【正文】 37：表37 運輸方式中轉(zhuǎn)時間船型滾裝船散貨船集裝箱船船轉(zhuǎn)車時間（h）車轉(zhuǎn)船時間（h）53）滾裝船翻壩時間滾裝船最大的優(yōu)勢就是轉(zhuǎn)運方便，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行水陸聯(lián)運的船型。本文利用的系列滾裝船噸位及尺寸均超過承船箱設(shè)計要求，不能通過各梯級樞紐，只能在兩壩之間運輸。而其他船型對裝卸設(shè)備要求較高，但烏江兩岸山險而陡峭，并不適合建設(shè)大的翻壩碼頭，因此只考慮滾裝船翻壩運輸，滾裝船翻壩運輸時間見表38：表38 滾裝船各樞紐翻壩轉(zhuǎn)運時間樞紐烏江渡思林沙陀彭水翻壩運輸時間（h）4）營運時間根據(jù)航運的實際情況，設(shè)每艘船的營運時間為300天/年。 以船舶運輸系統(tǒng)廣義成本最小為目標，采用理論優(yōu)化模型對烏江多梯級樞紐區(qū)域船舶貨運組織進行優(yōu)化，經(jīng)編程優(yōu)化計算得到各類船舶完成預(yù)測年貨運量的貨運組織方案。該方案不僅對各類船舶的運輸路徑進行了規(guī)劃組織，而且完成了各運輸路徑的船舶運力分配等問題。各類船舶貨運組織方案見表39至表311：表39 散貨船貨運組織方案運輸路徑（━━表示水路運輸；┅┅表示公路運輸）貨運量（萬噸）散貨船運力分配（運量/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54141 表310集裝箱船船舶貨運組織方案運輸路徑（━━表示水路運輸；┅┅表示公路運輸）貨運量（萬噸）集裝箱船運力分配（運量/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172表311滾裝船船舶貨運組織方案運輸路徑（━━表示水路運輸；┅┅表示公路運輸）貨運量（萬噸）滾裝船運力分配（運量/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135因烏江多梯級樞紐特點，使其船舶貨運系統(tǒng)更趨復(fù)雜性，組織方式優(yōu)化有別于其他船舶貨運組織系統(tǒng)，本章針對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用多貨種多方式理論優(yōu)化模型對烏江多梯級樞紐船舶貨運組織進行優(yōu)化，其中針對烏江多梯級樞紐的特點建立單重休假規(guī)則M/G/1樞紐排隊系統(tǒng)模型，分析船舶通過樞紐通航設(shè)施的通過時間，最后綜合考慮各項成本及運輸時間并應(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組織優(yōu)化方案。第4章 烏江多梯級樞紐區(qū)域船舶貨運組織仿真建模與實現(xiàn)由于烏江船舶貨運系統(tǒng)的復(fù)雜性，構(gòu)建的理論優(yōu)化模型與實際可能會產(chǎn)生偏差，優(yōu)化的船舶貨運組織方案的可行性需要驗證，計算機仿真技術(shù)的發(fā)展為其提供了手段。烏江多梯級樞紐區(qū)域貨運組織系統(tǒng)仿真研究的目的是掌握系統(tǒng)的運動規(guī)律，反映數(shù)學(xué)優(yōu)化方法所不能反映的問題，為數(shù)學(xué)優(yōu)化得到的貨運組織方案的改進提供數(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樞紐運輸系統(tǒng)特征及其基本要素，要素間的相互關(guān)系等問題，利用何種仿真平臺，接著進行烏江多梯級樞紐系統(tǒng)建模，最后對初步方案進行仿真模擬，檢驗初步方案實現(xiàn)過程中所存在的問題。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)此進行試驗或定量分析，以獲得正確決策所需的各種信息。利用系統(tǒng)仿真技術(shù)研究烏江梯級樞紐區(qū)域貨運組織有以下作用：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題。當(dāng)系統(tǒng)無法通過建立數(shù)學(xué)模型求解時，如仿真技術(shù)能有效地來處理。如船舶通過樞紐時間受各種因素影響，并不是定值，仿真模型可以按照實際過程進行處理。2）仿真是一種人為的試驗手段。它可以對無法直接進行實驗的系統(tǒng)進行仿真研究，從而節(jié)省大量的能源和費用。3） 系統(tǒng)仿真是通過實驗來分析求解問題的技術(shù)，通過仿真實驗，可以比較真實地描述系統(tǒng)的運行、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)變化的全過程。對于烏江多梯級樞紐區(qū)域貨運組織系統(tǒng)來說，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題。烏江多梯級樞紐區(qū)域貨運組織系統(tǒng)仿真建模應(yīng)以解決以下問題進行：1）初步貨運組織方案能否通過仿真模擬得以實現(xiàn)？2）運輸系統(tǒng)瓶頸在哪里，采取何種方法有效解決系統(tǒng)瓶頸？3）運輸系統(tǒng)中的港口及通航設(shè)施是否存在高負荷運行的情況，采用何種過閘規(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)進行下面的分析、設(shè)計等工作。包含和不包含的功能以是否影響系統(tǒng)仿真目標實現(xiàn)為劃分標準，在達到仿真目的的情況下盡可能的簡化模型。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)貨運組織所可能產(chǎn)生的運輸瓶頸問題，多梯級樞紐區(qū)域貨運組織仿真系統(tǒng)的重點應(yīng)集中在區(qū)域內(nèi)與貨運組織有關(guān)的運輸功能區(qū)及運輸方式，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，運輸系統(tǒng)只考慮從下游邊界或各港區(qū)進入運輸系統(tǒng)的船舶或運輸車輛。運輸系統(tǒng)仿真模型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖見圖41：圖41 運輸系統(tǒng)仿真模型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖烏江多梯級樞紐區(qū)域運輸系統(tǒng)是典型的離散事件系統(tǒng)，其主要特征為：1）船舶到達為離散事件。船舶實體到達港口或通航設(shè)施的時間是隨機的，而且到達船舶的船型特征也是隨機的。2）港口或通航設(shè)施的活動受離散事件的驅(qū)動。船舶實體到達通航設(shè)施會觸發(fā)通航設(shè)施設(shè)備的占用，后來到達的船舶會形成排隊，隊列的長度也是離散變化的。同樣，當(dāng)船舶實體到達港口時也會引起泊位狀態(tài)的變化，裝卸設(shè)備的活動等等。系統(tǒng)中，對系統(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)成及烏江梯級樞紐區(qū)域貨運系統(tǒng)的特征其他離散事件系統(tǒng)一樣，烏江多梯級樞紐區(qū)域離散事件運輸系統(tǒng)的基本要素除所有系統(tǒng)都存在的基本要素以外，還存在幾個特有的元素來幫助描述系統(tǒng)的特征。1）實體對建模而言，系統(tǒng)就是由相互存在一定關(guān)系的實體集合組成的，實體間的相互聯(lián)系和作用產(chǎn)生系統(tǒng)特定的行為。在烏江多梯級樞紐離散事件系統(tǒng)中的實體可分為兩類，即臨時實體和永久實體。臨時實體指各類船舶及運輸車輛，是系統(tǒng)中活動的部分，船舶及車輛按一定規(guī)則由系統(tǒng)外部到達系統(tǒng)，在系統(tǒng)中接受升船機及港口等永久實體的作用，按照一定的流程通過系統(tǒng)，最后離開系統(tǒng)。因此，臨時船舶及車輛實體只在系統(tǒng)中存在一段時間即自行消失。而升船機及港口等永久實體是系統(tǒng)中固定的部分，永久實體也稱為系統(tǒng)資源。系統(tǒng)中臨時實體的到達和離開及實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）屬性屬性是實體行為相同或相近的特征描述，一般是實體所擁有的全部特征的一個子集，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實體的類型。如船型參數(shù)，包括類型及噸位等。②實體行為的描述。如船舶實體運行的方向，速度等。③實體對排隊規(guī)則的影響。對船舶實體建立不同的“優(yōu)先級”屬性可以幫助建立“按優(yōu)先級排隊”的規(guī)則建立，如集裝箱船因時效性強的特點過壩時應(yīng)優(yōu)先。3）活動離散事件系統(tǒng)中的活動，通常用于表示兩個相鄰的引起系統(tǒng)狀態(tài)變化事件之間的過程。例如船舶到達升船機事件與船舶接受服務(wù)事件之間為等候活動，而船舶開始接受升船機服務(wù)到船舶通過升船機完畢離開兩個事件之間為服務(wù)活動。等候活動標志著在升船機前船舶排隊隊列長度的變化，而服務(wù)活動則標志著升船機狀態(tài)發(fā)生變化。一項活動因為某個事件開始，而活動結(jié)束時又產(chǎn)生另一個事件。4）狀態(tài)對實體活動的特征狀況或性態(tài)的描述，在烏江多梯級樞紐仿真模型中，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)才會發(fā)生變化。如當(dāng)船舶到達升船機，就可能使升船機從“閑”狀態(tài)變?yōu)椤懊Α睜顟B(tài)，而若升船機已是忙狀態(tài)，新來的船舶只能等候，這就引起系統(tǒng)的另一狀態(tài)即等候通過升船機的船舶數(shù)量發(fā)生變化。6）進程進程描述一個實體在系統(tǒng)中經(jīng)歷的完整過程，它包括若干個事件和若干項活動。一個進程描述了它所包括的事件及活動間的相互邏輯關(guān)系及時序關(guān)系。例如船舶通過升船機的例子中，船舶到達開始排隊等候，到接受升船機而最終離開可稱為一個進程。進程是事件與活動的組合。根據(jù)烏江多梯級樞紐離散系統(tǒng)的特點，選用Arena軟件作為系統(tǒng)仿真的平臺。Arena是美國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)實際需要設(shè)定仿真參數(shù)進行動態(tài)系統(tǒng)模擬，從而對實際的復(fù)雜系統(tǒng)進行有效分析和處理。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)實際運行流程構(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^利用基本仿真邏輯的組合來實現(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，越高級的模板功能越豐富，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Block可以通過低級Block組合而成。一般應(yīng)用高級模板即可方便快捷地構(gòu)建仿真模型，對于非常復(fù)雜的仿真模型才需要用到低級模板。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”高級處理模板；③“Advanced Transfer”高級傳輸模板；④“Blocks”模塊模板及“Elements”元素模板。包含各個低級模塊。如果實際系統(tǒng)模型超出Arena功能模塊范圍，還可以利用過程語言（如VB、C/C++）實現(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行各個水平上的仿真建模。Arena可以通過可視化的仿真環(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。多梯級樞紐區(qū)域貨運組織系統(tǒng)建模應(yīng)該緊緊圍繞仿真目標展開，側(cè)重解決初始方案遇到的問題，而解決問題的途徑是通過分析仿真運行后得到一系列的運輸系統(tǒng)服務(wù)水平指標實現(xiàn)的，在arena運行過程中可以查看這些指標的實時值，運行結(jié)束后可以得到仿真報告，報告將以數(shù)據(jù)和圖表的形式表示這些指標的平均值，極大極小值或方差。通過這些指標，我們可以評價烏江多梯級樞紐區(qū)域各功能區(qū)的服務(wù)情況，進而評價輸入方案的優(yōu)劣。這些指標包括：1）統(tǒng)計并分析多梯級樞紐區(qū)域運輸系統(tǒng)中的港口泊位及通航建筑物的資源利用率； 2）運輸系統(tǒng)中港口、通航建筑物排隊隊列的量化指標，如排隊長度和排隊時間；3）仿真時段內(nèi)各種船舶通過各級樞紐數(shù)量和翻壩數(shù)量；4）運輸系統(tǒng)仿真時段內(nèi)完成的貨運量；5）船舶通過整個多梯級樞紐區(qū)域的最大時間。對于烏江多梯級樞紐系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，如果在同一層視圖內(nèi)呈現(xiàn)整個系統(tǒng)的模型邏輯過程，將顯得過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，每個子模型都有自己工作空間層，如果需要對子模型進行編輯時，可以進入該子模型的空間層，回到頂層后，各子模型內(nèi)部邏輯實現(xiàn)過程被隱藏起來，各子模型通過信息交換的接口根據(jù)實際系統(tǒng)的構(gòu)成組合成貨運組織系統(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)計者及使用者。為了完整的建立貨運組織系統(tǒng)并體現(xiàn)面向?qū)ο蠼７绞降囊子眯院屯ㄓ眯蕴攸c，貨運組織系統(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)仿真的仿真建模過程根據(jù)各功能區(qū)的不同功能建立五個不同的子模型，即船舶生成子模型、升船機子模型、港口子模型、船舶翻壩子模型、運輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點模型。這五個子模型每個都有一個系統(tǒng)邊界，內(nèi)部實現(xiàn)過程被封裝在內(nèi)，當(dāng)臨時實體通過信息接口進入子系統(tǒng)時，就會觸發(fā)該子系統(tǒng)中的事件的發(fā)生。貨運組織系統(tǒng)存在可供各子系統(tǒng)任意調(diào)動的全局變量，當(dāng)子模型之間需要信息交換時可以調(diào)用這些變量。另外，也可以通過臨時實體觸發(fā)其他子系統(tǒng)中的事件和活動的方法實現(xiàn)子系統(tǒng)間的信息交換。本節(jié)將從各子模型主