渠道的限制，再建船闸已十分困难。这样，利用第二种途径，即结 合现代科学管理理论，优化船闸运行调度管理模式，并采取有效的保障措施，充 分挖掘船闸通航能力的潜力，走内涵式发展道路意义重火。 1 2 文献综述 关于船闸调度管理的研究，一部分从定性的角度展开，如对影响船闸调度管 理的凶素和管理模式进行研究，但更多的研究从定量的角度展开，例如对船闸运 行优化调度模型的研究，对船闸服务水平的研究等。 1 2 i 船闸管理的研究动态 船型的标准化与否直接制约着船闸运行管理的效率。交通部丁2 0 0 3 年全面 丌展了京杭运河船型标准化示范工程。杨文仲( 2 0 0 4 ) 以5 0 0 1 0 0 0 f _ 级标准货 船这两档京杭运河标准船型系列中的船型为研究刈象，介绍厂该婀档船型的总体 方案、航区的确定、船体结构、货舱舱口盖及士要机电设备，并对两档船型进行 了详细的经济性分析、环保件分析。唐冠军等”1 ( 2 0 0 4 ) 在总结国内外内河船型 标准化的工作实践与启不的基硎：上，提出搞好长江干线船型标准化1 i 作的基本思 路及相关政策建议。胡平贤等”1 ( 2 0 0 6 ) 介绍了川江及二峡库区航运现状，分析 了同前存在的主要问题，提出川江及二峡库区船型标准化的指导思想、总体 = i | 标、 相天措施和政策建议。主要包括加强组织领导和l 办调、鼓励船月n 更新改造、对现 有船舶的差别政策及健全完善相关法律法规。金文征”1 ( 2 0 0 6 ) 介绍了美国和欧 盟困家在内河航运丌发建设中的成功经验，特别是密西砥比河和莱茵河航道和船 闸的现代化建设，促进了船型标准化。这对我同推广内河船型标准化有很大的启 发和借鉴作用。 运用现代科学管理理论可以大大提高船闸运行管理的效率。国内些大型船 闸积极探索运用现代科学管理理论指导船闸的运行调度。陈裕伟“1 ( 2 0 0 1 ) 从厂 东省飞来峡水利枢纽船闸计算机监控系统及管理系统的分析入手，提出了应用现 代科技，提高船闸运行调度管n - ) g 习z - 的措施。陈吉荣j ( 2 0 0 3 ) 归纳分析了葛洲 坝2 号船闸历年来的设备故障，将2 1 年的运行时期划分为2 个故障阶段；找出 各阶段主要的影响因素，探索设备故障发生发展所具有的规律性与相关性，为三 峡船闸设备故障的预测预防及不同阶段的设备管理提供借鉴。陈朝然、徐青”。 ( 2 0 0 6 ) 介绍了潮州供水枢纽工程西溪船闸综合自动化系统的概况。该系统由船 江苏省船闸优化调度模型研究 闸计算机监控子系统、收费调度了系统、视频蠊视子系统及广播指挥了系统等部 分组成。高雄1 ( 2 0 0 5 ) 通过优化三峡船闸输水阀门运行参数，满足了船舶在一 闸室待闸的停泊条件；组织代表船型进行实船试验，形成了连续调度快速安全的 凋度工艺，取得了在1 3 9 m 水位条件下，三峡船闸下行通航效率提高1 5 的效 果。郭哲炅”3 ( 2 0 0 3 ) 在陈述了苏北运河船闸管理现状的基础上，提出了实施苏 北运河船闸联合管控的途径。 1 2 2 船闸运行优化调度模型研究动态 在船闸运行优化调度 二，日前困外由于已经基本形成r 船型、船闸和航道咖 调发展模式，所以对船闸运行调度的研究并不多见。主要研究有：k i m s i h w a 等3 ( 1 9 9 7 ) 阐明了用于船只调度的一般性的p a c k i n g 集合模型方法及其两火优 点。b a n d v d r ( 1 9 9 6 ) 详细介绍了伊利洛斯州船闸系统的计算机模拟模型。 m l 】s n l a n s a ”1 ( 1 9 9 6 ) 基于b e l i e f 神经网络区分优先次序和获得证据的囱效方 法。通过使用此方法，可以减少在实时运行期问的动态规划工作量，且改进丁系 统的响应速度。f a g e r h o ll k j e t i l a ”“( 2 0 0 1 ) 提出了个可以认作具有时间窗 口的多船只目标传递问题的实时船舶调度问题，它司以通过两个阶段予以完成。 国内关于船闸运行调度也有相当的进展但尚缺乏系统研究。卢方勇等1 ( 2 0 0 0 ) 通过将船只归类、确定每类船舶的相列和绝对杈重等方法，运用计算机 划过问船只进行编排。剧剑“”( 2 0 0 5 ) 提出，以经典的b e s tf i t 算法为基础， 经济合理地安排闸次和调度船舶，确定来船权重，根据心理学中刘不满意i 刈题的 数学描述和排队论确定权重选择函数，建立权重编排的数学模型，进行应用。赖 炜、齐欢1 ( 2 0 0 2 ) 针对船闸运行的两个重要性能指标：闸室平均利用率和船只 过闸时间提出三峡船闸运行中的多属性决策问题，并具体分析了决策矩阵规范 化、各属性权重确定和决策方案筛选。余绍明、曹雄”( 1 9 9 7 ) 介绍了一个用于 船舶过闸计划生成的优化编排方法。按船舶申报时间排序进行初选，根据船舶过 坝的优先级权重和某些特殊要求进行预选，在此基础上求解以面积利用率最高为 目标的闸室排闸整数规划数学模型，得到各闸次的船舶过闸计划。刘云峰、齐欢 u 8 ( 2 0 0 2 ) 针对三峡永久船闸决策系统建立了解决闸室编排调度的数学模型，提 出了一个启发式算法，有效地解决了闸室面积利用率和过闸船舶优先级之间矛盾 的问题。毛筱菲、谭廷寿1 ( 2 0 0 5 ) 以优化目标有闸次数最少，闸室面积利用率 最大，船舶总体待闸时间最短，保证重点物资及客船准点为准则建立了一个分时 段多目标优化的动态规划模型。但堂咏、熊英。3 ( 2 0 0 4 ) 等运用动态规划理论， 江苏省船闸优化调度模型研究 列京杭大运河苏北段连续梯级船闸排队系统的营运调度方案进行了分析计算。枉 经农、余绍明”( 2 0 0 3 ) 讨论了多个并联船闸的智能调度问题，并使用动态规划 理论建立了该问题的数学模裂，提出了一种基于滑动窗n 方法的算法。 1 - 2 3 船闸通过能力及服务水平研究动态 周华兴( 2 0 0 2 ) 对船闸运输繁忙、船舶昼夜过闸、运输量基本饱和的船闸， 进行通过能力计算中有关参数的探讨，简化计算，并提出提高船闸的通过能力的 建议。骆世钟”( 2 0 0 2 ) 针对临时船闸单独承担进出川船舶过坝任务时，设计通 过能力缺口大，采取优化通航方式，实行荦向运行定时换向。指出单向运行定时 换向是克服临时船闸通过能力不足的内在要求；是克服通航条件限制的客观要求 并能最大限度减少航运损失。胡洋”“( 2 0 0 4 ) 通过对j 峡船闸通过能力的设计参 数和实际参数的比较，分析存在差异的原因，存此基础卜提出了提高等峡坝区舷 纽综合通过能力可采取的措施心是翻坝分流、i 程整改与管理挖潜“三管齐i 、”， 以提高坝区的水陆通过能力。姜红权等”( 2 0 0 4 ) 提出了提高富春江船闸通航能 力的二种籼放型方案，分别是加宽、加长闸室以及增加新的闸室，并讨论了其可 行性。韦巨球等“( 2 0 0 6 ) 针对一次过闸时间、f 1 过闸次数、船舶装载系数、运 最小平衡系数等影响船闸通过能力的冈素，结合广西桂平船闸多年束的实际运行 情况，研究了船闸通过能力计算系数的取值问题。 张玮、陶桂兰、廖鹏等”对船舶到边概率分布及船闸服务水平进行了大量 的研究。在对施桥船闸到船特性分析中，根掘2 0 0 1 年h 到舟 资料的统计分析， 得山施桥船闸到船量具有随机性。上、下行船的到船不均衡系数也不同。若采用 全部船舶剑船资料分析到船不均衡性时，需用差异系数对分析结果进行修正。引 入的时问保证：讧能表征日到船量偏离平均情7 兄的程度，时间保证率越高，到船的 不均衡性越大。在对苏北船闸服务系统到闸概葺曩模型研究中将单船的到闸和过闸 结合起来，提出了“组合船队”的概念，简化了船闸服务系统船舶的交通流，使 服务系统排队模型应用于船闸系统。船闸有两类顾客，即优先过闸的1 级船队和 不提放的i i 级船队，i i 级船队包括一般船队和组合船队，通过对京航大运河施桥 船闸2 0 0 1 年运营资料的统计分析，发现两个等级的顾客的到船过稗均为p o i s s o t i 规律，日到达的总顾客数则服从正态分布。 关于船闸1 次过闸平均吨位的确定问题，阐述了按现有船闸设计规范关于计 算船闸1 次过闸平均吨位方法的不足，并重点探讨了影响船闸通过能力的重要因 素“船闸1 次过闸平均吨位”的研究方法，提出了单位船型法及其计算公式。在 7 ，f 椎人学颐十学位论文 江苏省船闸优化调度模型研究 船闸通过能力主要影响凶素研究中，分析了苏北运河部分船闸的通过能力及其主 要影响因素，结果发现船型、吨位以及闸室有效面积利j h 率确定的一次过闸吨位 对 二船闸通过能力的影响最大。在划繁忙河流上船闸服务水平的探讨中，针刈繁 忙河流 i 的船闸经常堵船的特点，在船闸通过能力分析中，引入船闸服务水平的 概念，并结合苏北运河上的船闸营运资料及国内外有关资料初步提出了船闸设计 服务水平及运行服务水平的划分标准，并根据保证率来划分船闸服务水平等级以 及利j = j 日到船不均衡系数来推算船闸服务水平系数。实际卜，对于高质量服务水 平的船闸来说，其实际货运量只有其理想通过能力的3 0 左右。 在对船闸服务水平与船舶待闸时间的研究中，重点探讨了船闸服务水平系数 与船舶平均待闸时问之问的内在联系，并建立其相互转化的关系式，从而将两者 有机地联系在一起。最后，根据苏北运河施桥船闸的实测资料对文中所提方法进 行了验证。在对船闸服务水平j 经济评价的研究中，根据船i 1 1 务水平的最新研 究成果，重点探讨了将其应用于船闸壬广建】：程国民经济评价的途径和方法。研究 工作的重点在于合理确定船闸扩建工程前后船舶待闸经济损失的计算，并结合京 杭运河苏北段淮安船闸、施桥船闸的具体情况进j j ：了扩建工程的同民经济评价。 研究结果表明，新建淮安三线船闸是r 分迫 刀和必要的，四线船闸的建设征经济 l 二【也是司行的，至于施桥三线i i l _ j 的建设目前还不具备条件。在对船闸待闸时阔 的特性分析巾，以施桥船闸和淮安船闸的实际运行资料为依托，射不同类型船舶 的待闸时间作了统计分析比较。发现虽然施桥船闸与淮安船闸的待闸时间明显不 i 吲，但其待闸州可不均衡系数却很接近，特别是下行船队的待闸时问不均衡系数 j l 7 - 十i 刚。此外，淮安船闸和施桥i i i 审 的待闸时间分布很不均匀，部分船舶的待 例时间远超过中值待闸时间，由此推断船闸规模的扩大虽然可以改善船闸的繁忙 程度和降低平均水平的待闸时间，但不能彻底避免压船现象的发生。 何熠峰、郭劲梅m3 ( 2 0 0 4 ) 根据飞来峡船闸5 年来的运行实践，对其运行数 据进行归纳，对船舶过闸能力进行评估，对船舶过闸效率进行分析，对其运行规 律进行探讨和研究，并在此基础上提出了提高船舶过闸效率的改善措施。 综上所述，以上研究分别从船型标准化、船闸管理模式、船闸通过能力和服 务水平、船闸运行优化调度模型等方面对船闸的调度管理进行了研究。提高船闸 调度管理效率需要科学的管理模式，而科学管理的前提是对船闸运行优化调度模 型的探索。以上关于船闸运行优化调度模型研究的侧重点在于对船闸调度算法的 探究，而针对船闸调度模型构建的研究并不多见，除此之外，由于不同船闸的运 江苏省船闸优化调度模型研究 行模式并不相同，因此，针对船闸的运行特点建立船闸优化渊度模型显得尤为重 要。 1 3 江苏船闸的基本状况 目前江苏有通航船闸1 0 0 座，其中省属航道部门管理的船闸有5 4 座，单线 船闸2 3 座，复线( 或三线) 船闸3 1 座，其闸室长、宽、面积统计见表1 1 。这 些船闸基本分布在繁忙的航道上。 表1 1 单线、复线( 或三线) 船闸长、宽、面积平均值统计表 船闸类型船闸长度( 1 1 1 )船闸宽度( m )船闸面积( 2 ) 单线船闸 1 4 43 01 2 j 81 8 d 49 l 复线( ! 或一线) 船闸 2 】47 02 0 2 3d 1 7 10 2 单线船闸主要有泰州船闸、沙集船削、芒稻船闸、南通船闸、朱码船闸、射 刚港船闸、1 、坝船闸、张家港船闸等，分别属于泰州处、徐州处、扬州处、南通 处、淮安处、盐城处、南京处、苏州处等。复线船闸则主要集中于苏北处。从江 苏省船闸的摹本状况来看，单线船俐较复线船闸分布更为j 泛。 l - 4 江苏省内河运输的发展趋势 1 4 1 江苏省社会经济现状及发展趋势 1 4 1 1 江苏省社会经济现状 ( 1 ) 综合经济实力 江苏省位于我幽大陆东部沿海叶心，全省七地面积1 0 2 6 万k m 2 。江苏省经 济持续快速稳定增长，宏观渊控取得积极成效。2 0 0 4 年全年实现国内生产总值 1 5 5 i 2 4 亿元，其中，第一产业增加值】3 i5 4 亿元；第二产业增加值8 7 7 0 3 亿 元：第三产业增加值5 4 2 6 7 亿元。人均国内生户：总值突破2 万元。 ( 2 ) 产业结构 江苏省大力推进产业结构优化升级。提高高新技术产业带动力，提高传统产 、i k 竞争力，提高服务业在经济发展中的比重，提高集约发展水平。 经济结构调整取得进展，经济运行质量和综合竞争力不断提高。2 0 0 3 年江 苏省工业化进程加快，三次产业增加值比例为8 9 ：5 4 5 ：3 6 6 ；城市化进一步发 型塑查望丝堕垫堕鲨一 兰苎塑塑堕垡堡塑堕堡型竺壅 展；传统产业在改造中提升；高新技术产业和现代服务业也得到较快发展。 ( 3 ) 固定资产投资 固定资产投资总体保持稳定增长。2 0 0 4 年完成全社会固定资产投资6 8 2 7 6 亿元，其中，城镇固定资产投资完成5 0 0 8 2 亿元；农村固定资产投资1 8 1 9 4 亿元。存全社会投资中，国有经济投资2 0 0 6 5 亿元；外商、港澳台经济投资1 2 3 0 6 亿元；民间投资3 5 9 0 5 亿元。 重点项目建设得到加强。宁杭、沿江、通启等高速公路、润扬大桥、南京长 江三桥建成通车；沪宁高速公路扩建一r 程即将完成：宁启铁路部分路段顺利开通： 苏通大桥进展顺利；连云港、太仓港加快了建设步伐。 1 4 1 2 江苏经济发展趋势 根据省委省政府的战略部署，江苏省将着力从以下几个方衙全面推动江苏经 济的发展。 ( 1 ) 加快经济结构调整，推进增k 方式转变 大力推进产业结构优化升级。重点在“列个提高”上l 、功夫，即提高高新技 术产、l 止带动力；提高传统产业竞争力：提高服务业存经济发腱中的比重；提高集 约发展水甲。 积极调整投资与消费关系。巩固和发展宏观调控成果，调整优化投资结构， 防i i 自目投资和低水甲重复建设。全社会固定资产投资预期增长】5 。继续加大 基础设施的投入。 ( 2 ) 继续深化各项改革，增强经济社会发展活力 进一步深化国有企、 k 改革，大力发展民营经济。为h 】决现代市场体系建设，深 化财税、金融等项改革。 ( 3 ) 适应对外开放新形势，提升开放型经济发展水平 进一步提高对外开放水平。在继续扩大利用外资总量的同时，努力提高利用 外资质量。推动外贸增长方式向以质取胜转变。加快“走出去”步伐。总结经验， 完善政策，支持更多有条件的企业开展对外投资和跨国经营，合作丌发资源。 ( 4 ) 深入实施区域共同发展战略，推动苏南、苏中、苏北全面繁荣 继续加大对苏北发展的支持力度。紧紧抓住长江三角洲产业结构调整升级的 有利时机，推动南北产业转移，加快建设沿东陇海线产业带、沿海经济带，大力 发展资源加- 型、劳动密集型产业，培育和壮大优势产业，加快苏北工业化进程。 进一步提升苏南发展水平，加快苏中崛起。继续推进新一轮沿江开发，在更 f l l i 矩人学硕十学位论文江苏省船闸优化调度模型研究 离起点上发展慕础产业、现代制造业、现代物流业，打造产业集聚的新优势。加 快沿江地区交通、电力、水利、通讯等幕础设施对接，推动跨汀联动丌发。整合 沿江港口资源，统筹规划，合理靠局，提高规模化、专业化、集约化水平，逐步 形成现代化港口体系和现代物流产业。提升沿沪宁线高新技术产业带发展水平， 以电子信息产业为重点，增强核心竞争力和辐射带动力。积极推动以上海为龙头 的长江三角洲经济一体化进程，加强与周边省市、长江中上游省市的经济合作， 积极参与西部大开发和东北老工、i k 基地振兴，做好对口支援工作。 江苏省社会经济良好的基础以及快速稳定的发展趋势必将埘有力推动江苏 综合运输网络的发展。内河运输作为综合运输网络不可替代的组成部分，具有运 力大、投资省、占用土地资源少等优势，江苏省原料和产品销售两头在外的特点 决定了江苏省水运需求持续增长。 1 4 。2 江苏内河运输的总体状况与发展趋势 14 2 1 江苏内河航道的总体状况 江苏地处长汀、淮河下游出海口，水资源丰富、水网稠密，河渠交叉，水路 变通较发达，素有“水乡”之称。苏北墨f 河和苏南太湖水系都是水网密集地区， 长汀横贺东两约3 6 5 k m ，京杭人运河纵贯南北长度6 9 0 k m ，拥有8 0 0 多k m 的长江 岸线和近1 0 0 0 k m 的海岸线，长期以来水运在江苏省都具有举足轻蕈的地位。但 刈航道基础设施的投资额 l ：交通系统总投资额。p 所占的比重直较小。 虽然投资力度远不如公路，化足内河运输却撑起了江苏省综合运输的半壁江 山。2 0 0 4 年江苏省舟庀道早程2 4 8 0 0 k m ，苦全国首位。其中矗级以上航道2 7 9 l k m ， j j 总里程的11 2 5 ；六、七级航道4 7 8 6 k m ，占总罩程的1 9 3 。 1 4 2 2 钔：苏省内河运输发展趋势分析 根据江苏省交通厅2 0 0 5 年江苏省干线航道网规划研究的有关预测结果， 2 0 1 0 年、2 0 2 0 年干线航道卜的货运量呈上升趋势，见表1 2 。 r _ i 海大学蛳l 学位论文 江苏省船闸优化调度模型研究 表1 2 江苏省干线航道货运量及货物周转量预测表 2 0 0 3 年货运量 2 0 1 0 芷2 0 2 0 钲 航道名称( 万吨) 货运量较2 0 0 3 年增货运量较2 0 1 0 乍 ( 万吨)k 率( )( 万吨)增长率( ) 1 ，京杭运河 2 l5 0 0 2 5 0 0 01 6 2 72 9 0 0 01 6 0 0 苏北段1 0 0 3 91 2 3 0 02 2 5 21 5 0 0 02 l9 5 苏南段 t 4 9 1 5 1 7 7 0 01 8 6 72 0 5 0 01 5 8 2 2 芒稻河8 5 l1 0 0 0l7 5 i 1 2 0 02 0 0 0 3 丹金溧漕河 2 9 5 63 5 0 01 8 4 04 3 0 0 2 2 8 6 4 德胜河1 5 7 51 9 0 02 06 32 3 0 02 1 0 5 5 锡澄运河 4 4 4 8 5 2 9 0 1 89 3 6 4 4 0 2 17 4 6 苏申内港线 6 4 8 87 1 0 094 37 3 0 02 8 2 7 苏中外港线 2 3 2 2 2 8 0 02 0 5 93 4 0 0 2 j 4 l 8 乍嘉苏线 5 7 57 0 02 17 49 4 03 4 2 9 9 连中线2 7 5 03 1 0 0i 2 7 34 2 0 03 54 8 i 苏北段 12 7 9j 5 0 01 7 2 82 1 0 04 0 0 0 苏南段 2 0 7 92 6 0 02 5 0 63 5 0 0 3 46 2 】0 盐河1 2 35 0 01 82 06 5 03 0 0 0 1 1 盐宝线7 0 28 5 0 2 1 0 8 1 0 5 0 2 3 j 3 【1 2 盐邵线 18 5 72 2 5 02 1 t 62 7 0 02 0 o o 1 ：j 刘人线 1 3 71 8 03 1 3 93 3 08 33 ：3 14 兴东线1 7 92 2 02 29 02 8 0 2 7 2 7 1 5 泰东线8 3 01 0 0 0 2 04 81 2 0 02 0 o o 1 6 锡十一圩线 1 0 2 91 2 5 02 i 姻1 5 2 0 2 l6 0 l7 淮河出海航道 1 3 4 917 0 02 6 0 22 4 0 04 1 1 8 1 8 通扬线 3 9 5 24 8 0 02 1 4 65 8 0 0 2 0 8 3 1 9 姜十线 22 02 6 02 0 8 03 2 02 3 0 8 2 0 芜申线 4 1 0 35 3 0 02 9 1 76 5 0 0 2 2 6 4 【2 1 秦淮河 5 1 76 8 03 t 5 39 5 03 97 1 2 2 ，锡溧漕河 3 0 5 63 5 0 0 1 4 ，5 34 】o o1 7 1 4 2 3 长湖申线5 1 8 0 6 1 5 01 8 ，7 37 i 0 01 5 4 5 资料来源：江苏省干线航道网规埘研究，江苏齿交通厅，2 0 0 5 年 9 坷海大学颈l 学位沦q 江苏省船闸优化调度模型研究 分析表1 2 可以发现，江苏省的航运量在未米的1 5 年r h 将保持持续增k 的 趋势，2 0 l o 年、2 0 2 0 年江苏省2 3 条干线航道的货运量将分别达到1 1 3 l 亿吨 和1 3 5 1 亿吨，2 0 l o 年货运量较2 0 0 3 年平均增长2 0 8 0 ，2 0 2 0 年货运量较2 0 l o 年平均增长2 6 4 4 ，表明江另：省内河运量呈稳定增k 趋势，江苏省航运未来发 展前景良好，相应地，江苏省内河船闸将更趋繁忙。多数拥有船闸的干线航道 如苏南运河、盐宝线、建n 线等，其运量也持续增长，表明这些航线上的船f o g 实际通过量远超过设计能力的矛盾将进一步加剧。 1 5 主要研究内容 由 i 单线船闸在江苏省地域分布更为广泛，冈此，本论文以江苏省单线船闸 的优化调度为主要研究对象，研究内容主要包括：分析江苏省船闸的基本状况及 江苏省内河运输的发展趋势；争| 对江苏省船闸运行管理的现状进行分析，主要包 括船削运行调度管理体系的基本构成、船闸运行调度管理的现状、船闸运行管理 存在的问题及船闸运行调度模式对船闸通过能力的影响分析；在对船闸运行管理 现状分析的基础上，确定合理的排队模式，合弹组织中间运行坏1 ，包括合理确 定排队队列、合理制定排队规则、合理确定闸室的船舶组合，根据该排队模式， 针刘单线船闸分别建市船闸优化调度的动态模型和静态模型。最后选取泰州船闸 ( 单线船闸) 对模型进行实证分析。 1 6 主要创新点 本论文将针对船闸运行调度过程的特点，运用运筹学、管理学等相关基础理 论，分析船闸运行调度过程中的管理问题，针对江苏省单线船闸构建船闸优化运 行调度模型，以提高船闸运行调度水下，最大限度地发挥现存水运基础设施的潜 能。本论文致力于以下三方面的怠4 瓤： 第一，对船闸运行凋度中问环节的合理组织。包括合理确定排队队列、合理 制定排队规则、合理确定闸室的船舶组合，从而提高船闸的运行效率； 第二，单线船闸动态模型的构建。在提出每闸室的组合方案后，根据船舶 到达情况，立即对当前排队等候的船舶集合进行“动态”调整，根据调整后的新 的排队等候的船舶集合提出下一闸闸室组合优化方案，即按闸次构建“动态”模 犁： 呵海大学颂i 学位泛殳江苏省船闸优化调度模型研究 第二，单线船闸静态模理的构建。将每天按照船舶的到达密度状况分成若下 时段，在每一时段终点根据该时段内的船舶集合提出闸室传播组合优化方案，即 按时段构建“静态模型”。 1 7 技术路线 模型构建 虐画 j 胡 实证分析( 泰i 1l i 船闸) 豳 翻 一- jq ! 、，i 结论 目 与展望 目 图1 1 技术路线图 江苏省船闸优化调度模型研究 第2 章江苏省船闸运行管理的现状分析 2 1 船闸运行调度管理体系的基本构成 船闸运行调度管理体系般包括硬件和软件两个方面，其中硬件方面提供条 件保障，软件方面在船闸运行调度管理中更具有优化空间，也是本论文研究的重 点。 2 1 1 硬件方面 硬件方而除船闸外主要包括远方调度站( 简称“远调站”) 、引航道、船舶待 闸停泊区、船闸机械等。 2 1 1 1 远调站 远调站是船舶通过船闸的第一站，辛要职责足负责过闸船舶的登记收费、排 档。远调站基本具备以下主要功能： ( 【) 对船舶进行检查和静记。包括船舶的吨位、尺度、装载货物等基本情 况； ( 2 ) 掌握船闸和引航道运行情况，根据船闸运行情况及时正确地将船舶调 入预渊区和引航桥： ( 3 ) 具有安全可靠、快捷方便的售票系统，及时正确地出售过闸闸票； ( 4 ) 配备足够的管理人员和航政船艇，能够剥航道和引航道进行有效的管 理，保证航道畅通和引航道秩序良好； ( 5 ) 具有良好的船舶停靠设施，能提供全天侯服务； ( 6 ) 能为船员提供各种牛活、娱乐、通讯、治安、法律法规等方面的优质 服务。 远渊站一般设立在船闸引航道之外航道一侧岸坡上，距船闸闸首 5 0 0 1 5 0 0 m 左右为宜，可以直接观察到闸首和引航桥船舶运行情况；同时需有 良好的船舶停靠条件，交通和通讯畅通方便。远调站的设施主要包括： ( 1 ) 站房：内部应设有检查、登记、售票大厅，库房，远调服务区管理办 公室，服务咨询中心，治安值班室等： ( 2 ) 远调停靠码头：分为两个停靠区，一个是待调船舶停靠区( 主要是待 调的拖轮) ，另一个是登记船舶停靠区，停靠正在远调站登记的船舶。远调码三l ? f l j 海人学硕i 学化论文江苏省船闸优化调度模型研究 长度以1 5 02 0 0 m 为宜。码头上应设置照胡和系船设施： ( 3 ) 船舶登记调度和售票系统，系统要和闸区联网，接受总调总控室的指 挥。船舶在远调站购闸票后进入引航道，进入闸室后接受验票； ( 4 ) 通讯设施：应配备内部电话、电台和提供给船员的外线i c 卡电话等； ( 5 ) 预调区和引航道电视监视系统以及船闸运行情况显示系统； ( 6 ) 显示和广播扩音设备，在远调码头和预调区设置，主要用于指挥调度 船舶，向船员介绍国家的有关法律、法规、上级的有关管理规定、船闸的管理规 定，公示船闸运行情况、船舶待闸情况、船舶提放情况、行政执法情况以及船闸 介绍等。 2 1 1 2 引航道 引航道是船闸的重要组成部分，它联接船闸与河流的原航道，涉及到船闸的 j f 常运行，是船闸卜分关键的部分之。引航道及其设备的投资存通航建筑物的 总投资中占有很人比例，一般达3 0 5 5 。 引航道布置要根据船闸规模、尺度、货运量、过闸船队( 船舟九) 类型、尺度 和过闸方式，并根据当地的自然条件等因素确定。引航道尺度和确置应充分考虑 通航期内各类船队( 船舶) 过闸的要求。如尺度不够或布置不当，不但影响船队 ( 船舶) 过闸通畅和安全，目町能大大限制船闸通过能力。主要布置型式有不对 称式和对称式两种。 引航道条件包含的内容和技术指标很多，也很复杂，应根据每个船闸的地理 位置、水流气象、通过流量、过闸船舶等特点冈地制宜，采取适当的结构形式利 措施，使引航道适应船舶进出闸快捷、方便的需要，促进船闸船舶通过能力的提 高。 2 1 1 3 船舶待闸停泊区 船舶待闸停泊区是船闸为过往船舶提供停靠等待调度过| 1 p j 的区域。设立船舶 待闸停泊区也是为了保障船舶停泊有序，过l m i f 目度有序，行进交汇有序的管理需 要。在单线或非繁忙的船闸般只设立引航道船舶待闸停靠。但在双线繁忙的船 闸，不但有引航道船舶待闸区，还有船舶登记报到待闸停泊区，预调船舶过渡待 闸停泊区。 2 0 世纪8 0 年代以来，水运迅猛发展，船舶大型化更新迅速，运河繁忙船闸 相继建造了复线船闸。由于调度分流的需要，在船闸上下游1 0 0 0 m 到1 5 0 0 m 处设 立了远方报剑登记调度站，从此终止了船舶直接驶入引航道待闸的历史。在远调 江苏省船闸优化调度模型研究 m i - 侧设立r 符合调度要求的各类船舶报到登记待闸停泊区，同时为了提高调度 能力，加强闸次问衔接，在船舶报到臀记停泊区与船闸引航道的中间设赢了预调 船舶过渡待闸区。这些船舶停泊区的设立，逐步达到了船舶待闸停靠的规范化， 保障了航道的畅通，提高了船闸的通过能力。 2 1 2 软件方面 主要包括设计船舶排队队列、设计排队规则、确定闸室船舶组合方式、确 定船舶调度基本流程和基本原则等。 2 1 2 1 船舶排队队列 比较繁忙的船闸需要在远调站根据船闸到达的船舶的特征发计船舶排队队 列，f 1 的是使船舶排队更加有序，方便于确定闸室的船舶组合。 2 1 2 2 船舶过闸顺序设计 目前江苏省船闸设直的船舶过闸顺序舰则主要有先到先服务方式、优先月务 方式、单独服务方式等。 方式一：先到先服务方式。、对在排队队列l 卜| 的般船舶，在该队列中依照“先 到先服务”的原则听候调度过闸。 方式二：优先服务方式。对符合优先过闸条什的船舟n ( 如屯煤船等) ，按照 “优先服务”的原则提前调度过i 、甲j 。 方式三：币独服务方式。对符合单独过闸条件的船胄n ( 如危险品船舶等) ， 按照“单独服务”的原则单独过闸。 2 1 2 3 确立闸窄船舶组合 按_ i c i 闸室的具体尺_ ，选择j 以使闸审面积利用率较高的闸室船舶组合方 案，并让船舶按照预先规定的秩序依次进闸。 2 1 2 d 调度流程设训 主要是建立船舶登记、排队、收费、检验、发证、安排进出闸等一系列过程 的空间或时间安排，力求做到有序、安全、便捷、快速。 2 1 2 5 确定船舶调度的基本原则 主要是针对船闸是单线、复线或三线的具体情况，根据船舶的基本特点等， 确定白天、夜晚的具体分工；确定优先过闸、单独过闸的基本原则；确定不同材 质、不同大小、空实载船舶的组合或排斥方案；控制交汇与碰撞措施；复线或三 线船闸的联合渊度等。 7 u f 海大学颅l 学位论文 江苏省船闸优化调度模型研究 2 2 江苏省单线船闸运行调度管理的现状 目前江苏省的船闸一般分为三类：第一类是大运河上的船闸，其特点是均为 复线船闸或三线船闸；第二类是长江口门上的船闸，其特点是可以利用潮汐造成 水位的变化开放通闸；第三类是其他一般船闸，位于其它干线航道上，一般为单 线船闸。本文主要以一一般船闸( 单线船闸) 为主要研究对象。 2 2 1 单线船闸的运调流程 般船闸地域分布广泛，目前基本卜- 是中、小型单线船闸。现行的运行模式 是