双向通航情况下港口船舶调度优化

摘要

随着全球经济的快速发展，海上运输凭借运输量大、运价低廉等特点已经成为国际贸易中最主要的运输方式。近年来，国内各港口为适应船舶日新月异的发展和不断拥挤的海上交通，或加大建设规模或不断拓宽航道，从单向航道逐步发展到双向航道，甚至复式航道。为了提高双向通航港口船舶调度的安全性及效率，本文研究双向通航情况下港口船舶调度优化方法，主要研究工作如下:
　　1.分析了双向通航港口船舶调度机理。通过双向通航港口船舶航行规则分析了航道实施双向通航的条件;分析了船舶属性、船舶交通状况、天气等对单/双向通航的影响，结合港口船舶调度流程归纳出双向通航情况下港口船舶调度安全性、连续性与高效性的原则。
　　2.建立了双向通航港口船舶调度优化模型。从港口实际需求出发，建立了总调度时间最小和总等待时间最小的目标函数。结合港口双向通航规则与船舶通航模式影响因素，依据单/双向通航转换特性建立了模式转换约束;考虑船舶在港作业的连续性，协调航道、锚地、泊位等港口资源建立了连续性约束;通过空间到时间的转换，以调度开始时刻为切入点建立了安全性约束。
　　3.设计了双向通航港口船舶调度多目标遗传算法。针对双向通航港口船舶调度问题多约束、多目标与大规模的特点，设计双向通航港口船舶调度多目标遗传算法，搜索双向通航情况下船舶进出航道的最佳调度方案。算法设计了适合于双向通航港口船舶调度问题的三层染色体编码解码方法，加入等待时间期望评价的适应度函数，精英个体保留策略，基于序值和拥挤距离的并列选择算子、部分映射交叉算子、两点变异算子等进行遗传操作，以及遗传操作后的染色体修复算子。
　　4.验证了双向通航港口船舶调度模型与算法。建立了港口船舶调度基础数据库，并利用MATLB GUI实现调度方案求解及过程的可视化。进行了多组试验，模拟港口船舶调度情况，试验结果表明本文提出的双向通航港口船舶调度优化方法能在保证船舶安全的前提下提高港口船舶调度效率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 双向航道通过能力与通航安全研究

1．2．2 港口船舶调度建模研究

1．2．3 调度模型求解算法研究

1．3 论文主要研究内容

1．4 论文组织结构

第2章 双向通航港口船舶调度机理分析

2．1 双向通航规则

2．2 港口船舶调度流程

2．3 双向通航港口船舶调度机理

2．4 本章小结

第3章 双向通航港口船舶调度优化建模

3．1 模型假设与变量定义

3．1．1 模型假设

3．1．2 变量定义

3．2 目标函数

3．3 约束条件

3．3．1 模式转换约束

3．3．2 连续性约束

3．3．3 安全性约束

3．4 本章小结

第4章 双向通航港口船舶调度多目标遗传算法设计

4．1 遗传算法基本原理介绍

4．1．1 遗传算法基本概念

4．1．2 遗传算法思想

4．2 双向通航港口船舶调度多目标遗传算法

4．2．1 双向通航港口船舶调度多目标遗传算法思想

4．2．2 三层染色体编码

4．2．3 染色体解码

4．2．4 适应度函数设计

4．2．5 染色体修复算子

4．2．6 序值分配

4．2．7 拥挤距离计算

4．2．8 选择算子

4．2．9 交叉算子

4．2．10 变异算子

4．3 本章小结

第5章 双向通航港口船舶调度模型与算法验证

5．1 模型与算法编程实现

5．1．1 平台简介

5．1．2 程序实现

5．2 模型与算法验证

5．2．1 港口船舶调度基本信息

5．2．2 多组调度试验

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介