三峡坝区过闸船舶拥堵成本测算及对坝区货物总价值影响研究

三峡船闸已经成为制约长江上游航运发展的"瓶颈",过闸船舶拥堵产生的拥堵无效率成本,及对坝区货物总价值的影响问题日益受到重视.根据过闸船舶拥堵问题的数学描述,提出了纳什均衡下的模型假设,建立了坝区所有船舶出发时刻分布规律,由此推导了因船闸拥堵产生的各类低效率成本模型;结合过闸船舶实际拥堵成本描述,对各类低效率成本模型进行实证测度;最后通过编制三峡船舶待闸货物价格指数,分析了船舶拥堵对坝区货物总价值产生的影响.研究结论表明:2019年因三峡坝区过闸船舶拥堵产生的最小拥堵无效率成本(即总出行成本),集装箱船在1.061至2.123万元之间,干散货船在712.590至1425.184万元之间.其中船舶营运时间成本,集装箱船达到10368.364万元,干散货船达到203624.490万元;货物运输时间成本,集装箱船达到4343.296万元,干散货船达到5413.869万元.船舶拥堵造成的坝区货物总价值上涨了1.613％(即约253661.565万元),居民货币购买力下降了1.587％;三峡过坝船舶装载货物价格增长速度大于同年度工业生产者购进价格的平均增长速度,货主企业利润没有被压缩.     

基于串联排队网络的三峡-葛洲坝水利枢纽联合调度模型

为了提高三峡-葛洲坝水利枢纽的整体通过能力,分析了三峡-葛洲坝水利枢纽联合调度的实际需求,建立了三峡-葛洲坝水利枢纽联合调度数学模型,考虑了闸室面积利用率最大、整体待闸时间最小两个目标函数和船舶编排过程中的八个约束,应用串联排队网络理论求解模型。算法将申报船舶按照航向分成四个船舶序列,动态计算每艘船舶的权重,兼顾船舶长度与宽度优先,待闸时间约束、葛洲坝船闸通航条件限制和任务均衡的要求,循环排船,逐步优化。应用结果表明应用该数学模型和编排算法编制一个计划期的两坝五闸计划仅需2 min,编排时间短,葛洲坝2#船闸的闸室面积利用率高于70%,并且客船和旅游观光船均排在前面的闸次中,说明客船的待闸时间约束是满足的,并且在航向上是上下航向交替运行,没有出现倒闸情况,编制的计划满足实际调度需要。     

船闸待闸时间的确定及服务水平

从船闸的实际运行情况出发，对个体待闸时间和整体待闸时间进行了统计分析，提出了计算过闸船舶的待闸时间的几种方法，并对船闸的压船时间、船闸通过能力与服务水平之间的关系作了探讨。发现施桥船闸中船队的日待闸时间主要分布在0～4h，机动船的日待闸时间主要分布在4～8h；上行船舶的日待闸时间主要分布在0～4h，下行船舶的日待闸时间主要分布在0～8h。结果表明，船闸的待闸时间和通过能力及运行情况密切相关，因而可以从待闸时间的角度，结合船闸的实际通过能力，评价船闸的服务水平和运行状况。     

船闸待闸时间特性分析

以施桥船闸和淮安船闸的实际运行资料为依托，对不同类型船舶的待闸时间作了统计分析比较．研究发现虽然施桥船闸与淮安船闸的待闸时间明显不同，但其待闸时间不均衡系数却很接近，特别是下行船队的待闸时间不均衡系数几乎相同．此外，淮安船闸和施桥船闸的待闸时间分布很不均匀，部分船舶的待闸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．     

三峡船闸通过能力计算研究

为合理确定三峡船闸通航后期(2009年)的通过能力,分析了船闸通过能力的主要影响因素,结合三峡船闸2004年、2005年的实际运行资料,科学地标定了各计算参数.同时,引入时间保证率的概念,对不同保证率下三峡船闸的通过能力分别进行了计算.计算结果很好地解释了船舶的待闸现象.     

船舶调度闸外编排算法

为了提高船闸的通过能力,优化船舶进闸调度,分析了三峡船闸船舶的平均过闸间隔时间,提出了闸外编排的概念,分析了船舶在进闸调度中的操作流程,以安全性和进闸耗时为目标,建立了闸外编排的数学模型,设计了相应的启发式求解算法,将模型的目标和约束条件通过启发式方法生成船舶在闸外的排序法则。数值试验分析结果表明闸外编排数学模型切实可行,排序算法可以生成安全高效的进闸方案,闸外编排的实现考虑了船舶进闸时间和安全性原则,缩短了闸次间隔时间,提高了日开闸次数,有效地提高了通航设施的整体通过能力。     

基于运动学的船舶过闸时间模型

通过对船舶过闸时间的解析,得到船舶过闸时间计算的关键在于弹性时间的计算,并利用京杭运河苏北段某梯级船闸的过闸数据,结合船舶长度和吨位的关系及交通流理论中的Greenshields模型,提出了船舶过闸时间的运动学计算方法,该方法较好地表达和计算了混合船型船舶的过闸时间,具有普适性,也可用于预测或估计船闸的可能通过能力及优化船舶调度.     

开放式对口船闸善后河枢纽联合调度模型分析与研究

以典型的开放式对口船闸善后河枢纽为例,对联合调度模型进行分析和研究。文章在国内外学者的研究基础上,结合善后河枢纽实际情况,统计了船舶过闸速度、单闸次闸阀门启闭时间、建筑物距离等相关性,形成了闸室组合模型思路,规划闸室编排简化图;同时,建立善后河枢纽联合调度模型,引入调度目标函数和约束条件,分析船舶在不同环节下调度时间和注意要点,提高闸次效率;最后,提出了联合调度预期目标,组织计划了善后河枢纽联合调度流程,为联合调度实际工作提供参考。     

提高三峡船闸通过能力的船舶运输组织方案

为提高三峡船闸的通过能力,分析了船闸通过能力影响因素,提出提高一次过闸平均吨位是提高三峡船闸通过能力的主要途径,进而提出从提高闸室水深利用和闸室面积利用两个角度来提高一次过闸平均吨位,优化船舶运输组织,即优化船型和过闸船舶组合.研究结果表明,在现有条件下,一次性过闸船舶的组合是2艘5 000t机动船和一个一顶三的驳船队（每驳船载重1 000t）的船队组合,可在闸室水深利用最大化和闸室面积利用最大化的双重提下提高三峡船闸通过能力.     

桂平航运枢纽船闸运行情况的分析

分析整理了桂平航运枢纽船闸通航以来运行的数据及指标，测算了桂平船闸的过货量，阐明了桂平船闸的过闸能力能够满足设计的要求。     

考虑边境站延误风险的中欧班列运输路径决策

为选择高效安全的中欧班列运输路径、管理运输风险，针对不同类型边境口岸节点延误时间特征，以威布尔分布刻画其延误时间的概率分布，并基于期望损失理论提出一种新的风险价值测算方法。将延误风险价值作为一种运输成本，构建“风险-时间-费用”综合运输成本最小的中欧班列路径效用模型。通过深度优先遍历算法求解从成都到柏林的中欧班列运输不同价值特性货物的路径选择方案。结果表明：高价值货物对延误风险更敏感，货物贬值速率对延误成本影响更小；最优路径的平均风险延误率为0.46，边境节点延误风险较高；单位货物价值为300万元时，最优路径的边境延误成本是运输运费的1.2倍。对沿线边境站点的延误风险监测与应急处理需要引起运输企业和铁路管理部门的重视。     

绿色通航视域下过坝船舶预约调度双目标优化研究

针对船舶到达不均衡和供需时空不匹配导致的水利枢纽通航拥堵问题,建立过坝船舶预约的双目标决策模型,优化船舶平均等待时间和到达调整率,探讨两者之间的权衡关系;进一步考虑船舶的失约情形,设计过坝预约的重调度规则。然后,利用非支配排序遗传算法的gamultiobj函数求解模型,并探讨预约机制实施前后的碳减排效果。最后,以三峡枢纽为例,验证模型的有效性。结果表明：该模型在平均等待时间和到达调整率的权衡中,得到了多样化的预约调度方案,并通过合理分配预约份额,有序管理船舶到达。同时,与原调度方案相比,理想和失约情形下的预约调度方案,可分别带来27.51 t和20.04 t的最大碳减排量;且重调度策略使到达调整率的均值降低了2.7%,减少了失约的干扰影响。     

考虑时间价值的中非多式联运路径与出海港选择

为区分细化不同货类的中非多式联运路径及出海港选择,将货物的时间价值作为一种运输成本。本文定义货物的时间价值成本由资金占用成本和货物价值损失两部分构成,考虑班轮的班期、运输报价及货物的时间价值,综合出海港的选择和到港运输路径、方式,构建路径选择模型,以期为实际的分货类出海港路径选择提供参考。通过深度优先遍历算法,求解长沙-德班算例。结果表明,班轮的班期、运输报价及货物的时间价值都将影响路径选择的结果。在运价调幅方面,对于高价值、高时间敏感度的货物,货主的出海港选择有较强的鲁棒性;对于低价值、低时间敏感度的货物,运费报价的调幅能在可控范围内(1000 USD·TEU-1 )实现货主对多个港口选择的变换,具有相对的灵活性和可控性。     

三峡库区溢油快速预报模型在回水变动区的应用研究

三峡库区危险品码头数量和吞吐量逐年增加,危险品船舶流量逐渐增大,尤其是回水变动区,长年库区航段与自然航段交替出现,航道、水文、气候条件变化较大,水上交通安全风险隐患较多,发生溢油事故风险较高.文中通过基于环境流体动力学模型和溢油漂移扩散模型建立了三峡库区溢油快速预报模型,并利用该模型对几种假定情景下的三峡库区回水变动区典型水域长寿段内的溢油事故进行了模拟,并根据模拟结果提出了相应的控制策略.     

考虑减载移泊的散货港口船舶调度优化

为提高散货港口的服务水平, 充分利用现有泊位资源, 研究了采用减载移泊策略的散货港口船舶调度优化问题; 考虑大型船舶减载移泊对散货港口船舶调度的影响, 以船舶进出港次序、移泊次序和移泊位置为决策变量, 以进出港船舶总等待时间最小为目标函数, 构建了混合整数线性规划模型; 基于模型特点设计了混合算法, 给出了生成初始种群的启发式规则, 提出了新种群的邻域构造策略, 并在模拟退火算法中引入有效的改进措施; 为验证方案及其算法的有效性, 对比了基于实际调研资料设计的方案与采用模型和算法优化的方案, 并分析了船舶乘潮比和进出港时段长度对方案优化结果的影响。研究结果表明: 与采用先到先服务思想和贪婪策略的2种现行船舶调度方案相比, 所得方案的平均优化率分别为11.07%和9.84%;船队规模从20艘增加到50艘时, 混合算法的求解耗时均在2min以内, 且所得目标函数值与下界的平均相对偏差为6.92%;随着船舶乘潮比的增加, 方案优化率和目标函数值先呈指数趋势增长, 而后趋于平稳, 乘潮比为50%左右时出现拐点; 随着进出港时段长度的增加, 方案优化率和目标函数值呈“M”形趋势变化, 且在进出港时段长度为130min左右时方案优化效果最为显著, 表明船舶调度优化模型与混合算法可行。      

三峡库区不同水位期船舶溢油控制策略研究

随着三峡库区通航条件的改善、船舶流量的持续增大,尤其是水上危险品运输业的快速发展,库区水上溢油风险形势日益严峻.本文根据三峡库区不同水位期特点,针对溢油事故高风险水域的溢油数值及围控模拟结果,提出了三峡库区不同水位期船舶溢油围控策略,并对溢油应急围油栏设备配备进行适应性分析.     

内支线集装箱班轮航线优化设计模型

内支线集装箱班轮航线运营中装卸箱量、装卸效率、航行时间及等泊时间皆具有不确定性,为了同步优化给定挂靠航线的甩箱率与适配船型、准班率与承诺到港时间,需要将上述诸多分布函数进行非线性叠加.对此,本文将对班轮船舶调度的模拟仿真引入模型与算法,仿真航次中包括船舶调节航速以控制到港时间的过程.算例绘制了不确定到港时间的航次仿真示意图,比较了不同甩箱率对应的适配船型、船舶租金与甩箱补偿,帮助验证了文章模型与算法的有效性.通过对比航速调节前后的船舶到港时间分布,发现调节航速有助于控制船舶按时到港.