復(fù)式航道條件下的港口船舶調(diào)度優(yōu)化.pdf

1、隨著國(guó)際貿(mào)易地不斷發(fā)展、集裝箱標(biāo)準(zhǔn)化和船舶噸位的不斷變化等因素，促使著國(guó)際貿(mào)易的不斷增長(zhǎng)。隨著船舶噸位和船型尺度的增長(zhǎng)，能夠靠泊服務(wù)這類船舶的干線港口越來(lái)越少。而航道作為這些干線港口最重要的紐帶，航道通過(guò)能力制約整個(gè)港口效率提升的效應(yīng)越來(lái)越明顯。隨著航道不斷的疏浚和建設(shè)，原有的人工干預(yù)、人工管理及人工決策已經(jīng)不能滿足日益增加的船舶交通量的需要。本文以天津港復(fù)式航道為例，研究復(fù)式航道水域的船舶交通組織的優(yōu)化方法，主要研究工作如下:

2、　　1.分析天津港復(fù)式航道水域的船舶交通組織規(guī)則，確定復(fù)式航道船舶組織的關(guān)鍵點(diǎn)。通過(guò)對(duì)天津港復(fù)式航道船舶交通組織規(guī)則的分析明確了復(fù)式航道的運(yùn)行流程和要求，明確了船舶屬性、Y字型航道口交通避讓協(xié)調(diào)機(jī)理以及船舶在復(fù)式航道口29號(hào)燈浮附近的大小船分流的標(biāo)準(zhǔn)、在39號(hào)燈浮附近船舶根據(jù)去向的目的地不同等大小船合流的原則，結(jié)合天津港船舶交通服務(wù)中心(Vessel Traffic Service，VTS)對(duì)于復(fù)式航道運(yùn)行的流程歸納出復(fù)式航道條件下港口

3、船舶調(diào)度的機(jī)理為船舶調(diào)度建模與算法設(shè)計(jì)服務(wù)。
　　2.建立復(fù)式航道水域船舶調(diào)度優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。從港口調(diào)度實(shí)際出發(fā)，建立了總調(diào)度時(shí)間最小和總等待時(shí)間最小的調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。將營(yíng)運(yùn)船舶按照船型、船船長(zhǎng)和船寬對(duì)船舶需要采取主航道或小船航道進(jìn)出復(fù)式航道水域進(jìn)行劃分;在劃分等級(jí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)船舶進(jìn)出港方向和?？康牟次粚?duì)進(jìn)出港的船舶進(jìn)行編號(hào);考慮到對(duì)于超大型船舶（A類船舶）進(jìn)港的特殊要求，對(duì)于這類船舶優(yōu)先調(diào)度同時(shí)兼顧兼顧船舶吃水和潮高的限制，設(shè)

4、計(jì)了大船優(yōu)先調(diào)度調(diào)度的約束;考慮到船舶在港作業(yè)的連續(xù)性，當(dāng)船舶航行在29號(hào)燈浮、39號(hào)燈浮、Y字航道口這些交通流匯聚和沖突的地點(diǎn)，建立連續(xù)性約束;對(duì)船舶在復(fù)式航道中的39號(hào)燈浮、Y字航道交叉口的匯聚分析，建立了疏解船舶交叉的約束。同時(shí)，考慮到船舶在港航行的連續(xù)性，船舶進(jìn)出港的速度時(shí)一個(gè)逐漸減速/加速的過(guò)程，而由于船型不同以及船舶載態(tài)的變化導(dǎo)致船舶在港的速度是一個(gè)不確定的變量，設(shè)計(jì)了基于分組排序的船舶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)挖掘和篩選算法，將屬于同一噸位

5、和同種類型的船舶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)篩選出來(lái)，采用統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到了不同噸位和不同類型出船舶在進(jìn)出天津港復(fù)式航道時(shí)的速度變化規(guī)律，建立不同船型和噸位等級(jí)的船舶進(jìn)出復(fù)式航道的速度變化模型，該模型用于船舶在交叉會(huì)遇區(qū)域的船舶實(shí)時(shí)速度計(jì)算，減少了以往依靠船舶平均速度來(lái)表示船舶速度的變化的缺陷。
　　3.設(shè)計(jì)了復(fù)式航道水域船舶調(diào)度優(yōu)化的多目標(biāo)遺傳算法(CWSGA)。針對(duì)復(fù)式航道船舶調(diào)度問(wèn)題的多約束、多目標(biāo)和多過(guò)程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了復(fù)式航

6、道條件下的船舶調(diào)度多目標(biāo)遺傳算法。算法設(shè)計(jì)了適合復(fù)式航道調(diào)度的染色體四層編碼和解碼方法，考慮到船舶等待時(shí)間的極限，加入了等待時(shí)間閾值的適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)，基于序值和擁擠距離的選擇算法、單點(diǎn)交叉算法和變異算法進(jìn)行遺傳操作。
　　4.驗(yàn)證復(fù)式航道中的港口船舶調(diào)度優(yōu)化的模型與算法的有效性和合理性。根據(jù)天津VTS船舶交通信息服務(wù)平臺(tái)得到船舶調(diào)度數(shù)據(jù)，首先對(duì)設(shè)計(jì)的算法進(jìn)行性能測(cè)試，先到先服務(wù)的規(guī)則和隨機(jī)生成算法兩種標(biāo)準(zhǔn)算法作為參照標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果表明