【正文】 7 運(yùn)輸方式中轉(zhuǎn)時(shí)間船型滾裝船散貨船集裝箱船船轉(zhuǎn)車時(shí)間（h）車轉(zhuǎn)船時(shí)間（h）53）滾裝船翻壩時(shí)間滾裝船最大的優(yōu)勢(shì)就是轉(zhuǎn)運(yùn)方便，不需要港口裝卸貨設(shè)備且速度較快，是三種船型中最適宜進(jìn)行水陸聯(lián)運(yùn)的船型。本文利用的系列滾裝船噸位及尺寸均超過(guò)承船箱設(shè)計(jì)要求，不能通過(guò)各梯級(jí)樞紐，只能在兩壩之間運(yùn)輸。而其他船型對(duì)裝卸設(shè)備要求較高，但烏江兩岸山險(xiǎn)而陡峭，并不適合建設(shè)大的翻壩碼頭，因此只考慮滾裝船翻壩運(yùn)輸，滾裝船翻壩運(yùn)輸時(shí)間見表38：表38 滾裝船各樞紐翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間樞紐烏江渡思林沙陀彭水翻壩運(yùn)輸時(shí)間（h）4）營(yíng)運(yùn)時(shí)間根據(jù)航運(yùn)的實(shí)際情況，設(shè)每艘船的營(yíng)運(yùn)時(shí)間為300天/年。 以船舶運(yùn)輸系統(tǒng)廣義成本最小為目標(biāo)，采用理論優(yōu)化模型對(duì)烏江多梯級(jí)樞紐區(qū)域船舶貨運(yùn)組織進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)編程優(yōu)化計(jì)算得到各類船舶完成預(yù)測(cè)年貨運(yùn)量的貨運(yùn)組織方案。該方案不僅對(duì)各類船舶的運(yùn)輸路徑進(jìn)行了規(guī)劃組織，而且完成了各運(yùn)輸路徑的船舶運(yùn)力分配等問(wèn)題。各類船舶貨運(yùn)組織方案見表39至表311：表39 散貨船貨運(yùn)組織方案運(yùn)輸路徑（━━表示水路運(yùn)輸；┅┅表示公路運(yùn)輸）貨運(yùn)量（萬(wàn)噸）散貨船運(yùn)力分配（運(yùn)量/船舶數(shù)量）500t300t200t1烏江渡港區(qū)━━彭水下游276002烏江渡港區(qū)┅┅河閃渡港區(qū)中轉(zhuǎn)━━彭水下游　　2093003烏江渡┅┅思南━━彭水下游001004河閃渡港區(qū)━━彭水下游400005思南港區(qū)┅┅沿河港區(qū)中轉(zhuǎn)━━彭水下游001006思南港區(qū)━━彭水下游`100007沿河港區(qū)━━彭水下游200008河閃渡港區(qū)━━沿河港區(qū)001009　烏江渡港區(qū)━━思南港區(qū)中轉(zhuǎn)┅┅沿河港區(qū)0010010烏江渡港區(qū)┅┅河閃渡港區(qū)中轉(zhuǎn)━━思南港區(qū)0010011思南港區(qū)┅┅沿河港區(qū)00000012河閃渡港區(qū)━━思南港區(qū)00001合計(jì)54141 表310集裝箱船船舶貨運(yùn)組織方案運(yùn)輸路徑（━━表示水路運(yùn)輸；┅┅表示公路運(yùn)輸）貨運(yùn)量（萬(wàn)噸）集裝箱船運(yùn)力分配（運(yùn)量/船舶數(shù)量）48TEU30TEU1烏江渡港區(qū)━━彭水下游812河閃渡港區(qū)━━彭水下游1003思南港區(qū)━━彭水下游8004沿河港區(qū)━━彭水下游001合計(jì)172表311滾裝船船舶貨運(yùn)組織方案運(yùn)輸路徑（━━表示水路運(yùn)輸；┅┅表示公路運(yùn)輸）貨運(yùn)量（萬(wàn)噸）滾裝船運(yùn)力分配（運(yùn)量/船舶數(shù)量）38車50車1烏江渡港區(qū)━河閃渡港區(qū)━思南港區(qū)━沿河港區(qū)━彭水下游500050202河閃渡港區(qū)━思南港區(qū)━沿河港區(qū)━彭水下游00123思南港區(qū)━沿河港區(qū)━彭水下游0034沿河港區(qū)━━彭水下游100合計(jì)135因?yàn)踅嗵菁?jí)樞紐特點(diǎn)，使其船舶貨運(yùn)系統(tǒng)更趨復(fù)雜性，組織方式優(yōu)化有別于其他船舶貨運(yùn)組織系統(tǒng)，本章針對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用多貨種多方式理論優(yōu)化模型對(duì)烏江多梯級(jí)樞紐船舶貨運(yùn)組織進(jìn)行優(yōu)化，其中針對(duì)烏江多梯級(jí)樞紐的特點(diǎn)建立單重休假規(guī)則M/G/1樞紐排隊(duì)系統(tǒng)模型，分析船舶通過(guò)樞紐通航設(shè)施的通過(guò)時(shí)間，最后綜合考慮各項(xiàng)成本及運(yùn)輸時(shí)間并應(yīng)用數(shù)學(xué)理論優(yōu)化模型得到以廣義成本最小的船舶貨運(yùn)組織優(yōu)化方案。第4章 烏江多梯級(jí)樞紐區(qū)域船舶貨運(yùn)組織仿真建模與實(shí)現(xiàn)由于烏江船舶貨運(yùn)系統(tǒng)的復(fù)雜性，構(gòu)建的理論優(yōu)化模型與實(shí)際可能會(huì)產(chǎn)生偏差，優(yōu)化的船舶貨運(yùn)組織方案的可行性需要驗(yàn)證，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展為其提供了手段。烏江多梯級(jí)樞紐區(qū)域貨運(yùn)組織系統(tǒng)仿真研究的目的是掌握系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，反映數(shù)學(xué)優(yōu)化方法所不能反映的問(wèn)題，為數(shù)學(xué)優(yōu)化得到的貨運(yùn)組織方案的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐。本章首先分析系統(tǒng)仿真的目的，接著研究烏江多梯級(jí)樞紐運(yùn)輸系統(tǒng)特征及其基本要素，要素間的相互關(guān)系等問(wèn)題，利用何種仿真平臺(tái)，接著進(jìn)行烏江多梯級(jí)樞紐系統(tǒng)建模，最后對(duì)初步方案進(jìn)行仿真模擬，檢驗(yàn)初步方案實(shí)現(xiàn)過(guò)程中所存在的問(wèn)題。所謂系統(tǒng)仿真（system simulation），就是根據(jù)系統(tǒng)分析的目的，在分析系統(tǒng)各要素性質(zhì)及其相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立能描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或行為過(guò)程的、且具有一定邏輯關(guān)系或數(shù)量關(guān)系的仿真模型，據(jù)此進(jìn)行試驗(yàn)或定量分析，以獲得正確決策所需的各種信息。利用系統(tǒng)仿真技術(shù)研究烏江梯級(jí)樞紐區(qū)域貨運(yùn)組織有以下作用：1）系統(tǒng)仿真能夠考慮數(shù)學(xué)理論優(yōu)化模型所不能考慮的問(wèn)題。當(dāng)系統(tǒng)無(wú)法通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型求解時(shí)，如仿真技術(shù)能有效地來(lái)處理。如船舶通過(guò)樞紐時(shí)間受各種因素影響，并不是定值，仿真模型可以按照實(shí)際過(guò)程進(jìn)行處理。2）仿真是一種人為的試驗(yàn)手段。它可以對(duì)無(wú)法直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，從而節(jié)省大量的能源和費(fèi)用。3） 系統(tǒng)仿真是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)分析求解問(wèn)題的技術(shù)，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，可以比較真實(shí)地描述系統(tǒng)的運(yùn)行、演變及其發(fā)展，了解系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系和系統(tǒng)狀態(tài)變化的全過(guò)程。對(duì)于烏江多梯級(jí)樞紐區(qū)域貨運(yùn)組織系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)仿真可以更好的理解系統(tǒng)在給定條件下的行為，反映出數(shù)學(xué)理論模型因其局限性而不能反映出的問(wèn)題。烏江多梯級(jí)樞紐區(qū)域貨運(yùn)組織系統(tǒng)仿真建模應(yīng)以解決以下問(wèn)題進(jìn)行：1）初步貨運(yùn)組織方案能否通過(guò)仿真模擬得以實(shí)現(xiàn)？2）運(yùn)輸系統(tǒng)瓶頸在哪里，采取何種方法有效解決系統(tǒng)瓶頸？3）運(yùn)輸系統(tǒng)中的港口及通航設(shè)施是否存在高負(fù)荷運(yùn)行的情況，采用何種過(guò)閘規(guī)則合理利用通航設(shè)施？仿真建模前應(yīng)先明確系統(tǒng)的構(gòu)成、邊界、環(huán)境和約束。系統(tǒng)邊界，即系統(tǒng)包含的功能與系統(tǒng)不包含的功能之間的界限。在仿真建模之前的系統(tǒng)分析階段必須定義系統(tǒng)邊界，只有明確了系統(tǒng)邊界，才能繼續(xù)進(jìn)行下面的分析、設(shè)計(jì)等工作。包含和不包含的功能以是否影響系統(tǒng)仿真目標(biāo)實(shí)現(xiàn)為劃分標(biāo)準(zhǔn)，在達(dá)到仿真目的的情況下盡可能的簡(jiǎn)化模型。仿真研究的航段是貴州烏江通航航段，主要解決研究區(qū)域內(nèi)貨運(yùn)組織所可能產(chǎn)生的運(yùn)輸瓶頸問(wèn)題，多梯級(jí)樞紐區(qū)域貨運(yùn)組織仿真系統(tǒng)的重點(diǎn)應(yīng)集中在區(qū)域內(nèi)與貨運(yùn)組織有關(guān)的運(yùn)輸功能區(qū)及運(yùn)輸方式，所以系統(tǒng)由通航設(shè)施、港口、公路網(wǎng)、航道網(wǎng)，各類船舶及運(yùn)輸車輛構(gòu)成。在研究區(qū)域內(nèi)，上游最頂端為烏江渡樞紐，下游最底端為彭水樞紐，所以仿真系統(tǒng)的上游邊界定為烏江渡港區(qū)，下游邊界定為彭水樞紐，運(yùn)輸系統(tǒng)只考慮從下游邊界或各港區(qū)進(jìn)入運(yùn)輸系統(tǒng)的船舶或運(yùn)輸車輛。運(yùn)輸系統(tǒng)仿真模型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖見圖41：圖41 運(yùn)輸系統(tǒng)仿真模型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖烏江多梯級(jí)樞紐區(qū)域運(yùn)輸系統(tǒng)是典型的離散事件系統(tǒng)，其主要特征為：1）船舶到達(dá)為離散事件。船舶實(shí)體到達(dá)港口或通航設(shè)施的時(shí)間是隨機(jī)的，而且到達(dá)船舶的船型特征也是隨機(jī)的。2）港口或通航設(shè)施的活動(dòng)受離散事件的驅(qū)動(dòng)。船舶實(shí)體到達(dá)通航設(shè)施會(huì)觸發(fā)通航設(shè)施設(shè)備的占用，后來(lái)到達(dá)的船舶會(huì)形成排隊(duì)，隊(duì)列的長(zhǎng)度也是離散變化的。同樣，當(dāng)船舶實(shí)體到達(dá)港口時(shí)也會(huì)引起泊位狀態(tài)的變化，裝卸設(shè)備的活動(dòng)等等。系統(tǒng)中，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變化起作用的是一些離散事件，而不是連續(xù)變化的量。根據(jù)系統(tǒng)的邊界、構(gòu)成及烏江梯級(jí)樞紐區(qū)域貨運(yùn)系統(tǒng)的特征其他離散事件系統(tǒng)一樣，烏江多梯級(jí)樞紐區(qū)域離散事件運(yùn)輸系統(tǒng)的基本要素除所有系統(tǒng)都存在的基本要素以外，還存在幾個(gè)特有的元素來(lái)幫助描述系統(tǒng)的特征。1）實(shí)體對(duì)建模而言，系統(tǒng)就是由相互存在一定關(guān)系的實(shí)體集合組成的，實(shí)體間的相互聯(lián)系和作用產(chǎn)生系統(tǒng)特定的行為。在烏江多梯級(jí)樞紐離散事件系統(tǒng)中的實(shí)體可分為兩類，即臨時(shí)實(shí)體和永久實(shí)體。臨時(shí)實(shí)體指各類船舶及運(yùn)輸車輛，是系統(tǒng)中活動(dòng)的部分，船舶及車輛按一定規(guī)則由系統(tǒng)外部到達(dá)系統(tǒng)，在系統(tǒng)中接受升船機(jī)及港口等永久實(shí)體的作用，按照一定的流程通過(guò)系統(tǒng)，最后離開系統(tǒng)。因此，臨時(shí)船舶及車輛實(shí)體只在系統(tǒng)中存在一段時(shí)間即自行消失。而升船機(jī)及港口等永久實(shí)體是系統(tǒng)中固定的部分，永久實(shí)體也稱為系統(tǒng)資源。系統(tǒng)中臨時(shí)實(shí)體的到達(dá)和離開及實(shí)體之間的相互作用促使系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生變化。2）屬性屬性是實(shí)體行為相同或相近的特征描述，一般是實(shí)體所擁有的全部特征的一個(gè)子集，用特征參數(shù)或變量表示，可以作為屬性的特征參數(shù)和變量通?？梢苑譃槿N：①實(shí)體的類型。如船型參數(shù)，包括類型及噸位等。②實(shí)體行為的描述。如船舶實(shí)體運(yùn)行的方向，速度等。③實(shí)體對(duì)排隊(duì)規(guī)則的影響。對(duì)船舶實(shí)體建立不同的“優(yōu)先級(jí)”屬性可以幫助建立“按優(yōu)先級(jí)排隊(duì)”的規(guī)則建立，如集裝箱船因時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn)過(guò)壩時(shí)應(yīng)優(yōu)先。3）活動(dòng)離散事件系統(tǒng)中的活動(dòng)，通常用于表示兩個(gè)相鄰的引起系統(tǒng)狀態(tài)變化事件之間的過(guò)程。例如船舶到達(dá)升船機(jī)事件與船舶接受服務(wù)事件之間為等候活動(dòng)，而船舶開始接受升船機(jī)服務(wù)到船舶通過(guò)升船機(jī)完畢離開兩個(gè)事件之間為服務(wù)活動(dòng)。等候活動(dòng)標(biāo)志著在升船機(jī)前船舶排隊(duì)隊(duì)列長(zhǎng)度的變化，而服務(wù)活動(dòng)則標(biāo)志著升船機(jī)狀態(tài)發(fā)生變化。一項(xiàng)活動(dòng)因?yàn)槟硞€(gè)事件開始，而活動(dòng)結(jié)束時(shí)又產(chǎn)生另一個(gè)事件。4）狀態(tài)對(duì)實(shí)體活動(dòng)的特征狀況或性態(tài)的描述，在烏江多梯級(jí)樞紐仿真模型中，船舶有“等待服務(wù)”、“接受服務(wù)”等狀態(tài)，升船機(jī)及港口泊位有“忙”和“閑”等狀態(tài)。5）事件事件就是引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的瞬間操作或行為。只有在事件的作用下，系統(tǒng)狀態(tài)才會(huì)發(fā)生變化。如當(dāng)船舶到達(dá)升船機(jī)，就可能使升船機(jī)從“閑”狀態(tài)變?yōu)椤懊Α睜顟B(tài)，而若升船機(jī)已是忙狀態(tài)，新來(lái)的船舶只能等候，這就引起系統(tǒng)的另一狀態(tài)即等候通過(guò)升船機(jī)的船舶數(shù)量發(fā)生變化。6）進(jìn)程進(jìn)程描述一個(gè)實(shí)體在系統(tǒng)中經(jīng)歷的完整過(guò)程，它包括若干個(gè)事件和若干項(xiàng)活動(dòng)。一個(gè)進(jìn)程描述了它所包括的事件及活動(dòng)間的相互邏輯關(guān)系及時(shí)序關(guān)系。例如船舶通過(guò)升船機(jī)的例子中，船舶到達(dá)開始排隊(duì)等候，到接受升船機(jī)而最終離開可稱為一個(gè)進(jìn)程。進(jìn)程是事件與活動(dòng)的組合。根據(jù)烏江多梯級(jí)樞紐離散系統(tǒng)的特點(diǎn)，選用Arena軟件作為系統(tǒng)仿真的平臺(tái)。Arena是美國(guó)Rockwell Software公司開發(fā)的通用仿真軟件。它可以很容易地建立諸如生產(chǎn)系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)等仿真模型；并可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定仿真參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模擬，從而對(duì)實(shí)際的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行有效分析和處理。Arena基于面向?qū)ο蟮乃枷牒徒Y(jié)構(gòu)化的建模概念，將專用仿真語(yǔ)言的靈活性和仿真器的易用性很好地融合到一起，直接根據(jù)實(shí)際運(yùn)行流程構(gòu)建仿真模型，符合常規(guī)的思維習(xí)慣。Arena面向?qū)ο蟮慕Ｋ枷胧峭ㄟ^(guò)利用基本仿真邏輯的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的[2829]。Arena將一些常用的仿真邏輯封裝在Block(塊，模塊)中，相關(guān)的Block集成在Template(模板)。模板有不同的層級(jí)，越高級(jí)的模板功能越豐富，構(gòu)建模型的效率也越高，但是越不靈活；越低級(jí)的模板功能越單一，構(gòu)建模型的效率也越低，但是越靈活。有些高級(jí)Block可以通過(guò)低級(jí)Block組合而成。一般應(yīng)用高級(jí)模板即可方便快捷地構(gòu)建仿真模型，對(duì)于非常復(fù)雜的仿真模型才需要用到低級(jí)模板。Arena不同版本的模板劃分不盡相同，目前包含的模板中常用的有： ① “Basic Process”基本處理模板；②“Advanced Process”高級(jí)處理模板；③“Advanced Transfer”高級(jí)傳輸模板；④“Blocks”模塊模板及“Elements”元素模板。包含各個(gè)低級(jí)模塊。如果實(shí)際系統(tǒng)模型超出Arena功能模塊范圍，還可以利用過(guò)程語(yǔ)言（如VB、C/C++）實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的建模。這種層次化的建模體系可以保證靈活地進(jìn)行各個(gè)水平上的仿真建模。Arena可以通過(guò)可視化的仿真環(huán)境將各層次的建模方法交替使用，獲得不同的建模能力。由此可見，Arena提供了一個(gè)可以適用于各種建模水平的仿真環(huán)境，兼?zhèn)湟子眯院挽`活性兩方面的優(yōu)點(diǎn)。多梯級(jí)樞紐區(qū)域貨運(yùn)組織系統(tǒng)建模應(yīng)該緊緊圍繞仿真目標(biāo)展開，側(cè)重解決初始方案遇到的問(wèn)題，而解決問(wèn)題的途徑是通過(guò)分析仿真運(yùn)行后得到一系列的運(yùn)輸系統(tǒng)服務(wù)水平指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的，在arena運(yùn)行過(guò)程中可以查看這些指標(biāo)的實(shí)時(shí)值，運(yùn)行結(jié)束后可以得到仿真報(bào)告，報(bào)告將以數(shù)據(jù)和圖表的形式表示這些指標(biāo)的平均值，極大極小值或方差。通過(guò)這些指標(biāo)，我們可以評(píng)價(jià)烏江多梯級(jí)樞紐區(qū)域各功能區(qū)的服務(wù)情況，進(jìn)而評(píng)價(jià)輸入方案的優(yōu)劣。這些指標(biāo)包括：1）統(tǒng)計(jì)并分析多梯級(jí)樞紐區(qū)域運(yùn)輸系統(tǒng)中的港口泊位及通航建筑物的資源利用率； 2）運(yùn)輸系統(tǒng)中港口、通航建筑物排隊(duì)隊(duì)列的量化指標(biāo)，如排隊(duì)長(zhǎng)度和排隊(duì)時(shí)間；3）仿真時(shí)段內(nèi)各種船舶通過(guò)各級(jí)樞紐數(shù)量和翻壩數(shù)量；4）運(yùn)輸系統(tǒng)仿真時(shí)段內(nèi)完成的貨運(yùn)量；5）船舶通過(guò)整個(gè)多梯級(jí)樞紐區(qū)域的最大時(shí)間。對(duì)于烏江多梯級(jí)樞紐系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，如果在同一層視圖內(nèi)呈現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的模型邏輯過(guò)程，將顯得過(guò)于繁雜且不便于系統(tǒng)的調(diào)試及參數(shù)的輸入，利用Arena的sub model功能可以將不同的子模型封閉起來(lái)，每個(gè)子模型都有自己工作空間層，如果需要對(duì)子模型進(jìn)行編輯時(shí)，可以進(jìn)入該子模型的空間層，回到頂層后，各子模型內(nèi)部邏輯實(shí)現(xiàn)過(guò)程被隱藏起來(lái)，各子模型通過(guò)信息交換的接口根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的構(gòu)成組合成貨運(yùn)組織系統(tǒng)仿真模型，這種建模方式使模型具有清晰的邏輯構(gòu)成，方便模型的設(shè)計(jì)者及使用者。為了完整的建立貨運(yùn)組織系統(tǒng)并體現(xiàn)面向?qū)ο蠼７绞降囊子眯院屯ㄓ眯蕴攸c(diǎn)，貨運(yùn)組織系統(tǒng)的仿真建模將在面向?qū)ο笏枷虢；A(chǔ)上結(jié)合離散系統(tǒng)仿真的仿真建模過(guò)程根據(jù)各功能區(qū)的不同功能建立五個(gè)不同的子模型，即船舶生成子模型、升船機(jī)子模型、港口子模型、船舶翻壩子模型、運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模型。這五個(gè)子模型每個(gè)都有一個(gè)系統(tǒng)邊界，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)過(guò)程被封裝在內(nèi)，當(dāng)臨時(shí)實(shí)體通過(guò)信息接口進(jìn)入子系統(tǒng)時(shí)，就會(huì)觸發(fā)該子系統(tǒng)中的事件的發(fā)生。貨運(yùn)組織系統(tǒng)存在可供各子系統(tǒng)任意調(diào)動(dòng)的全局變量，當(dāng)子模型之間需要信息交換時(shí)可以調(diào)用這些變量。另外，也可以通過(guò)臨時(shí)實(shí)體觸發(fā)其他子系統(tǒng)中的事件和活動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)間的信息交換。本節(jié)將從各子模型主要功能及邏輯流程、系統(tǒng)