復式航道條件下的港口船舶調度優(yōu)化.pdf

1、隨著國際貿易地不斷發(fā)展、集裝箱標準化和船舶噸位的不斷變化等因素，促使著國際貿易的不斷增長。隨著船舶噸位和船型尺度的增長，能夠靠泊服務這類船舶的干線港口越來越少。而航道作為這些干線港口最重要的紐帶，航道通過能力制約整個港口效率提升的效應越來越明顯。隨著航道不斷的疏浚和建設，原有的人工干預、人工管理及人工決策已經不能滿足日益增加的船舶交通量的需要。本文以天津港復式航道為例，研究復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.分析天津港復式航道水域的船舶交通組織規(guī)則，確定復式航道船舶組織的關鍵點。通過對天津港復式航道船舶交通組織規(guī)則的分析明確了復式航道的運行流程和要求，明確了船舶屬性、Y字型航道口交通避讓協(xié)調機理以及船舶在復式航道口29號燈浮附近的大小船分流的標準、在39號燈浮附近船舶根據(jù)去向的目的地不同等大小船合流的原則，結合天津港船舶交通服務中心(Vessel Traffic Service，VTS)對于復式航道運行的流程歸納出復式航道條件下港口

3、船舶調度的機理為船舶調度建模與算法設計服務。
　　2.建立復式航道水域船舶調度優(yōu)化數(shù)學模型。從港口調度實際出發(fā)，建立了總調度時間最小和總等待時間最小的調度優(yōu)化目標函數(shù)。將營運船舶按照船型、船船長和船寬對船舶需要采取主航道或小船航道進出復式航道水域進行劃分;在劃分等級的基礎上，根據(jù)船舶進出港方向和停靠的泊位對進出港的船舶進行編號;考慮到對于超大型船舶（A類船舶）進港的特殊要求，對于這類船舶優(yōu)先調度同時兼顧兼顧船舶吃水和潮高的限制，設

4、計了大船優(yōu)先調度調度的約束;考慮到船舶在港作業(yè)的連續(xù)性，當船舶航行在29號燈浮、39號燈浮、Y字航道口這些交通流匯聚和沖突的地點，建立連續(xù)性約束;對船舶在復式航道中的39號燈浮、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，考慮到船舶在港航行的連續(xù)性，船舶進出港的速度時一個逐漸減速/加速的過程，而由于船型不同以及船舶載態(tài)的變化導致船舶在港的速度是一個不確定的變量，設計了基于分組排序的船舶動態(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態(tài)數(shù)據(jù)篩選出來，采用統(tǒng)計的方法對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，得到了不同噸位和不同類型出船舶在進出天津港復式航道時的速度變化規(guī)律，建立不同船型和噸位等級的船舶進出復式航道的速度變化模型，該模型用于船舶在交叉會遇區(qū)域的船舶實時速度計算，減少了以往依靠船舶平均速度來表示船舶速度的變化的缺陷。
　　3.設計了復式航道水域船舶調度優(yōu)化的多目標遺傳算法(CWSGA)。針對復式航道船舶調度問題的多約束、多目標和多過程的特點，設計了復式航

6、道條件下的船舶調度多目標遺傳算法。算法設計了適合復式航道調度的染色體四層編碼和解碼方法，考慮到船舶等待時間的極限，加入了等待時間閾值的適應度評價函數(shù)，基于序值和擁擠距離的選擇算法、單點交叉算法和變異算法進行遺傳操作。
　　4.驗證復式航道中的港口船舶調度優(yōu)化的模型與算法的有效性和合理性。根據(jù)天津VTS船舶交通信息服務平臺得到船舶調度數(shù)據(jù)，首先對設計的算法進行性能測試，先到先服務的規(guī)則和隨機生成算法兩種標準算法作為參照標準，結果表明