锦屏二级水电站地下洞室群高强度运输系统建模与仿真实现研究

摘要

锦屏二级水电站引水隧洞洞群作为世界上规模最大的水工隧洞洞群,具有深埋大、洞线长、洞径大的特点。各引水隧洞结构复杂、空间布置纵横交错,施工工作面多、施工组织复杂、工程量大,但施工场地却十分狭窄,交通形式较多,相互之间干扰较大,交通组织极为复杂,人工管理难度极大。如果不能合理地规划道路并有效地调度车辆行驶,极易造成通行不畅,交通堵塞,影响道路运行效率及通行安全,同时影响到现场施工进度、物资保障等。借助计算机仿真技术,研究开发出锦屏二级水电站地下洞室群交通运输系统,模拟实际施工现场交通运输情形,给出运输路线优化方案,有效解决高强度出碴、物资供应、交通等之间的相互制约和影响,保障现场物资供应和交通安全,为运输组织管理提供决策支持,大大降低交通运输管理的难度,具有现实的指导意义。
　　地下洞室群交通运输系统结构复杂、随机性强、不确定因素多,属于典型的离散事件复杂系统(Discrete Event System),目前的研究成果都借助计算机仿真技术,对各类运输主体建立模型,通过编写计算机程序,对交通运输系统进行模拟仿真。课题采用在离散动态事件系统建模中广泛采用的方法——Petri网建模方法,建立地下交通运输系统模型,并采用离散系统仿真技术进行计算机仿真模拟。
　　本文基于 Petri网建模理论给出了离散事件系统仿真方法,采用带抑止弧的颜色Petri网建模方法对锦屏二级水电站地下洞室群交通运输系统建模,建立了包括叉口、路段、自卸汽车、钻爆工作面、TBM掘进机等模型,给出了系统仿真流程以及自卸汽车仿真方案,提出了系统的框架结构,并借助 SQL Server2000工具设计了系统的数据库。
　　课题的研究采用面向对象的程序设计方法,以 Visual C＃语言作为系统开发语言,以 Visual Studio2005作为系统开发工具,分模块地开发出锦屏二级水电站地下洞室群高强度运输系统,将整个系统分为施工数据模块、交通信息辅助模块、交通运输模块、路线优化模块、仿真运行模块、交通数据统计模块、图形界面模块等七个模块。系统以 Primavera项目管理数据库中施工进度计划数据为基础数据,采用开源的Math.NET数值计算库实现了离散化处理,基于优先队列的Dijkstra最短路径优化算法给出运输路线方案,针对爆胎、地下水位过高等实际交通运输过程中的偶然因素给出了替代的运输路线,并借助 Crystal Reports水晶报表组件实现了仿真结果数据的报表显示。
　　通过运行锦屏二级水电站地下洞室群高强度运输系统的仿真实例表明,该系统对1＃引水隧洞、2＃引水隧洞、排水洞钻爆开挖及自卸汽车运碴的模拟仿真具有一定的真实性,仿真出的交通运输路线方案与交通数据统计信息可以为交通运输方案决策者实现交通运输规划与运输组织管理提供决策支持。

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引 言

1 绪论

1.1 选题背景及其意义

1.2 国内外的研究现状

1.3 研究的主要内容

1.4 本文的结构安排

2 相关理论基础

2.1 基本 Petri 网

2.2 颜色 Petri 网与抑止弧

2.3 离散事件系统仿真技术

3 系统建模与整体设计

3.1 交通运输网络图抽象

3.2 系统模型

3.3 系统设计

4 系统仿真实现

4.1 施工数据模块

4.2 交通信息辅助模块

4.3 交通运输模块

4.4 路线优化模块

4.5 仿真运行模块

4.6 交通数据统计模块

4.7 可视化模块

5 系统运行结果

5.1 系统参数设定

5.2 仿真实例

6 总结和展望

参考文献

后 记

附录一：攻读硕士期间发表的学术论文

附录二：攻读硕士期间参与的项目