基于遗传算法的集装箱船舶配载研究

发布时间：2020-04-28 16:54

【摘要】：由于水上运输方式具有价格低、运量大等特点,因此即使是在当前航运业比较低迷的时期,水上运输方式在国际贸易总运量中仍然占有三分之二左右的份额。而集装箱水上运输方式在水上运输方式中,也扮演着越来越重要的角色,而且中国已成为世界上港口集装箱吞吐量第一的国家,在集装箱吞吐量世界排名前五的港口中就有三个。因此,如何使这些集装箱船舶能够更合理的配载集装箱对中国经济,乃至世界经济都有十分重要的意义。集装箱船舶配载问题十分复杂,可归纳成一个多目标的组合优化问题,很多研究都是在大量假设的情况下进行的,所以对实际问题进行普遍应用还有一段距离。而在我国近海的很多集装箱港口,集装箱的配载方案还是由相关配载人员凭人工经验来完成。本文首先考虑了集装箱船舶各个液舱中的装载量及自由液面对集装箱船舶配载的影响,采用SerialPort串口通过RS485接口标准设计出一套符合Modbus RTU通讯协议的船舶液舱液位实时监测方案,对集装箱船舶中的各个液舱进行了实时监测,得到的液位数据能够为集装箱船舶的配载提供重要参考。然后对集装箱及集装箱船舶做了总体的介绍,为后面能更好的研究集装箱船舶配载问题打下良好基础。对人工配载过程进行了总结,并对比了各种配载图的区别及意义,得到了集装箱船舶配载过程中需要遵循的一些原则,为后续计算机求解集装箱船舶配载问题提供依据。在查阅大量集装箱船舶配载问题的资料文献后,本文决定从应用计算机的角度出发,使用遗传算法对集装箱船舶配载问题进行求解。对遗传算法的一些基本概念进行了阐述,针对遗传算法在集装箱船舶配载问题中的应用,说明了遗传算法的基本操作、收敛性及基本特性。在已有研究基础上,提出了不同类型集装箱同时参与算法、自适应遗传算子、精英选择、多种群并行的改进方法。最后通过VB.net语言,在Windows操作系统中,完成集装箱船舶配载软件的编写,实现集装箱船舶配载问题的求解,并根据船上实际情况,完成了一部分软件使用过程中可能会用到的辅助功能。本文以大连集发公司的一条1100箱集装箱船某航次的配载问题作为工程背景,在建立的数学模型中运用优化遗传算法进行求解,并获得了满意解。通过对改进遗传算法在集装箱船舶配载问题上进行的应用,表明改进遗传算法是解决集装箱船舶配载问题的一个强有力手段,本文进行的研究对解决集装箱船舶的配载问题具有一定理论参考价值和工程应用价值。
【图文】：

船舶初稳性,自由液面,液舱

故称自由液面。当船舶发生横倾后由图2-1 可知，液舱中的液体会产生流动，其自由表面由 LS 变为 L′S′，重心由 G 变为 G′。根据合力矩定理和平行力移动原理，船舶的总重心也会发生相应的变化[23]。即船舶在使稳性力矩减小的横倾力矩作用下，升高了船舶重心，降低了船舶稳性。因此只要存在自由液面，便一定会减小船舶稳性。液舱中的液体过多或者过少时，，倾角对自由液面面积的影响变大，所以船舶倾角对液舱中自由液面面积惯性矩的影响也变大。在装有连通阀的不同液舱之间倾角对自由液面惯性矩的影响也比较复杂，以下几条结论可供船员在航海生产中应用：

示意图,自由液面,示意图,液舱

产生流动而露出一个舱底角，自由液面惯性矩情况下，液舱自由液面面积会跟着倾斜角的变大会跟着减小。自由液面面积在其法线与液舱对积惯性矩也为最小情况。当倾角继续加大时，自加大。积惯性矩最大值发生在较小倾角时，即在较小图 2-2 中，当 h > H2，且α > θ > β时，其中H液面中点到舱顶角的直线与液面的夹角， β 为的直线与液面夹角的内错角，船舶液舱中自由( 21 23 3 tan 2 1 tan 6 tanp dBd ρ v B dθ θ θ = × × 的密度，3g cm ；dv 为液舱内的体积， 3m ；B 为液体深度，m；θ为船舶横倾角，°。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U695.22

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