基于AIS的港作拖轮调度系统研究

摘要

船繁则港兴，港口发展依赖船繁，为了吸引更多的客户，港口不得不提高服务质量和效率，港作拖轮系统首当其冲。作为无动力船舶或大型船舶完成靠、离、移等调度工作的重要工具，港作拖轮直接影响了各个船舶能否及时进入泊位进行装卸任务。高效的港作拖轮调度能够加快船舶装卸速度，缩短船期，进而提高船舶周转率，为港口和客户创造更高的经济效益。
　　 港作拖轮调度问题是港作拖轮与待服务船舶间的组合优化问题，属于NP问题，运用常规方法难以求解。目前智能算法以其优异的寻优性能在调度问题中被广泛应用，但是不同方法在不同调度问题的求解上各有优缺点。拖轮调度问题有非线性、离散、目标函数梯度信息不明的特点，遗传算法因其对优化问题的弱依赖性、求解的非线性和鲁棒性等优点在解决拖轮调度问题上拥有较好的寻优效果。本文将根据港作拖轮工作的特点，建立拖轮调度系统的模型，对标准遗传算法进行改进，并结合轮驳公司的日常工作，建立拖轮调度平台。主要有以下方面的工作:
　　 (1)介绍自动识别系统(AIS)的组成和报文信息，并通过编程借助第三方软件实时导出港口附近船舶动静态信息，为船舶调度提供原始数据。
　　 (2)结合天津港的实际情况，简化泊位分布模型，通过对港作拖轮作业流程和特点的分析确定港作拖轮调度的优化目标并建立港作拖轮调度数学模型。
　　 (3)介绍遗传算法的相关知识，并结合港作拖轮调度的特点选择适当的编码策略、遗传变异操作策略。
　　 (4)将遗传算法实现的港作拖轮调度系统与MATLAB结合，进行实例计算。
　　 最后论文在总结全文工作的基础上，指出了系统的不足之处和进一步研究的方向。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与目的

1．2 港作拖轮调度简介

1．2．1 港作拖轮的概念

1．2．2 港作拖轮作业

1．2．3 拖轮的性能要求

1．2．4 船舶申请港作拖轮作业过程

1．2．5 港作拖轮调度的意义

1．3 调度问题的研究

1．3．1 调度问题的概念

1．3．2 调度问题的发展

1．3．3 几种人工智能调度算法介绍

1．4 本文的主要工作

第2章 自动识别系统(AIS)

2．1 AIS的产生

2．2 AIS的结构和功能

2．3 AIS信息内容

2．4 AIS信息的采集

2．4．1 ClientTest软件的使用

2．4．2 ClientText导出数据内容

2．5 本章小结

第3章 港作拖轮调度系统模型的建立

3．1 拖轮调度匹配约束

3．2 泊位分布模型的简化

3．3 调度优化目标的确定

3．4 拖轮调度数学模型

3．5 本章小节

第4章 遗传算法在调度系统中的应用

4．1 遗传算法基础

4．1．1 遗传算法的生物学理念

4．1．2 遗传算法基本概念

4．1．3 模式定理 积木块假设

4．1．4 遗传算法的基本描述

4．1．5 遗传算法的运算过程

4．2 遗传编码

4．3 适应度函数

4．4 适应度函数的尺度变换

4．5 结合拖轮调度模型的遗传算法设计

4．5．1 编码策略

4．5．2 适应度函数

4．5．3 选择复制操作

4．5．4 交叉操作

4．5．5 变异操作

4．5．6 控制参数的设定

4．6 本章总结

第5章 遗传算法的matlab实现

5．1 Matlab简介

5．2 拖轮调度的MATLAB程序设计

5．2．1 拖轮匹配原则

5．2．2 适应度函数

5．2．3 遗传算法主程序

5．3 控制参数设定

5．3．1 种群规模

5．3．2 交叉概率、变异概率

5．4 实例计算

5．5 结论

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录