一種基于動態(tài)切換的水電工程交通運輸系統(tǒng)仿真方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于交通工程領域，涉及一種基于動態(tài)切換的水電工程交通運輸系統(tǒng)仿真方法。
【背景技術】
[0002]我國的水利水電工程大多位于中西部的高山峽谷之中，地形復雜，條件惡劣。水電工程施工場內交通運輸系統(tǒng)作為其中一個重要部分，主要負責工程建設的物料運輸和管理，既要滿足工期要求，又要保證運輸的通暢，是工程施工進度控制和成本控制的關鍵因素。
[0003]水電工程施工場內交通運輸系統(tǒng)具有結構復雜、開放性強、隨機性以及不確定性因素多等特點，是一個動態(tài)的復雜大系統(tǒng)，因此很難用數學模型完整描述。隨著計算機技術和系統(tǒng)仿真理論的發(fā)展，建立大型水電工程交通運輸系統(tǒng)的仿真已成為可能。
[0004]現有的水電工程交通運輸系統(tǒng)仿真方法大多是離散事件系統(tǒng)仿真技術，這其中很重要的一點是活動的持續(xù)時間，它影響到整個仿真過程的推進。由于實際的水電工程施工場內施工車輛與社會車輛共用道路、道路平峰高峰交通參數不同等情況的存在，使得同一活動的持續(xù)時間并不是不變的，也不是服從同一個概率分布的，而是不斷變化的。因此在仿真過程推進的過程中，實時調整活動的持續(xù)時間是十分有必要的。
[0005]目前，國內外對于水電工程交通運輸系統(tǒng)的仿真技術如排隊網絡模型、循環(huán)網絡模型、賦時Petri網等對活動的持續(xù)時間大部分是采用同一概率分布，這與實際情況有一定的差距。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基于動態(tài)切換的水電工程交通運輸系統(tǒng)仿真方法。
[0007]本發(fā)明方法包括以下步驟:
[0008]步驟(I).采集待測施工區(qū)域各時段內不同活動的持續(xù)時間數據，對采集到的時間數據按該活動在施工區(qū)域交通運輸系統(tǒng)所處的子系統(tǒng)分別進行辨識，根據辨識后的參數構建相應活動的持續(xù)時間模型；然后將上述所有時段內不同活動的持續(xù)時間模型存儲在持續(xù)時間模型庫中；
[0009]所述的采集方法可以是根據安裝在施工車輛上的檢測器與道路兩側的接收器進行通信得到持續(xù)時間數據；
[0010]所述的活動包括裝料、卸料、重行、空返、貧口通行；
[0011]所述的時段根據實際的交通狀況按照高峰期、平峰期將一天24小時分為若干個時段；
[0012]所述的子系統(tǒng)包括裝料系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、岔口系統(tǒng)和道路系統(tǒng)，其中裝料活動屬于裝料系統(tǒng)，卸料活動屬于卸料系統(tǒng)，岔口通行活動屬于岔口系統(tǒng)，重行活動和空返活動屬于道路系統(tǒng)；
[0013]所述的辨識根據活動的不同采用不同的概率密度模型，得到不同的模型參數，具體是:
[0014]①對于裝料活動和岔口活動，其持續(xù)時間認為服從正態(tài)分布Ν( μ，σ 2)，因此根據采集到的數據利用參數估計的方法得到均值μ和方差σ2;
[0015]②對于卸料活動，其持續(xù)時間認為服從負指數分布E ( λ )，因此根據采集到的數據利用參數估計的方法得到均值λ ；
[0016]③對于重行活動和空返活動，其持續(xù)時間認為服從均勻分布U(a，b)，其中a為最小持續(xù)時間，b為最大持續(xù)時間，利用采集到的數據估計出a和b ;
[0017]進一步地，對于同一個活動，由于其在不同時段可能處于不同的交通環(huán)境，得到的模型參數也可能是不同的；
[0018]所述的參數估計方法包括最小二乘估計、極大似然估計等；
[0019]步驟(2).利用離散事件系統(tǒng)仿真模型對待測施工區(qū)域交通運輸系統(tǒng)各子系統(tǒng)分別建模，然后將系統(tǒng)參數存儲在系統(tǒng)參數數據庫中，并將各子系統(tǒng)按照相應的邏輯關系組合成施工區(qū)域交通運輸系統(tǒng)仿真模型；
[0020]所述的離散事件系統(tǒng)仿真模型為現有成熟模型，可以是排隊網絡模型、循環(huán)網絡模型、賦時Petri網等當前使用較多的模型；
[0021]所述的子系統(tǒng)與步驟(I)中的子系統(tǒng)相同；
[0022]所述的建模包括確定各子系統(tǒng)包含的活動、活動進行所需的各種資源、模型中所需的各種參數；其中所述的資源指系統(tǒng)中不斷進行著狀態(tài)變化和流動的實體，如機械設備、土石方等；所述的系統(tǒng)參數包括裝載機型號和數量、自卸汽車型號和數量、料場土石方量、資源的成本等；
[0023]所述的子系統(tǒng)之間的邏輯關系是指施工場內交通運輸的流程，即是指一個裝料、運輸、卸料的循環(huán)過程；
[0024]步驟(3).將持續(xù)時間模型庫與系統(tǒng)參數數據庫導入上述步驟(2)得到的施工區(qū)域交通運輸系統(tǒng)仿真模型，然后調用初始化模塊，開始仿真；其中所述的初始化模塊包括對仿真時鐘、系統(tǒng)狀態(tài)、事件表和統(tǒng)計計數器的初始化，并產生第一個可發(fā)生事件；具體是:
[0025]3.1.檢查所有事件的工作任務能否開始；
[0026]所述的事件指引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的行為；
[0027]3.2.若事件的工作任務可以開始，各種資源流入事件觸發(fā)的活動，然后根據仿真時鐘的值調用對應時段對應活動的持續(xù)時間模型，得到活動持續(xù)時間，并計算活動結束時間，將活動結束對應的事件及活動結束時間寫入事件表，執(zhí)行步驟3.4 ;若沒有事件的工作任務可以開始，則執(zhí)行步驟3.3 ;
[0028]所述的活動結束時間=仿真時鐘當前值+活動持續(xù)時間；
[0029]所述的根據仿真時鐘的值調用對應時段的持續(xù)時間模型，實現了動態(tài)切換的機制，因為同一活動在不同時段有著不同的持續(xù)時間，通過判斷仿真時鐘所處的時段達到相應效果；
[0030]3.3.從事件表中找出最早結束的事件(即最小的活動結束時間對應的事件)，將仿真時鐘推進到活動結束時間，然后釋放活動所占用的資源；
[0031]3.4.判斷仿真過程是否完成；若沒有完成，則執(zhí)行步驟3.1，否則執(zhí)行步驟3.5 ;
[0032]3.5.計算并輸出此次仿真過程的施工成本和施工工期；
[0033]所述的施工成本是指占用資源的成本總和，施工工期是指仿真時鐘最后的值；
[0034]3.6.判斷是否要進行下一次仿真，若要進行則修改系統(tǒng)參數，執(zhí)行步驟3.1，否則執(zhí)行步驟⑷；
[0035]步驟(4).將多次仿真結果對比分析，得到最佳的系統(tǒng)參數、施工成本和施工工期。
[0036]本發(fā)明的有益效果是:
[0037]本發(fā)明可以對復雜的水電工程交通運輸系統(tǒng)進行仿真，并得到最佳的系統(tǒng)參數、施工成本和施工工期。其采用的根據仿真時鐘動態(tài)切換活動持續(xù)時間的方法很好的解決了施工車輛與社會車輛共用道路、道路高峰平峰等造成的活動持續(xù)時間不斷變化的問題；同時該方法可以運用于排隊網絡模型、循環(huán)網絡模型、賦時Petri網等大部分離散事件系統(tǒng)仿真中，具有較強的通用性，對水電工程的研宄具有重要的應用價值。
【附圖說明】
[0038]圖1是本發(fā)明所述的方法的示意圖；
[0039]圖2是本發(fā)明所述方法的仿真過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步說明。
[0041]如圖1所示，本發(fā)明主要分為兩步，第一步(步驟1-2)，采集施工區(qū)域相關數據，構建持續(xù)時間模型庫和系統(tǒng)參數數據庫，并利用離散事件系統(tǒng)仿真模型搭建施工區(qū)域交通運輸系統(tǒng)仿真模型。第二步(步驟3-4)，如圖2所示，對第一步的模型進行多次仿真計算，每次仿真修正系統(tǒng)參數，最后得到最佳系統(tǒng)參數、施工成本和施工工期。詳細步驟如下:
[0042]步驟(I).采集待測施工區(qū)域各時段內不同活動的持續(xù)時間數據，對采集到的時間數據按該活動在施工區(qū)域交通運輸系統(tǒng)所處的子系統(tǒng)分別進行辨識，根據辨識后的參數構建相應活動的持續(xù)時間模型；然后將上述所有時段內不同活動的持續(xù)時間模型存儲在持續(xù)時間模型庫中；
[0043]所述的采集方法可以是根據安裝在施工車輛上的檢測器與道路兩側的接收器進行通信得到持續(xù)時間數據；
[0044]所述的活動包括裝料、卸料、重行、空返、貧口通行；
[0045]所述的時段根據實際的交通狀況按照高峰期、平峰期將一天24小時分為若干個時段；
[0046]本發(fā)明實施例將一天分為00:00-07:00、07:00-09:00、09:00-17:00、17:00-20:00,20:00-00:00這5個時段，每個時段分別對應高峰期或者平峰期；
[0047]本發(fā)明實施例采集了施工區(qū)域30天不同時段各活動的持續(xù)時間數據，包含了不同天氣、不同交通狀況，因此采集的數據具有一定的統(tǒng)計意義；
[0048]所述的子系統(tǒng)包括裝料系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、岔口系統(tǒng)和道路系統(tǒng)，其中裝料活動屬于裝料系統(tǒng)，卸料活動屬于卸料系統(tǒng)，岔口通行活動屬于岔口系統(tǒng)，重行活動和空返活動屬于道路系統(tǒng)；
[0049]所述的辨識根據活動的不同采用不同的概率密度模型；
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