控制河段船舶通行多目标优化调度模型研究
发布时间：2022-01-13 00:19
长江上游控制河段通航条件差,过往船舶需根据通行信号台的指挥信号按序通过。确保控制河段船舶通行安全,提高控制河段通行效率是通行指挥的首要任务。充分应用长江“数字航道”和“智能航道”建设提供的丰富航道信息资源,进一步对控制河段的通行指挥方法进行研究和优化,可以为航道资源的有效配置、通行效率的提高以及航运运输效益的提升奠定基础。控制河段船舶通行指挥的实质是根据船舶动态信息以合理的方法对船舶进行调度,使船舶避免不必要的等候时间,安全通过控制河段。论文针对以往调度方案因缺乏丰富的船舶动态信息,为保证通行安全而弱化效率和公平,以至指挥调度被动和效率低的问题,展开兼顾公平、安全和高效的多目标优化调度模型研究。论文的主要研究内容如下:（1）对控制河段基本指挥规则和实际调度过程进行分析,通过分解船舶调度目标,分别建立控制河段船舶通行公平调度模型、安全调度模型和高效调度模型,比较分析各目标对船舶调度的具体影响。（2）针对控制河段实际调度需求,对公平、安全和高效三个目标进行合理整合,基于多目标理论构建通用的控制河段船舶通行多目标调度模型,改进蚁群算法为多目标蚁群算法寻找帕累托最优解,通过仿真和实验分析验证多...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
重庆鱼洞电子航道图
1绪论3图1.2某船在神背嘴控制河段的通行时间Fig.1.2TravelingtimeofavesselcrossingShenbeizuicontrolledwaterwayinthefirsthalfof20161.2国内外研究现状1.2.1内河航道运维管理研究现状21世纪初，对于航道疏浚工程，美国陆军工程兵每年花费五亿美元以上，而海岸警卫队则致力于远程助航（如无线电助航系统）及近程助航设施（如信号灯和浮动航标）的维护工作[7]。从规模和投入比重的纬度看，美国对航道运维相当重视，密西西比河的航道维护管理机制、内河航道网、水资源管理体制等更是发达国家内河运维建设的杰出代表[8]。欧洲政府积极干预市场，为内河航运的发展创造了优越的条件，从上世纪开始推进航运信息系统的开发。荷兰于1994年开始运行船舶报关信息系统，以甚高频（VeryHighFrequency，VHF）电话、电子数据交换技术、全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）技术为依托，实现船闸调度、船舶交通管理（VesselTrafficService,VTS）等；1996年，支持船舶航程及货运报关的BICS系统覆盖奥地利、比利时、法国、德国、瑞士、卢森堡等，与之类似的还有比利时IBIS/GINA系统、德国MIB/MOVES系统、匈牙利DISR系统等[9]。为了跨越国家和区域的限制，规范管理内河航运信息系统，欧洲自2006年起统一部署内河航运综合信息服务系统（RiverInformationServicesSystem，RIS），支持航运管理部门进行船舶调度管理、提供执法通告信息。
重庆大学硕士学位论文4我国2006年开始与荷兰展开RIS合作[10]，旨在推进内河水运信息服务系统的建设，尤其是十一五规划以后，加快构建内河信息系统的步伐。随着GPS、VTS、船舶自动识别系统（AutomaticIdentificationSystem，AIS）、电子地图、航标遥测系统等设备的安装和部署，我国内河航道粗放的管理水平得到显著改善，但仍存在信息共享机制缺失和监督机制不健全的问题[11]可能增加船舶的运营成本和燃料消耗负担。1.2.2航道调度研究现状国内学者通常认为，单向航道指某一时间段只允许一个方向（上水/下水或进港/出港）通航的航道。港口船舶调度的工作内容是在一定时间内调度有限资源，完成船舶进出港及其装卸货任务，核心是优化配置航道资源。由于与运输企业的工作效能密切相关，泊位分配问题成为港口调度的热点[12]，如图1.3所示，港口调度部门根据船舶到港时间、船舶物理条件、货物信息等调度船舶到指定码头上执行任务，并最大化港口调度的经济效益[13]。图1.3港口船舶调度简图Fig.1.3Portscheduling王中华[14]以动态船舶工作时间和船舶加权在港停留时间为核心指标构建船舶调度模型，引入大船优先策略，利用遗传算法求解最优泊位分配计划。有学者[15,16]以船舶队列在港通行总时间和在港等候总时间最小为目标，建立多目标函数，并从安全、公平的角度，对模型设定了同向船舶安全时间间隔、泊位的远近等严格的约束条件，并基于遗传算法求解函数，经仿真验证，船舶进出港总调度时间减少了40%。王冰[13]在船舶平均等待时间和总作业时间最小化的基础上，考虑总成本、泊位利用率方面的目标，基于多目标遗传算法构建散杂货港口船舶调度模型，融合加权法和Pareto最优解法处理问题，并建立船舶调度评价体系。此类调度模
【参考文献】：
期刊论文
[1]长江和密西西比河近40年航运发展比较研究[J]. 姚育胜. 武汉交通职业学院学报. 2018(03)
[2]内河集装箱港锚地—泊位资源配置多目标决策[J]. 刘名武,丰新颖,王勇. 交通运输系统工程与信息. 2017(05)
[3]三峡枢纽船舶组织调度优化研究[J]. 熊曹丰收,朱浩强,方杭,郑卫刚. 中国水运(下半月). 2016(02)
[4]长江上游控制河段船舶识别及通行指挥技术探讨[J]. 曾科伟,刘作飞,蒋明贵,闻光华. 水道港口. 2014(05)
[5]基于粒子群算法的泊位分配集成优化研究[J]. 乐美龙,黄薇. 广西大学学报(自然科学版). 2013(01)
[6]我国内河“船联网”建设研究[J]. 董耀华,孙伟,董丽华,张成雷. 水运工程. 2012(08)
[7]考虑船舶航速的船队规划非线性模型[J]. 杨秋平,谢新连,裴光石. 华南理工大学学报(自然科学版). 2011(10)
[8]关于我国内河水运信息服务系统建设的探讨[J]. 李根. 企业导报. 2011(08)
[9]船舶领域研究综述[J]. 刘绍满,王宁,吴兆麟. 大连海事大学学报. 2011(01)
[10]三峡工程两坝联合通航静态调度的异步滚动时域优化方法[J]. 张晓盼,傅希德,袁晓辉,齐欢,胡洋. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2009(06)
博士论文
[1]基于船舶调度优化的港口建设规模仿真研究[D]. 孟宁.大连海事大学 2013
[2]船舶自动识别系统（AIS）关键技术研究[D]. 刘畅.大连海事大学 2013
硕士论文
[1]动态飞机着陆调度及其经验粒子群算法研究[D]. 王满超.中国民航大学 2015
[2]基于回溯搜索算法的三峡—葛洲坝联合通航调度[D]. 侯彦红.华中科技大学 2015
[3]双控制河段船舶通行指挥系统的设计与实现[D]. 邓兴连.重庆大学 2015
[4]基于国际标准的电子海图引擎的研究及应用[D]. 徐文鹏.山东师范大学 2014
[5]基于单向航道的船舶调度优化模型与算法研究[D]. 王金涛.大连海事大学 2014
[6]控制河段船舶通行指挥决策专家系统研究与实现[D]. 程伟.重庆大学 2014
[7]基于排队网络理论的集装箱码头配置优化研究[D]. 鞠言.大连海事大学 2014
[8]基于多目标遗传算法的散杂货港口船舶调度系统研究[D]. 王冰.北京交通大学 2014
[9]控制河段船舶视觉监控与违规航行检测方法研究[D]. 柴东.重庆大学 2012
[10]基于遗传算法的港口船舶调度优化问题研究[D]. 王中华.上海海事大学 2007
本文编号：3585722
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
重庆鱼洞电子航道图
1绪论3图1.2某船在神背嘴控制河段的通行时间Fig.1.2TravelingtimeofavesselcrossingShenbeizuicontrolledwaterwayinthefirsthalfof20161.2国内外研究现状1.2.1内河航道运维管理研究现状21世纪初，对于航道疏浚工程，美国陆军工程兵每年花费五亿美元以上，而海岸警卫队则致力于远程助航（如无线电助航系统）及近程助航设施（如信号灯和浮动航标）的维护工作[7]。从规模和投入比重的纬度看，美国对航道运维相当重视，密西西比河的航道维护管理机制、内河航道网、水资源管理体制等更是发达国家内河运维建设的杰出代表[8]。欧洲政府积极干预市场，为内河航运的发展创造了优越的条件，从上世纪开始推进航运信息系统的开发。荷兰于1994年开始运行船舶报关信息系统，以甚高频（VeryHighFrequency，VHF）电话、电子数据交换技术、全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）技术为依托，实现船闸调度、船舶交通管理（VesselTrafficService,VTS）等；1996年，支持船舶航程及货运报关的BICS系统覆盖奥地利、比利时、法国、德国、瑞士、卢森堡等，与之类似的还有比利时IBIS/GINA系统、德国MIB/MOVES系统、匈牙利DISR系统等[9]。为了跨越国家和区域的限制，规范管理内河航运信息系统，欧洲自2006年起统一部署内河航运综合信息服务系统（RiverInformationServicesSystem，RIS），支持航运管理部门进行船舶调度管理、提供执法通告信息。
重庆大学硕士学位论文4我国2006年开始与荷兰展开RIS合作[10]，旨在推进内河水运信息服务系统的建设，尤其是十一五规划以后，加快构建内河信息系统的步伐。随着GPS、VTS、船舶自动识别系统（AutomaticIdentificationSystem，AIS）、电子地图、航标遥测系统等设备的安装和部署，我国内河航道粗放的管理水平得到显著改善，但仍存在信息共享机制缺失和监督机制不健全的问题[11]可能增加船舶的运营成本和燃料消耗负担。1.2.2航道调度研究现状国内学者通常认为，单向航道指某一时间段只允许一个方向（上水/下水或进港/出港）通航的航道。港口船舶调度的工作内容是在一定时间内调度有限资源，完成船舶进出港及其装卸货任务，核心是优化配置航道资源。由于与运输企业的工作效能密切相关，泊位分配问题成为港口调度的热点[12]，如图1.3所示，港口调度部门根据船舶到港时间、船舶物理条件、货物信息等调度船舶到指定码头上执行任务，并最大化港口调度的经济效益[13]。图1.3港口船舶调度简图Fig.1.3Portscheduling王中华[14]以动态船舶工作时间和船舶加权在港停留时间为核心指标构建船舶调度模型，引入大船优先策略，利用遗传算法求解最优泊位分配计划。有学者[15,16]以船舶队列在港通行总时间和在港等候总时间最小为目标，建立多目标函数，并从安全、公平的角度，对模型设定了同向船舶安全时间间隔、泊位的远近等严格的约束条件，并基于遗传算法求解函数，经仿真验证，船舶进出港总调度时间减少了40%。王冰[13]在船舶平均等待时间和总作业时间最小化的基础上，考虑总成本、泊位利用率方面的目标，基于多目标遗传算法构建散杂货港口船舶调度模型，融合加权法和Pareto最优解法处理问题，并建立船舶调度评价体系。此类调度模
【参考文献】：
期刊论文
[1]长江和密西西比河近40年航运发展比较研究[J]. 姚育胜. 武汉交通职业学院学报. 2018(03)
[2]内河集装箱港锚地—泊位资源配置多目标决策[J]. 刘名武,丰新颖,王勇. 交通运输系统工程与信息. 2017(05)
[3]三峡枢纽船舶组织调度优化研究[J]. 熊曹丰收,朱浩强,方杭,郑卫刚. 中国水运(下半月). 2016(02)
[4]长江上游控制河段船舶识别及通行指挥技术探讨[J]. 曾科伟,刘作飞,蒋明贵,闻光华. 水道港口. 2014(05)
[5]基于粒子群算法的泊位分配集成优化研究[J]. 乐美龙,黄薇. 广西大学学报(自然科学版). 2013(01)
[6]我国内河“船联网”建设研究[J]. 董耀华,孙伟,董丽华,张成雷. 水运工程. 2012(08)
[7]考虑船舶航速的船队规划非线性模型[J]. 杨秋平,谢新连,裴光石. 华南理工大学学报(自然科学版). 2011(10)
[8]关于我国内河水运信息服务系统建设的探讨[J]. 李根. 企业导报. 2011(08)
[9]船舶领域研究综述[J]. 刘绍满,王宁,吴兆麟. 大连海事大学学报. 2011(01)
[10]三峡工程两坝联合通航静态调度的异步滚动时域优化方法[J]. 张晓盼,傅希德,袁晓辉,齐欢,胡洋. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2009(06)
博士论文
[1]基于船舶调度优化的港口建设规模仿真研究[D]. 孟宁.大连海事大学 2013
[2]船舶自动识别系统（AIS）关键技术研究[D]. 刘畅.大连海事大学 2013
硕士论文
[1]动态飞机着陆调度及其经验粒子群算法研究[D]. 王满超.中国民航大学 2015
[2]基于回溯搜索算法的三峡—葛洲坝联合通航调度[D]. 侯彦红.华中科技大学 2015
[3]双控制河段船舶通行指挥系统的设计与实现[D]. 邓兴连.重庆大学 2015
[4]基于国际标准的电子海图引擎的研究及应用[D]. 徐文鹏.山东师范大学 2014
[5]基于单向航道的船舶调度优化模型与算法研究[D]. 王金涛.大连海事大学 2014
[6]控制河段船舶通行指挥决策专家系统研究与实现[D]. 程伟.重庆大学 2014
[7]基于排队网络理论的集装箱码头配置优化研究[D]. 鞠言.大连海事大学 2014
[8]基于多目标遗传算法的散杂货港口船舶调度系统研究[D]. 王冰.北京交通大学 2014
[9]控制河段船舶视觉监控与违规航行检测方法研究[D]. 柴东.重庆大学 2012
[10]基于遗传算法的港口船舶调度优化问题研究[D]. 王中华.上海海事大学 2007
本文编号：3585722
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