葛洲坝过坝船舶闸室计划仿真研究文献综述
2020-04-15 15:17:09
武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告
| 1.目的及意义 1.1 目的及意义 长江是我国第一大河，贯通东西，与黄河并称中国的母亲河，世世代代滋养着大地，养育了一代又一代中华儿女。同时，长江连通沿岸与中部地区，在航运上发挥着极其重要的作用，又被称作黄金水道，其通货量稳居世界内河首位。水上运输具有运货量大，运送成本低的特点，仅长江运货量几乎超过全国铁路运输量的一半。然而水路运输所需时间长这一缺点是难以忽视的。 为了缓解中部用电紧张的情况，国家主持修建了葛洲坝，三峡大坝。它们同样还肩负着改善航道通航条件的重要任务，因为葛洲坝及三峡大坝的存在，极大的改善了长江三峡区域120公里水域的通行条件，而葛洲坝船闸室的调度问题，对船只通行效率有着极大的影响，因此我们需要对葛洲坝过坝船闸室进行模拟仿真研究，希望能找到更加快捷的调度方法，从而提高通行效率。 葛洲坝又被称为“万里长江第一坝”，葛洲坝枢纽航运工程为两线三闸，是配合三峡工程反调节阶梯工程，三座船闸中，大江1号船闸和三江2号船闸为中国和亚洲之最。船闸各长280米、高34米，闸室的两端有2扇闸门，下闸门两扇人字型闸高34米，宽9.7米，重600吨，有“天下第一门”之称。 葛洲坝工程作为三峡工程的辅助工程，与三峡工程协调工作，提升了三峡航道的水位，确保货船能够安全通过，同时船闸，升船机的存在也极大的提升了船只通过效率。葛洲坝一号船闸位于葛洲坝水利枢纽大江航道上，二，三号船闸位于葛洲坝水利枢纽三江航道上。一号船闸年双向通过能力2000万t，远期为5000万t，二号船闸年双向通过能力2000万t，三号船闸年双向通过能力高达5000万t。葛洲坝船闸日平均运行有载标准闸次约36个[1]。 船闸能帮助船只快速通过，若能进优化调度算法，提升船只通行效率，将极大提高长江运载能力。因此我认为对葛洲坝过坝船闸室的模拟仿真具有极大的现实意义，能有效提高通行效率，从而促进长江沿岸地区经济发展。
1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 目前国外有关大坝工程的研究多为大坝对当地地理环境[2]及生态[3]的影响，或对鱼类生存繁衍[4]的影响。 我国人口众多，发展迅速，三峡工程难以与国外相关工程对比，具有独特性。目前对于这一水域通航问题的研究主要见于国内文献，其中三峡过坝航运问题更是占了很大比重，葛洲坝工程是作为三峡工程的辅助工程建立的，因此三峡过坝通航问题研究的相关文献具有极大的参考价值。
1.2.2 国内研究现状 三峡-葛洲坝船闸自2003年投入试运行以来，船舶通过三峡大坝的双线五级船闸南北运输，三峡-葛洲坝船闸是三峡大坝的船舶航运的唯一通道，因此为了充分发挥三峡工程航运效益，提高船闸的航运能力是很有必要的。国内船的形状复杂多样、来往过闸的船舶随机性强，由于船舶管理手段欠缺，使得船舶过闸通航能力比国外一些规模小的梯级船闸低[5]。因此对三峡船闸的通航能力[6~8]进行研究势在必行。在确保三峡通航安全、有序、畅通的前提下，要最大限度地发挥其通航能力，关键在于提高船闸的使用效率，即根据船舶的申报时间和权重，在有限的闸室空间里尽量编排更多的船只[9]并确定船舶在闸室的具体位置，这就是闸室编排优化问题。闸室编排算法在保证先到先过，重点优先兼顾原则的同时，船闸闸室面积利用率应尽可能高，这属于组合优化[10]的矩形问题。对此问题卢方勇、齐欢等人提出了利用机械CAD排样算法[11]求解闸室编排，巧妙之处在于设计了一种随待闸时间指数增长的权重因子来实现船舶优先级的动态调节;刘云峰[12]综合考虑闸室面积利用率和船闸优先级，采用改进过得的深度优先搜索算法求解该问题;孙波[13~14]在研究闸室面积利用率的问题上，提出了一种降维思想，把二维的问题简化为一维的问题，然后进行启发式的搜索编排算法，这个方法大大提高了闸室利用率;刘雯丽[15]研究贪婪算法在船闸编排问题的应用;刘瑞杰[16]等人提出的贪心模拟退火算法求解闸室编排;黄文奇[17~18]等提出了二维空间Parking的拟物法;吴小涛[19]等人提出了基于拟人策略的三峡永久闸室编排新算法。上述研究成果有效的解决了当时三峡面临的通航问题，但葛洲坝的实际情况与三峡有些许区别，不能直接套用。因根据葛洲坝实际情况，最大限度利用有效闸室面积，减少船舶待闸时间，提升通过能力，以达到效率最大化。 |
2. 研究的基本内容与方案
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| 基本内容和技术方案 2.1 基本内容 1) 概述葛洲坝过坝船闸室通航问题的研究现状； 2) 参考《长江三峡-葛洲坝水利枢纽停航关键技术及应用》，《三峡—葛洲坝水利枢纽通航调度规程》在国内外文献查阅基础上，掌握和理解通航情况的已有数学模型； 3) 在数学模型目标、约束的理解基础上，分析逻辑关系，构建仿真驱动模型，同时从长江三峡调度局官方网站上获取通航数据； 4) 结合仿真软件中已有的模块，构建仿真算法； 5) 代入实际记录的通航数据进行验证，得出最终结论。 2.2 技术方案: 综上所述，本研究课题技术路线如下图3所示：
图3 技术路线图
2.3 研究主要任务: a. 完成开题报告、外文翻译； b. 学习仿真软件，搜集实际通航数据，进行仿真； c. 完成毕业论文； d. 提交仿真模型及其代码；
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参考文献
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