1研究目的与意义

1.1研究目的与意义

我国内河水资源丰富，以自然水道和历史上的人工水道为基础奠定了我国基本的内河运输。其中最为主要的是船舶运输水道为长江水系，珠江水系以及京杭运河。近年来，港口以及船闸地段船舶积压问题日渐凸显，港口地段的船舶积压造成了大量货物无法正常卸船装船，这不仅损害了货主的利益，更是阻碍了港口的正常运营。对于闸口的船舶积压，长江三峡和葛洲坝地段船舶积压最为严重，以三峡为例，三峡枢纽船舶组织调度优化研究^[1]中，为缓解长江船舶的积压问题，一方面可提高三峡的通过能力，另一方面可通过货物的公路铁路分流。但根据三峡集团发布的最新数据显示，三峡船闸累计运行12.87万闸次，通过船舶73.3万艘，货运量达10.01亿吨，2011年首次突破亿吨，提前19年达到设计能力^[2]，三峡船闸的利用率高达100%。由此来看，三峡已经无法满足船舶的正常通行，大量船舶在三峡的锚地积压。所以在三峡处及时进行货物运输的分流，采用多种运输方式尤为重要。通过货物疏散的路径优化可以减少船舶在闸口处的等待时间，提高船舶到达的准点率，节约时间成本，其次缓解船闸的通行压力。

1.2国内外研究综述

1.2.1船舶积压研究综述

我国在三峡完建时期就已经提出了三峡地段货物分流的解决方案，在文献^[3]中，对于货运来说，货物分流运输主要是抓好大宗、重点、外贸、农用等物资的铁路分流运输和重滚翻坝运输分流，建立在市场主体自愿的基础上。在文献^[4]中，除了对船舶过闸应急调度和应急管控外，应急条件下的分流运输组织尤为重要，这包括源头分流运输组织和水陆联运的坝前分流运输组织，但坝前分流的主要对象是短途旅客、 普通货船和滚装船。

三峡船舶积压方面，主要源于5方面的基本原因，第一客货量的明显增加，长江开放30年来，货量增长了17倍^[5]，第二恶劣天气的影响，根据交通运输部颁布的《长江干线恶劣天气等条件下船舶禁限航管理规定》^[6]中的规定，在能见度低，水文条件不良，风力变化的恶劣条件下，船舶均应采取必要的安全防护措施，禁止航行。第三汛期大流量。第四船闸的维修和第五反恐安全的检查。

1.2.2模型算法研究综述

对于路径优化，解决优化问题的方法很多，可以分为精确算法和启发式算法两大类。由于精确算法的计算量一般会跟随问题规模的增大呈指数增长，在实际中其应用范围很有限。为此，专家们把精力主要用在了构造高质量的启发式算法上，其中常用的启发式路径优化算法包括模拟退火算法，遗传算法和蚁群算法。模拟退火算法于1953年由Metropolis等提出^[7],其灵感来源于热物理学，优化过程和固体物质退火过程具有某种程度的相似性。从某个初始解开始，利用产生函数在当前解的邻域产生新解，而是否接受新解要根据Metropolis准则来判定，重复送一过程，直到找到最优解。遗传算法由美国Michigan大学的J.Holland教授1975年首先提出,Gen(2000)^[8]运用遗传算法求解了具有模糊预约时间的车辆路径问题。蚁群算法是逐渐发展起来的仿生优化算法，A.V.Donati 等^[9]通过时间分层，采用蚁群算法求解了具有时间依赖的车辆路径问题。在文献^[10]中，张家善分析了蚁群算法在车辆路径优化问题中的应用状况，然后，研究了蚁群算法的改进问题，提出了两种改进算法：一是求解大规模VRP问题的基于密度聚类的双层蚁群算法；二是改进的混合蚁群算法。

1.2.3小结