一种梯级枢纽通航联合调度方法与流程

技术特征：
1.一种梯级枢纽通航联合调度方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：依据通航建筑物运行条件、运行方式、运行级数、开放时间，确定梯级枢纽联合调度的运行约束条件；步骤二：依据上述运行约束条件，构建梯级通航建筑物一定时间周期内通过量最大、上下游船舶交通流不均衡系数最小、船舶通过梯级枢纽用时最短的多目标值梯级枢纽联合调度模型；步骤三：根据步骤二的多目标值梯级枢纽联合调度模型及其参数取值，制定梯级枢纽联合调度方案；步骤四：当多目标值梯级枢纽联合调度模型的参数随时间周期发生变化时，依据多目标值梯级枢纽联合调度模型的目标值，修正梯级枢纽联合调度方案。2.根据权利要求1所述一种梯级枢纽通航联合调度方法，其特征在于：还包括步骤五：依据梯级枢纽联合调度方案，组织船舶安全有序通过梯级枢纽，梯级枢纽联合调度方案包括梯级通航建筑物的运行方式及强度、闸次运行时间、船舶通过梯级通航建筑物次序和时间、锚地安排的船舶及数量。3.根据权利要求1所述一种梯级枢纽通航联合调度方法，其特征在于：所述步骤一中，所述通航建筑物运行条件、运行方式、运行级数、开放时间因素为联合调度的常量，根据不同的梯级枢纽特征确定；所述运行约束条件包括：船闸运行工况、通航环境、船流密度、船舶种类及载货属性、船舶吃水控制标准、坝间锚地容量、调度规则；船闸运行工况、通航环境、船流密度、船舶吃水控制标准、船舶种类及载货属性、调度规则、坝间锚地容量因素为联合调度的变量，根据现场实时运行情况确定，参数取值会随着现实情况的变化发生改变；所述通航环境包括：风、雾、水位、流量、航道深度、航道宽度。4.根据权利要求1所述一种梯级枢纽通航联合调度方法，其特征在于：所述步骤二中，上下游船舶交通流不均衡系数包括时间不均衡系数、方向不均衡系数，时间不均衡是指船舶到达枢纽的时间有先后之分，方向不均衡是指枢纽上下游方向的船舶数量的区别。5.根据权利要求1所述一种梯级枢纽通航联合调度方法，其特征在于：所述步骤二中，多目标值梯级枢纽联合调度模型具体是：在一个足够长的周期时间内，梯级枢纽的进口和出口的通过量都是一致的，故目标函数中的通过量可以看做单一枢纽的通过量；设梯级枢纽按照水流方向有m个端口，梯级枢纽通过量p＝p1＝p2＝
…
＝p
m
；根据《船闸总体设计规范》，船闸的通过能力p
i
＝nng；其中：n为日平均过闸次数，n为周期内通航天数，g为一次过闸平均载重吨位；在一个设定周期d内，设以一天为单位周期d，考虑运行效率等因素，充分利用坝间锚地，梯级枢纽的每个端口的通过量不一，所以单位周期内梯级枢纽通过量表示如下：则周期d内以梯级枢纽通过量最大为目标的函数可以表示为：
其中，n
d
为d周期的过闸次数，g
d
为d周期的平均载重吨位；船舶通过梯级枢纽用时，由船舶通过每个端口的时间t与端口之间的待闸时间δt构成，船舶通过每一个端口的时间包含：闸室开/关门时间t1、船舶进闸时间t2、闸室灌/泄水时间t3、船舶闸室间移泊/出闸时间t4和船舶进/出闸间隔时间t5；船舶通过梯级枢纽用时按照枢纽运行方式分为两种情况：枢纽单向运行时，船舶通过梯级枢纽端口i的用时可以表示为：t
i
＝4t
i1
t
i2
2t
i3
t
i4
2t
i5
δt
i
ꢀꢀꢀ
(3)；枢纽迎向运行时，上、下行两个闸次的船舶通过梯级枢纽端口i的总用时可以表示为：t
′
i
＝4t
i1
2t
i2
2t
i3
2t
i4
4t
i5
δt
i
δt
i 1
；
ꢀꢀꢀꢀ
(4)；则枢纽迎向运行时，平均每个闸次船舶通过梯级枢纽端口i的用时可以表示为：端口之间的待闸时间δt可以表示为：设端口i的服务水平为c
i
＝c
ai
λ
i
，其中：c
i
为端口i设计服务水平，c
ai
为端口i日的最大服务水平，c
i
≤c
ai
，λ
i
为端口i服务水平系数，λ
i
≤1；不同端口之间的服务水平之差为：δc
i
＝c
i-c
i-1
ꢀꢀꢀꢀ
(6)；其中c0＝0；则不同端口之间的待闸时间：其中t0＝0
ꢀꢀꢀꢀ
(7)；单位周期内船舶通过梯级枢纽用时可以表示为：则周期d内以通过梯级枢纽用时最短为目标的函数可以表示为：时间不均衡系数η
t
为某方向上枢纽最大断面船舶流量p
max
与平均流量p
av
的比值：其中，p
av
≤p
max
；方向不均衡系数η
f
可表示为：其中：p
u
指顺流方向船舶流量，p
a
指逆流方向船舶流量，p
tav
为双向平均船舶流量；d周期船舶交通流不均衡系数η
d
可表示为：η
d
＝η
t
η
f
ꢀꢀꢀ
(12)；则周期d内以交通流不均衡系数最小为目标的函数可以表示为：
综合考虑调度周期内的通过量最大、上下游船舶交通流不均衡系数最小、船舶通过梯级枢纽用时最短的多目标值梯级枢纽联合调度模型可以表示为：其中，m为量纲调节系数，根据z2与z1的数量级确定，使其比值与z3处于同一量纲水平。6.根据权利要求1所述一种梯级枢纽通航联合调度方法，其特征在于：所述步骤三中，模型参数包括：一个时间周期及多周期内的梯级通航建筑物运行起止时间、运行间隔时间、倒闸时长、运行强度、重点船舶及重点闸次时间、锚地容量。7.根据权利要求4所述一种梯级枢纽通航联合调度方法，其特征在于：使用船舶到达时间间隔分布服从指数分布；指数分布的概率分布函数如式：f(t)＝1-e-λt
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)其中：参数λ表示了指数分布相邻事件时间间隔状态，通过该参数可以确定船舶到锚的时间间隔分布函数；大多数待闸船舶到锚的规律服从泊松分布，也就是t时间段内到达n艘船舶的概率，记为pn(t)，则：其中：pn(t)为t的分布函数；λ为单位时间内到达的船舶数，即平均到达率。8.根据权利要求6所述一种梯级枢纽通航联合调度方法，其特征在于：所述运行间隔时间可分为单向运行与迎向运行两种情况：
①
单向运行时：单向过闸间隔时间可按下式计算：t＝4t1 t2 2t3 t4 2t5ꢀꢀꢀ
(a)式中：t
1-开门或关门时间，单位：min；t
2-单向第一个船舶进闸时间，单位：min；t
3-闸室灌水或泄水时间，单位：min；t
4-单向第一个船舶闸室间移泊或出闸时间，单位：min；t
5-船舶进闸或出闸间隔时间，单位：min；
②
迎向运行时：船闸在迎向运行条件下，船舶迎向过闸，单级船闸每运行1个来回，则可通过2个有载闸次的船舶；具体计算公式如式(b)：t1＝4t1 2t
′2 2t3 2t
′4 4t5ꢀꢀꢀꢀꢀ
(b)式中：t1——上、下行各一次的迎向过闸时间，单位：min；t
1-开门或关门时间，单位：min；t
′2——为迎向第一个船队进闸时间，单位：min；t
3-闸室灌水或泄水时间，单位：min；
t
′4——为迎向第一个船舶队出闸时间，单位：min；t
5-船舶进闸或出闸间隔时间，单位：min；因此，闸次间隔时间：t1、t3主要与船闸设备运行状况及船闸运行方式相关，合称为设备总时间；t2、t
′2、t4、t
′4、t5合称为船舶总时间。

技术总结
一种梯级枢纽通航联合调度方法，依据通航建筑物运行条件、运行方式、运行级数、开放时间，确定运行约束条件；构建梯级通航建筑物一定时间周期内通过量最大、上下游船舶交通流不均衡系数最小、船舶通过梯级枢纽用时最短的多目标值梯级枢纽联合调度模型；制定梯级枢纽联合调度方案；当多目标值梯级枢纽联合调度模型的参数随时间周期发生变化时，依据多目标值梯级枢纽联合调度模型的目标值，修正梯级枢纽联合调度方案。依据梯级枢纽联合调度方案，组织船舶安全有序通过梯级枢纽。本发明提供一种梯级枢纽通航联合调度方法，能够保证梯级枢纽通航设施运转均衡，有效提高通航效率。有效提高通航效率。有效提高通航效率。


技术研发人员：齐俊麟 冯小检 南航 李然 刘莹 张煜 刘振嘉 黄绍文 赵尊荣 兰毓峰 张杰
受保护的技术使用者：长江三峡通航管理局
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/21