航道与泊位资源协调调度的船舶进出港优化模型与算法研究

maritime transport has become the main mode of transport for international trade ,the transport service quality is influenced to a large extent by the impact of vessel arrival service efficiency of the port. As an important link ,vessel arrival transport system which based on the fairways and berth scheduling of resources as a direct impact on the service efficiency of the vessel arrival of the port. Vessel arrival and scheduling research has made certain achievements, but the main focus of research waterway or berths single scheduling problem, the coordinated scheduling research lacks. So routes, berth coordinated scheduling resources has important theoretical significance and practical value. The purpose of this project is to improve the waterway running efficiency and berth efficiency, from the theoretical analysis the constraints which affect the fairway and the berth scheduling efficiency, to study scheduling problems inherent mechanism; this basis, meet the safety of the ship, the waterway conditions and berths characteristics and other physical constraints, then build the waterway and the berth resource coordination scheduling optimization model; and the use of the structural characteristics of the heuristic algorithm design algorithm solving coordination optimization model,though combining with the actual scheduling process, validate the model and algorithm. The study will be provide theoretical support and key technologies for coordinated scheduling of fairways, berths resources.

海上运输已经成为国际贸易实现的最主要运输方式，其运输服务质量很大程度上受港口对船舶进出港的服务效率等因素的影响。而基于航道与泊位资源的调度作为船舶进出港运输系统中的重要一环，直接影响港口对船舶进出港的服务效率。目前关于船舶进出港调度的研究主要侧重于研究航道或泊位单一方面调度问题，而对于两者之间的协调调度研究则相对较少。本课题旨在提高航道运行效率与泊位作业效率，将从理论上分析影响航道、泊位调度效率的制约因素，研究调度问题的内在机理；并以此为基础，在满足船舶安全、航道条件及泊位特性等物理约束条件下，建立航道、泊位资源协调调度优化模型；同时利用启发式算法的结构特点，设计求解协调优化模型的算法，通过与实际调度过程相结合，验证模型的合理性与算法的有效性。此项研究将为航道与泊位资源的协调调度提供理论支撑和关键技术，在提高船舶进出港管理效率方面具有重要的理论意义与实际应用价值。

本项目针对船舶进出港调度优化的重大需求,研究基于航道与泊位资源协调调度的优化方法。项目研究内容已按计划全部完成，达到了预期的研究目标，取得的主要成果如下：.1.从理论上分析了航道容量对船舶进出港顺序的影响问题。.船舶进出港的调度是对多条不同类型船舶确定进出航道顺序的过程。由于对每艘船舶的调度过程都要考虑船舶计划进出港时间、船舶安全间隔、航道容量、进出航道时隙分配、等约束条件，并且进场和离场是两个密切相关的过程。.2.建立了航道与泊位协调调度优化模型。.本项目在船舶计划进出港时间、船舶进出航道时隙分配、泊位物理条件及泊位效率等约束条件下，建立了航道利用率、船舶进出航道时隙分配和泊位分配的功效性、公平性为目标的协调优化模型。3.设计了适合于协调调度优化模型的求解算法。.本项目针对协调调度问题设计算法的迭代结构，针对多约束条件下的航道容量、泊位协调优化调度模型设计了启发式算法，并对算法的有效性进行了验证。.4.设计了船舶交通仿真原型系统。.原型系统分为显示模块、数据库模块、AIS（Automatic Identification System）轨迹分析模块、交通流模拟模块、港口交通组织模块。基于电子海图平台对AIS轨迹分析展开研究，提出了船舶运动识别算法和AIS轨迹还原算法，归纳船舶交通的特征与规律，统计交通流参数，再现历史交通流；通过分析船舶交通流传统模拟方式的流程和缺点，提出了一种基于样本分析的随机数生成算法和改进的交通流模拟算法，对比分析仿真交通流与历史交通流，验证交通流模拟效果，并评估与验证船舶调度优化结果。