基于遗传算法的天津港智能动态计划编制系统研究

发布时间：2024-03-28 15:58

在天津滨海新区得到进一步开发、开放的同时,建设北方国际航运核心区,是《京津冀协同发展规划纲要》赋予天津的重要定位,天津国际航运营运中心亦投入使用,在很大程度上提高了天津港船舶交通流量,其航道通航水平逐步接近临界值,成为制约其进一步发展的不利因素。在此情况下,天津港大胆地提出了建设复式航道的想法。复式航道指的是在同一个航道截面上,至少存在2个水深各异的航槽或者航道。在天津港复式航道成功建造之后,大小船将以万吨为界分流行驶,交通繁忙时将有4股交通流同时在航道上行驶,船舶在进出港过程中可能会出现多处会遇点和交叉避让高风险水域,这对于天津海事局VTS中心而言,将进一步加大通航安全监管难度。作为天津港复式航道的安全监管方和使用方,天津海事局VTS中心拟联合天津港集团,依据复式航道通航安全管理规定细则,共同研发一套天津港智能动态计划编制系统,通过港口集团生产计划模拟生成交通流,实时验证所编排计划的通航安全性,以便在保证船舶航行安全的前提下,提高船舶进出港的通航效率。本文主要完成了如下工作:1、创建了一个以单向航道为基础的港口船舶调度模型。在对天津海事局VTS中心和码头公司展开深入调查之后,对港口船舶调度方面所存在的关键问题以及内在机制进行了系统化分析。而后结合港口公司、船舶公司的具体利润增长点设定了相应的目标函数。最后基于交通流这一层面系统化研究了船舶调度全过程操作,按照港口各区域所具有的交通流特点把调度这一环节细分为若干个子过程,并面向各子过程创建了多种应用模型,比如初始化模型与流量转换模型等,以此创建全面、完备的多目标港口船舶调度模型。2、制定了以单向航道为面向对象的船舶调度改良多目标遗传算法。把泊位冲突消解模型统一转变成相应的编码准则,基于此创建了一种相应的泊位冲突消解算法,并对编码算子进行了针对性设定:把流量转换模型与时隙分配模型均转变成统一的解码准则,继而创造性地设计了一种自遗传空间延伸至解空间的新型传递算法。3、在对系统设计目标和需要完成的任务进行深入、全面探讨之后,对系统各应用模块进行了设计,比如GIS服务器、Web服务器和数据库服务器等,该系统需要具有的功能主要有信息转换、权限管控、内网信息反馈以及外网数据显示等。4、在对航道管理总体数据进行深入分析的前提下,联系GIS处理信息特征,依靠GIS完善的空间信息、属性信息的保护功能以及实用的查询功能,设计了一个面向航道总信息的GSI显示平台,支持航道电子地图的新建、空间信息表达、查询以及导出等功能,确保系统能够按照用户需求多方式地显示航道系统信息。5、通过建设天津港智能动态计划编制系统,客观真实地反映出复式航道中交通流可能出现的风险状态,方便主管部门及时制定相应的安全保障,有效提高生产计划编制的效率,从而有效保障天津港船舶航行安全,提高船舶通航效率。6、通过建立天津港智能动态计划编制系统,将天津港集团每日生产计划模拟生成船舶交通流,根据天津海事局船舶交通管理系统安全监督管理实施细则及复式航道通航安全规定细则实时演算计划的通航安全性,对于演算未通过的计划,系统可自动推荐计划调整建议。本系统的开发既是为了保障天津港航道高危区水域的通航安全和有效监管,也是为实现港口经济效益提升提供条件。对于前者而言,本工程是公益性事业,其效益主要体现为社会效益。通过本项目的实施,可以有效地加强船舶交通管理,维持良好的通航环境,提高船舶通航安全,避免船舶碰撞事故,从而降低人员伤亡、降低船舶和货物损失。从经济效益而言,随着本系统的投入使用,天津港复式航道将会实现更大范围“双进双出”交通组织模式,使大小船舶能够及时进出港口,由此提高航道使用率、泊位利用率、减少船舶等待时间,增强港口竞争力。
【部分图文】：

1.1 课题背景及意义1.1.1 课题背景在天津滨海新区得到进一步开发、开放的同时，建设北方国际航运核心区，是《津冀协同发展规划纲要》赋予天津的重要定位，天津国际航运营运中心亦投入使用，很大程度上提高了天津港船舶交通流量，其航道通航水平逐步接近临界值，成为制约进一步发展的不利因素。在此情况下，天津港大胆地提出了建设复式航道的想法。复式航道指的是在同一个航道截面上，至少存在 2 个水深各异的航槽或者航道。中天津港复式航道于主航道南北两边均创建了一个专门支持万吨级船舶单向通航的行通路，具体可参考下图 1-1。在复式航道正式投入应用之前，天津港的每一个船舶需在主航道航行。在复式航道成功建造并投入使用之后，估计该港 70%的万吨级以下舶会在南北两边新建的小船航道内航行，形成大、小船舶分道通航的局面，彼此互不响，不仅有利于降低船舶交通压力，亦能够在很大程度上加快天津港船货周转度，提船舶通航效率，创造更多的利润。

第二章港口船舶调度模型的构建及遗传算法分析一个部门单独负责调度工作，原则上讲可以获得一个最理想的调度规划。阴晴不气以及多方面的人为因素致使量化评估指标不容易获取，，所以在本研究课题中忽两大因素。在进行精简之后，其调度工作由海事局 VTS 中心全权管理。应用到因素主要有三个：一是泊位；二是航道；三是锚地，相对于前两个因素，第三个地拥有比较丰富的资源，航道是船舶进、出港的一个基本航路，当其流量基本达容量时，该航道的通行状况就不容乐观。对于锚地而言，泊位资源比较匮乏。船处一般会遭受诸多因素的干扰，比如码头货物堆放地等，所以通常而言，船舶泊往是事先确定好的，所以在调度工作开展之前，泊位问题已经得到解决，故在此题中不对该因素进行考虑，仅对泊位冲突消解问题进行了思考。航道是连通码头的重要桥梁，船舶是否能够在航道中顺畅航行对港口的调度效率影响甚大。所以舶调度的关键在于对泊位与航道资源的合理部署。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP311.52;TP18

【参考文献】