Proceedings of the 2004 Winter Simulation Conference
R .G. Ingalls, M. D. Rossetti, J. S. Smith, and B. A. Peters, eds.
INTEGRATION OF SIMULATION AND GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEMS: MODELING TRAFFIC FLOW IN INLAND WATERWAYS
William E. Biles Daniel Sasso
Department of Industrial Engineering University of Louisville
Louisville, KY 40292, U.S.A.
Jerry K. Bilbrey Department of Computer Science
Francis Marion University
Florence, SC 29501, U.S.A.
ABSTRACT
This paper describes the integration of Geographic Informa- tion Systems (GIS) with simulation modeling of traffic flow on inland waterways. Two separate modeling efforts are de- scribed: (a) GIS/AutoMod modeling of barge traffic on the Ohio River, and (b) GIS/Arena modeling of the transit of ocean-going vessels through the Panama Canal. These mod- eling efforts demonstrate the benefits that accrue both to modeling realism and to the initialization process with dis- crete-event models of traffic flow on these waterways.
AN AUTOMOD MODEL OF BARGE TRAFFIC ON THE OHIO RIVER
An AutoMod 11.0 model was developed of barge traffic on the Ohio River. The focus of this modeling effort was to
investigate the delays incurred at the numerous control structures along the river. Figure 1 illustrates the locks and dams on the Ohio River as it borders Kentucky. The main resources used within the model are the control structures (locks and dams) on the inland waterway system. These control structures delay each of the tows as they journey from their origin to their destination. However, they are necessary for the safe and consistent travel of these tows. The locks and dams provide a means of maintaining depthwithin the pools of water as well as keeping any rap- ids from creating disastrous conditions for the tows.
Modeling Methodology
The model is created using a path-mover system in Auto- Mod version 11.0 build 1942.7. There are two paths that follow the contour of the river. A non-accumulating sys-
(Underlined Locks have webpages ready for viewing.)
Figure 1: Control Structures along the Ohio River
tem is used to keep the tows from having collisions and for model efficiency (Moon 2003). Geographic data for the Ohio River is obtained from the Water Resource Informa- tion System Website (2003). The data comes in the form of AutoCAD format .dwg files. These files are imported into AutoMod and then used to draw the paths to scale based on the boundaries of the river. Also, geographically referenced initialization data is downloaded from the US Army Corps of Engineers website.
A “tow” is one of the basic entities flowing along the river system. It is modeled within AutoMod as a vehicle carrying a load. A “tow” consists of a tow boat and a set of barges (e.g., 15 barges). Entities flow either upstream or downstream, and can stop at any of several ports along the river to drop off and/or pick up barges. The simulation is initialized by placing entities at typical points along the river based on geographically referenced input data.
Due to the relatively small number of tows in a given area on the river at a given time, it is assumed that passing is not a problem within the model. Along this same line of logic, tows may start or continue a pass (Brewer 2004) in the bend of a river. Also, using a non-accumulating system it is assumed that as many tows as is necessary may con- currently be side by side. In actuality it is not likely that more than three tows would be in the same area at the same time. So, it is also for this reason that it is assumed that passing is not a significant problem within the model sys- tem. One end is the Greenup L amp; D another entity utilized within the AutoMod model is the control point. Control points are placed throughout the model to represent each of the logical locations where a tow would be required to stop. They represent geographically referenced locations that are used to direct the tows to their next location. As well as references for the initial locations of the tows and logical stopping points, control points are used to represent the locations of the ports between the locks. While stopped at these control points (ports) the system generates new data for the tows upcoming trip.
After model initialization, arrivals enter the system through the two ends of the system. One end is the Greenup L amp; D and the other end is the Lock 52 L amp; D. The rest of the system is self-contained accordingly. Once entering the system a tow only leaves the system by traveling to one of the two ends. At the beginning of a towrsquo;s trip its parameters are determined. Parameters that are calculated are tonnage, number of barges empty, number of barges full, destination, speed, and the number of the port where the tow is sched- uled to stop. At model initialization and again after every stop a tow updates its parameters and follows this newly prescribed route until it is finished. Then the process re- peats. This process is illustrated in Figure 2.
There are three points between each of the locks at which a tow may stop. These are evenly distributed be- tween the locks to indicate “close travel”, “medium travel”, and “distant travel” from the previous lock. These points are derived in an attempt to model the many different ports
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
基于GIS数据驱动的内河交通仿真模型的面向对象编程方法
摘要
本研究提出将地理信息系统(GIS)与竞技场仿真软件相结合，对远洋船舶通过巴拿马运河的过境进行建模。这种集成的目的是与目前正在通过系统的船只和准备开始过境的船只一起初始化仿真模型，同时考虑到排队等待时间、预订状态、导航限制和通过锁的时间。
该接口过程由采集船舶位置和属性数据组成，在GIS中以数据库格式加载，并将其分析和显示在一张包含船闸位置、锚地、捆绑站和过境路线的地图中。经过分析，Arena从数据库中读取GIS数据，并对导航时间、锁定时间和锁定时间进行仿真。
第1节
俄亥俄河驳船交通自动化模型
建立了俄亥俄河驳船交通的AutoMod 11.0模型。这一建模工作的重点是调查在沿河的众多控制结构中发生的延迟。图1说明俄亥俄河与肯塔基州接壤的船闸和水坝。模型中的主要资源是内河航道系统的控制结构(船闸和大坝)。这些控制结构延迟了每个拖头从原点到目的地的行程。然而，他们是必要的安全和一致的旅行这些拖车。这些水闸和水坝提供了一种手段来维持水塘内的深度，以及防止任何急流为拖曳造成灾难性的环境。
1.1建模方法
该模型是使用自动MOD版本11.0 Build 1942.7中的路径移动系统创建的.沿着这条河的轮廓有两条小径。非累积系统用于防止拖曳物发生碰撞和提高模型效率(2003年月)。俄亥俄河的地理数据来自水资源信息系统网站(2003年)。数据来源于AutoCAD格式的DWG文件。这些文件被导入AutoMod，然后用于根据河流的边界绘制缩放路径。此外，地理上参考的初始化数据是从美国陆军工兵部队网站下载的。
2.2数据库说明
为了开始试验，需要在路线上的不同地点用船只坐标填充一个数据库。为此目的，从巴拿马运河管理局收集了历史数据(巴拿马运河管理局网站2004)，利用2002至2003财政年度的船舶转运量来估计每天的转运数量。
容器分为不同的类别，可以由数据库管理器进行配置。这些类别是梁，牵伸，长度，市场细分/类型，和优先。
表1列出2002年和2003年按市场细分的过境数量摘要。
这种混合船只被输入MicrosoftAccess数据库，并将其坐标和类别作为示例选择以初始化仿真，下一节将对此进行解释。使用MicrosoftAccess的优点之一是它可以轻松地与ArcView接口，允许它读取地图上绘制它们的每个容器的坐标。
2.3仿真模型说明
图7给出了巴拿马运河船舶过境的简化竞技场模型。请注意，大西洋到太平洋航线有一个模型段，太平洋到大西洋航线有另一个模型段。以前开发巴拿马运河模拟模型的方法是Golkar、Shekhar和佛哈瓦拉布(1998年)世卫组织将发展过程分为两个阶段。本文参考了第二阶段所描述的仿真引擎的工作原理，并作了一些修改。
通过将仿真模型的设计划分为模块，使仿真模型得到了更好的发展和理解。这些模块是模拟具有指定规则、战略和限制的操作情景的关键组成部分(巴拿马运河管理局RFP 2003)。这些模块如下：
锁模块*该单元包括Gatun、Pedro Miguel和MiraFlores锁的所有活动。这些活动包括：利用水舱、机车和线人。
导航通道模块渠道有：太平洋入口处、米拉弗勒斯湖、库莱布拉湖、加屯湖和大西洋入口处。该模块的设计包括指定每个航道的每个船只类别的航行速度和时间。
捆绑站及系泊舱：：这些是：米拉弗勒斯锚泊站，帕莱索系泊站，加屯锚地.
拖轮舱*该模块提供拖船船队，以协助船只。
太平洋和大西洋锚舱*这些地点是船只抵达时的地点，需要当局在开始过境前进行清关。这是进入运河前的队列。生成的船只是根据其类别排定的。日程可能包括先到先得的纪律，偏好，预订，或选定的重新订购。对于该模块，根据历史数据或概率分布生成船舶到达组合，并从GIS数据库中选择。
限制和天气模块在本模块中，用户指定了所有可能影响通过运河的自然条件，如白天时间、潮汐、湖泊水位、可用水和雾。
2.4模型初始化
初始化包括在MicrosoftAccess中有一个VisualBasic宏，随机地从数据库中重新取样，在运河地图上绘制一定数量的容器。这些船只的地块代表了一天的运河通航量。通过编辑数据库，一天的运行时间可以延长到更长的时间。
在模拟开始之前，将来自GIS的所有数据加载到竞技场中，以便软件根据每艘在途和排队的船只的规格来解释这些信息和进行操作。每艘船都有自己的属性，包括：坐标、方向和类别。这意味着，如果一艘船目前位于加屯湖进入大西洋的某一坐标，则竞技场将根据船只类别和通航情况自动确定进入船闸之前的剩余时间。这将是相同的情况，每艘船从数据库中选择一个模拟运行。
第3节
摘要和结论
结果表明，利用地理参考数据对内河航道系统的仿真模型有很大的参考价值。使用地理参照模型可以使用当前的全球定位系统(GPS)数据初始化模型，并指示实际系统的短期未来状态。还有其他的初始化和采样问题有待研究，但在这两种模型中，使用实时数据进行初始化是可行的，并且大大减少了仿真运行时。
基于GIS数据驱动的内河航道交通仿真模型的面向对象编程方法
摘要：本研究提出将地理信息系统(GIS)与竞技场仿真软件相结合，对远洋船舶通过巴拿马运河的过境进行建模。这种集成的目的是与目前正在通过系统的船只和准备开始过境的船只一起初始化仿真模型，同时考虑到排队等待时间、预订状态、导航限制和通过锁的时间。该接口过程由采集船舶位置和属性数据组成，在GIS中以数据库格式加载，并将其分析和显示在一张包含船闸位置、锚地、捆绑站和过境路线的地图中。经过分析，Arena从数据库中读取GIS数据，并对导航时间、锁定时间和锁定时间进行仿真。
第1节
导言
地理信息系统(GIS)已经成为一个世界性的应用程序，它可以将任何数据与空间组件集成和关联起来，以支持许多组织的决策标准。这项研究展示了如何将地理信息系统技术与一个模拟软件相结合，作为一个接口来模拟远洋船舶通过巴拿马运河的过境过程。数据分析和集成是通过嵌入在GIS中的面向对象的编程模块和用于实现的仿真软件来完成的。
巴拿马运河提供了一个理想的机会，展示这种应用在内陆水道的潜力，能够根据运河的关键信息输入实时或定制的数据。巴拿马运河是一条50英里长的水道，通过巴拿马地峡连接大西洋和太平洋，平均每年有12，000艘船只通过，影响世界贸易格局和世界许多偏远地区的经济扩张。
实现的关键有三个主要工具：地理信息系统(GIS)、面向对象编程和基于竞技场的仿真。
第2节
方法论
2.1地理信息系统
地理信息系统所涉及的方法包括一系列步骤，这些步骤通过捕获地理数据(坐标)、将其存储在数据库中、根据位置或属性值查询具体特征来分析和管理巴拿马运河，在地图上显示船只并为仿真模型提供接口。该软件使用的映射方案包括将空间数据组织为由地理链接的主题层的集合(穆拉德-沙伊赫等人。2003年)。最初的一组层侧重于政治数据层，其中包含国家的形状和边界，政治数据层的顶部是构成巴拿马水文的湖泊和河流层。地图的下一个组成部分是通航通道和运河船闸。有五个通航通道是以东、西航道为模型的。渠道有：太平洋入口处、米拉弗勒斯湖、盖拉德湖、加屯湖和大西洋入口处。有三套锁：米拉弗勒斯锁，佩德罗米格尔锁，和盖顿锁，这些也是建模的东西车道和相应的房间。导航通道的坐标是在整个运河过境时使用Garmin GPS(全球定位系统)收集的。
2.2面向对象的编程
使用的GIS软件(ArcGISDesktop9.0)的一个宝贵优势是，这两个应用程序都带有嵌入了VisualBasicforApplications(VBA)的应用程序。此选项提供了一个集成的编程环境。这些应用程序具有VisualBasicEditor(VBE)，使接口能够编写VisualBasic(VB)宏，并将VB的功能与嵌入在软件中的广泛的对象库集成起来。面向对象编程是计算机编程语言的一种结构或设计，在这种结构或设计中，用户使用具有可执行特定指令的属性和行为的对象(伯克2003)。ArcObjects是本研究中使用的面向对象的ArcGIS应用程序开发平台。它提供了支持GIS应用程序通用的数据管理和地图显示功能的框架。在该模型中实现的对象模型如下：
ArcMap对象模型
映射层对象模型
几何对象模型
GeoDatabase对象模型
目前在系统中的船只是由过境路线层中的随机采样坐标生成的。生成这些容器的第一步是通过定义当前文档，即工作映射，使用ArcMap对象模型启动编程序列。对象导航一直持续到访问映射层对象模型，该模型包含东、西车道过境路线层。一旦选择了这些层，由于系统中的容器用地图上的点表示，就必须导航到几何对象模型。这个序列背后的逻辑是定义一个几何元素，它将是映射的一部分，以及元素的类型，在本例中是点。
通过图形用户界面(GUI)选择点数，该界面允许定义其他船只属性，如：方向(北或南)，以及基于船只类型的船只组合。当输入系统中的船只数时，执行随机坐标采样算法，生成运河内东西车道的坐标位置。当算法在迭代过程中运行时，生成的数据被放置在地理数据库中，该数据库将空间特征(点、线和区域数据)及其属性存储在关系数据库管理系统(RDBMS)表(Access、Oracle、DB2和SQLServer)中，它是所有ArcGIS应用程序的原生数据格式(穆拉德-沙伊赫等人。2003年)。地理数据库采用MicrosoftAccess数据库格式，是ArcGIS与Arena‥之间的接口，生成所有的船舶定位点，下一阶段是计算航道中受方向影响的剩余过境距离，无论是向北还是向南。这是通过映射层对象模型实现的。导航段被点分开，这些点将作为位置参考来计算距离。距离矩阵ktimes;m就是为了这个目的而开发的。完成地理信息系统模块的最后一步是为系统中的船只确定另外两个属性，确定船只在哪个航道(太平洋入口、米拉弗洛雷斯湖、盖拉德港、加屯湖或大西洋入口处)，以及根据距离矩阵和船只方向确定到下一个活动点的剩余过境距离。这是通过使用距离矩阵结构和逻辑的其他一组算法来完成的。
2.3仿真模型
为执行数据分析提供了与GIS模块交互的灵活性和工具的软件是Arena。通过GIS应用程序触发的面向对象编程，通过集成Microsoft Access、Microsoft Excel、VBA和Siman模块，展示了Arena的功能。“出于特殊需要，比如复杂的决策算法或从外部应用程序访问数据，您可以使用过程语言(如VisualBasic或C/C )编写模型的部分。”Kelton，Sadowski，和SturRock 2004)。仿真模型有三个组成部分：
模型初始化
通航通道
运河锁
2.3.1模型初始化
Arena有vba内置事件，其中心是模拟运行，如图1从hellip;Kelton，Sadowski和SturRock(2004年).
图1：竞技场模拟-运行VBA事件
RunBeginReplation事件是进行模拟初始化的地方。根据先前所述的地理信息系统模块，地理数据库包含两张表格，一张是系统中的船只在东车道，另一张是系统中的船只在西线。表中的许多属性之一是复制号。当模拟运行开始时，此事件的编码将通过SQL(结构化查询语言)指令生成一个复制表。复制表仅包含特定复制的那些容器和相应的属性。SQL指令通过包含此数据并在每个复制上更新的Siman变量验证复制号。以同样的方式使用相应的数据更新复制表。由于容器的数量取决于GISGUI输入，因此不可能有一个具有一定数量实体的竞技场创建模块。在此事件中，还有一个编码方案，它计算复制表中的记录数，并将其分配给一个名为VesselCount的变量。该变量通过面向对象编程在每个到达字段中的实体中引入创建模块，并在最大到达量中引入一个批号。这意味着所有船只将同时到达，时间等于零。这一决定背后的逻辑是，船只已经在系统中，不需要任何抵达分配。
当仿真运行开始时，系统中的船只在创建模块中生成，时间为零，并通过一系列的决策模块将其重定向到相应的导航通道，该模型基于GIS模型中创建的导航信道属性。当选择导航信道时，分配模块计算剩余的行程时间除以允许的旅行速度，并将时间旅行属性添加到船舶实体。然后，通过路由模块将所述船只连接到所述导航信道。
巴拿马运河有三种情况可供模拟：
两条中转线同时向北及南行的车辆。
两条过境线北行的车辆
两条过境线向南行驶的车辆
本文的研究重点是仿真模型的初始化。班克斯等人(2001年)提出了几种在稳态仿真中减小初始化偏差的方法，以避免这种模拟中任何人为的和不切实际的初始条件。如果它是一个现有的系统，方法是收集数据并使用它来指定更典型的初始条件。“建议模拟分析人员使用现有系统的任何可用数据来帮助初始化模拟，因为这通常比假设系统将在0时完全存储、空置和空闲或全新”(班克斯等人二00一年)。为了继续进行该方法，在现有历史组合的基础上生成了船舶数据。展望未来，有必要建立一个单一的总体产出绩效指标，并输入竞技场的统计模块，以计算所有船舶的在制品总产量(WIP)。在模拟过程中，通过绘制曲线随时间变化的曲线来跟踪该变量的历史，以便直观地逼近曲线何时趋于稳定，从而指定一个合理的热身周期。在所有三种情况下，绘制了初始化系统和非初始化系统的曲线，并演示了非初始化系统如何需
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[241332]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
|
Start Normal Operation Set Tow Tonnage Set Tow Speed Set Tow Destination Set the length of the next Stop Move Destination Port Closer Yes Is Stop Length lt; 50 within Pool (if possible) No |
||
|
Tow Stops for Stop Length amount of time |
||
|
Travel to next location No Is Current Location equal to Destination? Yes |
||
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
