基于遗传算法的控制河段船舶通行调度设计与实现

摘要

长江上游控制河段狭长曲折，往来船舶被要求必须在通行指挥下按序单向通行。如何在确保船舶通行安全的前提下，统筹规划好航道资源，提高航道利用率，是控制河段船舶通行指挥面临的一个重要问题。　　现有通行指挥方式针对来船以“先到先服务”的规则指挥，忽视了船舶在抵达控制河段前调度的可能，对待通行船舶缺乏全局上的统筹和事前诱导。现有的通行指挥仍在一定程度上仍旧“被动”，导致船舶在控制河段通航效率不高或是拥塞等情况。论文针对此问题，研究一种更为“主动”的调度策略，在整体上对船舶作出有效规划和诱导，提升现有指挥系统的决策能力。论文的主要主要研究内容如下：　　①对控制河段通航规则及调度过程进行分析，明确了效率、公平、安全三个层面的要求。将通航效率作为总目标，将公平性考量作为总目标的修正，将安全性考虑作为总目标的约束，提出控制河段船舶通行调度数学模型。　　②针对动态的船舶调度过程，设计了基于遗传算法的控制河段船舶滚动调度算法。将调度场景分为船舶跟随、船舶对遇两大情形，分别描述算法的具体实现，并利用仿真实验验证了算法的可靠性。　　③实现船舶通行调度辅助决策功能。对辅助决策的需求进行仔细分析，在原指挥系统基础上提出了系统的的总体框架。将辅助决策功能分为信号台数据管理，计算信息处理，调度信息管理，决策生成四个模块分别实现，进行了运行测试与功能验证。

目录

1 绪论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3.1 调度问题研究现状

1.3.2 遗传算法研究现状

1.4.1 研究内容

1.4.2 论文结构

1.5本章小结

2 控制河段船舶通行调度数学模型

2.1控制河段航规航法

2.2控制河段通行指挥方式

2.3船舶调度问题描述

2.4.1 模型假设

2.4.2 模型参数

2.4.3 模型建立

2.4.4 约束条件

2.5问题复杂度

2.6本章小结

3 基于遗传算法的控制河段船舶滚动调度算法

3.1滚动调度算法设计

3.1.1 滚动窗口

3.1.2 滚动规则

3.1.3 滚动调度算法流程

3.2船舶跟随态势下的滚动调度算法实现

3.2.1 滚动调度策略

3.2.2 启发式初始化

3.2.3 适应度函数与罚函数

3.2.4 遗传操作

3.2.5 仿真实验

3.3船舶对遇态势下的滚动调度算法实现

3.3.1 滚动调度策略

3.3.2 随机初始化

3.3.3 适应度函数与罚函数

3.3.4 改进遗传操作

3.3.5 仿真实验

3.4本章总结

4 船舶通行调度辅助决策功能实现

4.1控制河段指挥系统概述

4.2需求分析

4.3.1 设计原则

4.3.2 总体框架

4.3.3 功能设计

4.4具体实现

4.4.1 系统开发环境

4.4.2 信号台数据管理模块

4.4.3 计算信息处理模块

4.4.4 调度信息管理模块

4.4.5 决策生成模块

4.5运行测试与功能验证

4.6本章总结

5 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

B. 学位论文数据集

致谢