三峽工程兩壩聯合通航調度算法研究.pdf

1、三峽—葛洲壩聯合通航調度系統(tǒng)是長江三峽河段上特有的一種內河航運調度系統(tǒng)，三峽工程的修建大大改善了長江中上游航道的通航條件，但不可否認的是，隨著長江中上游航運的日益繁忙，三峽大壩和葛洲壩必將成為這一水域的通航瓶頸，“十一五”期間，交通部計劃投資一百五十億元人民幣實施的長江黃金水道建設中，重點推進的六大工程中就包括三峽過壩運輸擴能(其他五項工程分別是航道治理、港口建設、船型標準化、水運保障及干支聯動)。由于三峽大壩和下游的葛洲壩相距不到40

2、公里(大約為普通船只2-4小時左右的航程)，兩者構成了一個有機的整體，因此要充分發(fā)揮該水域的航運能力就必須對兩座大壩的通航設施(包括三峽大壩的雙線五級船閘和目前尚未投入使用的升船機，以及葛洲壩的三線單級船閘)和所有過壩船只實行統(tǒng)一的通航調度管理，針對船舶過壩的聯合通航調度是這一管理模式中的主要環(huán)節(jié)，而設計穩(wěn)定高效的調度算法是實現聯合通航調度穩(wěn)定高效的關鍵。
　　 本文首先通過借鑒受到加工車間調度問題的研究成果，提出了聯合通航調度

3、問題的非線性混合整數規(guī)劃模型，這一模型主要基于聯合通航調度問題與柔性制造調度問題的相似性，從柔性制造調度問題的混合整數規(guī)劃模型演化而來，同時結合二維packing模型描述了船舶在閘室中停泊位置的優(yōu)化編排問題，該模型是一種強NP-hard復雜度的組合優(yōu)化問題，因此對于大規(guī)模的航運調度來說，可行時間內的精確優(yōu)化算法是不存在的。靜態(tài)環(huán)境中的優(yōu)化能力是對調度算法的基本要求，為了在可行的計算時間內得到穩(wěn)定有效的優(yōu)化性能，本文提出了一種混合優(yōu)化算法

4、將針對船舶過壩時間表的優(yōu)化計算轉化為針對船閘閘次時間表的優(yōu)化計算。閘次時間表優(yōu)化模型也是一種混合整數規(guī)劃模型，我們提出的混合優(yōu)化算法是一種具有啟發(fā)式變換策略的隨機局域搜索算法和模擬退火算法的合成，其中隨機局域搜索算法針對整數型優(yōu)化變量，而模擬退火算法針對實數型優(yōu)化變量，基于實際通航數據的測算表明該算法優(yōu)化性能穩(wěn)定，并且計算速度和優(yōu)化效果能夠滿足實際應用的需要。與上述針對的是全局靜態(tài)調度問題的混合優(yōu)化算法相比，更具有實用價值的是復雜環(huán)境中

5、的動態(tài)調度算法。在加工制造領域，滾動時域方法(Rolling Horizon Procedure,RHP)在Job Shop問題的單機以及并行多機系統(tǒng)動態(tài)調度中取得了非常好的效果，本文借鑒這一思路，設計了基于閘次時間表優(yōu)化的聯合通航調度滾動時域算法，在滾動時段內采用具有啟發(fā)式剪枝策略的分枝定界算法搜索最優(yōu)解。靜態(tài)調度模型下的測試結果表明該算法的全局優(yōu)化能力和計算速度均優(yōu)于全局混合優(yōu)化算法。而在實際的動態(tài)調度環(huán)境中，由于系統(tǒng)參數和船舶航行

6、的隨機性，滾動時段內的短期計劃往往只有部分能夠準確執(zhí)行，而當實際環(huán)境與預測值相差過大時就需要進行調度調整或者重調度，與Job Shop中的單機和并行多機系統(tǒng)不同的是，聯合通航調度系統(tǒng)是一種雙服務臺(大壩)的串聯結構，各服務臺面臨的輸入輸出環(huán)境是不同的，往往并不需要同時進行調度調整或者重調度，因此我們設計了一種異步滾動時域調度策略以提高滾動時域方法的靈活性并降低重調度的計算量。最后本文介紹了聯合通航調度算法在實際的航運管理系統(tǒng)中的應用，現

7、階段調度算法主要用于長時段內的調度計劃編制問題，從更大的時間跨度來看，這也是一種滾動時域調度，然而由于時域長度過大(通常為24小時)，該問題以及具有了全局靜態(tài)優(yōu)化的性質，同時在實際系統(tǒng)中需要考慮的優(yōu)化目標更加復雜，我們采取了利用較短時段內的滾動時域算法得到調度計劃初值，然后運用全局混合優(yōu)化算法進一步改進調度計劃的方法。目前這一算法已經實際應用于長江三峽通航管理局的“三峽—葛洲壩水利樞紐通航調度系統(tǒng)”中，并取得了較好的效果，得到了調度專家