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原文传递基于船舶轨迹数据的内河锚地运行及优化研究

论文题名：	基于船舶轨迹数据的内河锚地运行及优化研究
关键词：	到港船舶;内河锚地;运行效率;锚位分配
摘要：	锚地作为港口的重要基础配套设施，其正常、高效地运行对保障船舶通航安全、促进港口经济发展具有重要作用。港口经济的快速发展，使得到港船舶对锚地需求不断增加，特别是内河水域，锚地资源紧缺与到港船舶数量不断增长之间的矛盾日益突出。一方面，内河锚地水域资源相对有限，建设资金投入不足，使得锚地规划建设相对滞后；另一方面，锚地运行缺少有效管理手段，船舶无序锚泊时常发生，锚泊安全难以得到保障。迫切需要研究新的锚地运行技术手段，在确保船舶锚泊安全的同时，提高锚地运行效率。　　本文围绕内河锚地运行效率与优化方法展开研究，提出内河船舶锚位面积计算方法，分析和评价锚地运行现状，提出锚泊船舶数据预测模型，构建多目标锚位分配优化模型并提出求解方法，开展仿真实验和实例验证。本文的主要研究内容包括：　　（1）为快速计算和分析内河锚泊船舶占用水域面积大小，提出一种基于Voronoi图构建的船舶锚位面积计算方法。首先采用滑动窗口算法识别得到锚泊船舶轨迹数据；然后结合K-means聚类算法对各锚泊船舶轨迹数据分别聚类，得到聚类中心作为各船锚泊船位；最后基于锚泊船位点集构建Voronoi图并计算船舶锚位面积，选取长江南京段三个锚地进行实验验证该方法的有效性，并对船舶锚泊面积充裕性做出评价。　　（2）为对锚泊船舶的数量、尺度和抛起锚时间进行预测，分别构建基于BP神经网络和小波神经网络的锚泊船舶数据预测模型。首先确定神经网络预测模型输入层、隐含层、输出层各层神经元个数；然后输入历史锚泊船舶数据作为训练样本和预测样本；最后预测得到锚泊船舶数据，选取长江南京段栖霞山油轮锚地锚泊船舶数据进行训练和预测，并对两种预测模型得到的结果进行比较分析。　　（3）为改善锚地运行现状，提升锚地运行效率，提出一种基于遗传算法的多目标锚位分配优化方法。首先确定锚地运行评价指标与计算方法，并对长江南京段三个实验锚地运行状况进行评价；然后分析现有锚位分配策略的不足，构建锚位分配的基础模型及多目标优化模型；最后提出一种基于遗传算法的锚位分配方案求解方法。　　（4）为了验证本文提出的锚位分配方法及多目标优化模型的有效性，开展仿真实验和实例验证。首先对仿真系统的模块和流程进行设计；然后分别实现船舶交通流、锚位分配和方案评价等模块；最后利用历史交通流数据和预测数据开展仿真实验，实验结果表明本文提出的锚位分配优化模型是有效的。　　本文的研究成果对于船舶驾驶人员安全抛锚具有指导意义，对于海事管理机构加强锚地安全管理，规范船舶锚泊行为，提升锚地运行效率均具有较强的理论意义和应用价值。
作者：	赵俊男
专业：	交通信息工程及控制
导师：	周春辉;徐言民
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021