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原文传递复式航道条件下的港口船舶调度优化

论文题名：	复式航道条件下的港口船舶调度优化
关键词：	复式航道;船舶调度优化;船舶交通;多目标遗传算法;数据挖掘
摘要：	随着国际贸易地不断发展、集装箱标准化和船舶吨位的不断变化等因素，促使着国际贸易的不断增长。随着船舶吨位和船型尺度的增长，能够靠泊服务这类船舶的干线港口越来越少。而航道作为这些干线港口最重要的纽带，航道通过能力制约整个港口效率提升的效应越来越明显。随着航道不断的疏浚和建设，原有的人工干预、人工管理及人工决策已经不能满足日益增加的船舶交通量的需要。本文以天津港复式航道为例，研究复式航道水域的船舶交通组织的优化方法，主要研究工作如下: 　　1.分析天津港复式航道水域的船舶交通组织规则，确定复式航道船舶组织的关键点。通过对天津港复式航道船舶交通组织规则的分析明确了复式航道的运行流程和要求，明确了船舶属性、Y字型航道口交通避让协调机理以及船舶在复式航道口29号灯浮附近的大小船分流的标准、在39号灯浮附近船舶根据去向的目的地不同等大小船合流的原则，结合天津港船舶交通服务中心(Vessel Traffic Service，VTS)对于复式航道运行的流程归纳出复式航道条件下港口船舶调度的机理为船舶调度建模与算法设计服务。　　2.建立复式航道水域船舶调度优化数学模型。从港口调度实际出发，建立了总调度时间最小和总等待时间最小的调度优化目标函数。将营运船舶按照船型、船船长和船宽对船舶需要采取主航道或小船航道进出复式航道水域进行划分;在划分等级的基础上，根据船舶进出港方向和停靠的泊位对进出港的船舶进行编号;考虑到对于超大型船舶（A类船舶）进港的特殊要求，对于这类船舶优先调度同时兼顾兼顾船舶吃水和潮高的限制，设计了大船优先调度调度的约束;考虑到船舶在港作业的连续性，当船舶航行在29号灯浮、39号灯浮、Y字航道口这些交通流汇聚和冲突的地点，建立连续性约束;对船舶在复式航道中的39号灯浮、Y字航道交叉口的汇聚分析，建立了疏解船舶交叉的约束。同时，考虑到船舶在港航行的连续性，船舶进出港的速度时一个逐渐减速/加速的过程，而由于船型不同以及船舶载态的变化导致船舶在港的速度是一个不确定的变量，设计了基于分组排序的船舶动态数据挖掘和筛选算法，将属于同一吨位和同种类型的船舶动态数据筛选出来，采用统计的方法对这些数据进行统计，得到了不同吨位和不同类型出船舶在进出天津港复式航道时的速度变化规律，建立不同船型和吨位等级的船舶进出复式航道的速度变化模型，该模型用于船舶在交叉会遇区域的船舶实时速度计算，减少了以往依靠船舶平均速度来表示船舶速度的变化的缺陷。　　3.设计了复式航道水域船舶调度优化的多目标遗传算法(CWSGA)。针对复式航道船舶调度问题的多约束、多目标和多过程的特点，设计了复式航道条件下的船舶调度多目标遗传算法。算法设计了适合复式航道调度的染色体四层编码和解码方法，考虑到船舶等待时间的极限，加入了等待时间阈值的适应度评价函数，基于序值和拥挤距离的选择算法、单点交叉算法和变异算法进行遗传操作。　　4.验证复式航道中的港口船舶调度优化的模型与算法的有效性和合理性。根据天津VTS船舶交通信息服务平台得到船舶调度数据，首先对设计的算法进行性能测试，先到先服务的规则和随机生成算法两种标准算法作为参照标准，结果表明CWSGA算法的性能优于标准算法，且当调度船舶在30-40艘次之间算法寻优的能力最优异。根据2015年3月11日进出天津港的实际数据结合仿真数据，对算法进行了验证，验证结果表明，相比传统的调度方式，使用CWSGA能够提高船舶在复式航道的调度效率。
作者：	陈向
专业：	交通信息工程及控制
导师：	张新宇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文