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原文传递船舶交通管理系统雷达站多目标选址配置优化研究

论文题名：	船舶交通管理系统雷达站多目标选址配置优化研究
关键词：	船舶交通管理系统;雷达站;选址策略;设备配置;多目标优化
摘要：	船舶交通管理系统（Vessel Traffic Service，缩写为VTS）作为现阶段我国海事主管机关进行水上交通秩序维护和管控的主要工具，自引进以来在保障船舶交通安全、提高船舶交通效率和保护水域环境等方面发挥着重要作用。而为了满足船舶大型化以及不断增长的船舶交通流量所引起的新增水域监管需求，新一轮VTS系统建设显得尤为重要。而VTS雷达站作为VTS系统的核心组成部分，在VTS系统日常的水域监管过程中发挥着至关重要的作用，因此本文针对 VTS 雷达和建站环境进行分析，从雷达电磁波衰减和变覆盖半径、障碍物遮挡和监管需求、VTS雷达站扩改建等三个方面对VTS雷达站选址配置优化展开研究。主要研究内容如下：　　（1）对考虑雷达电磁波衰减和变覆盖半径的VTS雷达站选址配置优化问题展开研究。考虑到VTS雷达存在衰减情况，分析了VTS雷达工作原理以及电磁波衰减原因，引入衰减函数进行衰减函数种类确定和测量，考虑 VTS 雷达电磁波衰减和变覆盖半径因素构建 VTS 雷达站多目标选址配置优化模型，针对模型设计自适应多目标粒子群算法进行求解，并采用ZDT测试函数进行算法性能测试，基于ArcGIS软件以莱州湾海域为研究对象进行实例验证，并针对 VTS 雷达站建站数量等因素进行敏感性分析和方案选择讨论，验证了模型的可行性和有效性。　　（2）对考虑障碍物遮挡和监管需求的VTS雷达站选址配置优化问题展开研究。考虑山脉、森林等障碍物可能影响电磁波传播，在三维空间中基于空间几何提出了障碍物遮挡判断方法，并用向量内积方法加以修正，同时提出了三维空间下的水域覆盖率计算方法；然后水域和 VTS 雷达站一般是处于一对一监控的模式，因此水域可能出现单个雷达监控失效的现象，故海事主管机关对于水域存在覆盖次数和面积覆盖率方面的特殊要求，在考虑此需求情况下构建 VTS 雷达站多目标选址配置优化模型，设计自适应混沌多目标粒子群算法进行求解，基于ArcGIS软件以肇庆市VTS雷达站项目为研究对象进行实例验证，验证了障碍物判断方法和选址配置优化模型的可行性和有效性，并对障碍物穿透率因素展开敏感性分析。　　（3）对考虑扩改建的VTS雷达站选址配置优化问题展开研究。前面两个模型都是针对新建VTS雷达站的场景，对于建站环境中存在已建VTS雷达站的VTS雷达站二阶段建设场景较难适用，因此在考虑前述四个因素的情境下，对 VTS 雷达站扩改建问题展开研究。从扩建和部分改建两个角度分别构建两阶段多目标选址配置优化模型，分别设计实例并采用算法进行模型求解，最后在考虑扩建的 VTS 雷达站选址配置优化问题中针对扩建半径和扩建雷达站数量进行敏感性分析，在考虑部分改建的 VTS 雷达站选址配置优化问题中针对停止服务VTS雷达站数量和增建VTS雷达站数量进行敏感性分析，并就分析结果提出了对策建议，也给实际环境下考虑扩改建的 VTS 雷达站选址配置优化提供了理论依据和决策支持。　　本文围绕 VTS 雷达站多目标选址配置优化问题进行了理论探讨和方法研究，通过对多场景下多影响因素的船舶交通管理系统雷达站选址配置进行建模、算法设计以及实例分析，分别取得了考虑雷达电磁波衰减和变覆盖半径、考虑障碍物遮挡和水域监管需求的 VTS 雷达站选址配置优化方案，以及考虑雷达电磁波衰减、变覆盖半径、障碍物遮挡和水域监管需求的VTS雷达站扩改建选址配置优化方案。这些成果丰富了VTS雷达站选址配置优化模型，也为其他雷达站选址配置优化问题提供借鉴与参考，同时可以给我国 VTS 雷达站实地建设提供理论依据和模型参考，对于保障我国水上交通安全和对外贸易稳定增长具有重要意义。
作者：	黄川
专业：	交通运输规划与管理
导师：	吕靖
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022