基于航道與泊位資源的船舶調(diào)度優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供一種基于航道與泊位資源的船舶調(diào)度優(yōu)化方法。本發(fā)明方法，包括：處理器根據(jù)港口不同區(qū)域的交通流特征建立初始化約束、流量轉(zhuǎn)換約束、時隙分配約束和泊位沖突消解約束；采用所有船舶在港時間最短以及所有船舶等待時間最短為目標(biāo)，建立單項航道的多目標(biāo)船舶調(diào)度優(yōu)化模型；根據(jù)所述泊位沖突消解約束、所述流量轉(zhuǎn)換約束和所述時隙分配約束設(shè)計多目標(biāo)遺傳算法；根據(jù)所述多目標(biāo)遺傳算法求解所述多目標(biāo)船舶調(diào)度優(yōu)化模型，根據(jù)所述求解結(jié)果進(jìn)行船舶調(diào)度。本發(fā)明實施例實現(xiàn)協(xié)調(diào)進(jìn)出港船舶的眾多利益方，合理的調(diào)度船舶的進(jìn)出港，避免了船舶在進(jìn)出港時航道使用上的沖突，提高了船舶進(jìn)出港的效率。
【專利說明】基于航道與泊位資源的船舶調(diào)度優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實施例涉及船舶管理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于航道與泊位資源的船舶 調(diào)度優(yōu)化方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著船舶大型化及船舶數(shù)量的增加，港口船舶日趨擁擠，港口船舶調(diào)度效率在港 口運營效益中的影響加大。航道是連接外海與港池的重要通道，航道與泊位資源的協(xié)調(diào)優(yōu) 化調(diào)度作為船舶進(jìn)出港作業(yè)系統(tǒng)中的重要一環(huán)，直接影響港口船舶調(diào)度效率。
[0003] 如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，港口船舶調(diào)度流程如下：進(jìn)港時，船舶提前24小時向 VTS中心發(fā)送船舶進(jìn)出港計劃，船方安排代理向碼頭企業(yè)申請泊位安排，向引航站申請引 航。碼頭企業(yè)做好泊位安排計劃并提交VTS中心審核，VTS中心根據(jù)船舶屬性、泊位屬性進(jìn) 行審核。船舶到達(dá)報告線之前向VTS中心發(fā)送抵港報告，申請進(jìn)港。VTS中心根據(jù)航道情況 進(jìn)行審核，若符合進(jìn)港條件，則通知船舶進(jìn)入航道并進(jìn)行靠泊作業(yè)，否則在錨地等待。船舶 完成裝卸作業(yè)后，向VTS中心申請離港。如果符合出港條件，船舶在拖輪和引航員的協(xié)助下 離港；若與其他船舶沖突，則令船舶在泊位等候，直到符合條件才安排船舶出港。船舶出報 告線后即完成出港作業(yè)。
[0004] 目前，港口船舶調(diào)度過程中主要存在以下問題：
[0005] 1.碼頭企業(yè)在制定泊位安排計劃時只根據(jù)自己掌握的泊位信息和船舶信息進(jìn)行 安排，并沒有考慮到航道等公共資源對船舶在港作業(yè)的影響，很可能導(dǎo)致船舶在航道使用 上的沖突，引發(fā)安全問題。
[0006] 2. VTS中心調(diào)度船舶進(jìn)出港時主要依靠人工經(jīng)驗，缺乏科學(xué)、合理的調(diào)度方案。
[0007] 3.港口船舶調(diào)度涉及眾多利益方，港口在船舶調(diào)度時往往根據(jù)決策者的個人喜 好，不能很好的協(xié)調(diào)效率與公平問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明實施例提供一種基于航道與泊位資源的船舶調(diào)度優(yōu)化方法，以克服現(xiàn)有技 術(shù)中港口船舶調(diào)度效率低的問題。
[0009] 本發(fā)明實施例提供一種基于航道與泊位資源的船舶調(diào)度優(yōu)化方法，包括：
[0010] 處理器根據(jù)港口不同區(qū)域的交通流特征建立初始化約束、流量轉(zhuǎn)換約束、時隙分 配約束和泊位沖突消解約束；
[0011] 采用所有船舶在港時間最少以及所有船舶等待時間最短為目標(biāo)，建立單項航道的 多目標(biāo)船舶調(diào)度優(yōu)化模型；
[0012] 根據(jù)所述泊位沖突消解約束、所述流量轉(zhuǎn)換約束和所述時隙分配約束設(shè)計多目標(biāo) 遺傳算法；
[0013] 根據(jù)所述多目標(biāo)遺傳算法求解所述多目標(biāo)船舶調(diào)度優(yōu)化模型，根據(jù)所述求解結(jié)果 進(jìn)行船舶調(diào)度。
[0014] 進(jìn)一步地，所述多目標(biāo)船舶調(diào)度優(yōu)化模型為：
[0015] Min[F, ff] (1)
[0016]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于航道與泊位資源的船舶調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于，包括： 處理器根據(jù)港口不同區(qū)域的交通流特征建立初始化約束、流量轉(zhuǎn)換約束、時隙分配約 束和泊位沖突消解約束； 采用所有船舶在港時間最短以及所有船舶等待時間最短為目標(biāo)，建立單項航道的多目 標(biāo)船舶調(diào)度優(yōu)化模型； 根據(jù)所述泊位沖突消解約束、所述流量轉(zhuǎn)換約束和所述時隙分配約束設(shè)計多目標(biāo)遺傳 算法； 根據(jù)所述多目標(biāo)遺傳算法求解所述多目標(biāo)船舶調(diào)度優(yōu)化模型，根據(jù)所述求解結(jié)果進(jìn)行 船舶調(diào)度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多目標(biāo)船舶調(diào)度優(yōu)化模型為： MinTF. ffl ⑴ ⑴ 1 = 1
其中，所述F表示所有船舶完成進(jìn)出港的總時間最小，所述w表示修正后所有船舶等 候進(jìn)出港的時間總和最小，所述bi表示第i艘船舶進(jìn)港（出港）的開始時刻，所述表示第 fi艘船舶進(jìn)港（出港）的結(jié)束時刻，t〇i表示船舶準(zhǔn)備時刻（進(jìn)入報告線時刻或準(zhǔn)備好離泊 時刻），s表示報告線到航道入口的距離，Si表示理論上第i艘船舶從航道入口到泊位的距 離，Vi表示理論上第i艘船舶從進(jìn)入航道到抵達(dá)泊位處的平均速度，h表示上一時間段內(nèi)最 后一艘船舶進(jìn)港（出港）開始時刻，fQ表示上一時間段內(nèi)最后一艘船舶進(jìn)港（出港）結(jié)束 時刻，b表示本階段第一艘調(diào)度船舶與上一階段最后一艘船舶的安全時間間隔，所述fg為 第fg艘船舶進(jìn)港（出港）的結(jié)束時刻，所述fi為第fi艘船舶進(jìn)港（出港）的結(jié)束時刻， 所述為第艘船舶進(jìn)港（出港）的結(jié)束時刻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用所有船舶在港時間最少以及所 有船舶等待時間最少為目標(biāo)，建立單項航道的多目標(biāo)船舶調(diào)度優(yōu)化函數(shù)之后，還包括： 將所述多目標(biāo)船舶調(diào)度優(yōu)化模型添加懲罰項，得到適應(yīng)度函數(shù)為：
(4) 5) 其中，所述奶為添加懲罰項的目標(biāo)F，所述約為添加懲罰項的目標(biāo)W，系數(shù)r使懲罰項的 幅度可控，若gi (f，b)表示要轉(zhuǎn)化為懲罰項的約束條件，則懲罰項為r X [gi (f，b) ]2。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述泊位沖突消解約束、流量轉(zhuǎn) 換約束和時隙分配約束設(shè)計所述多目標(biāo)船舶調(diào)度優(yōu)化模型求解的多目標(biāo)遺傳算法，包括： 根據(jù)泊位沖突消解約束轉(zhuǎn)化為編碼規(guī)則； 根據(jù)流量轉(zhuǎn)換約束和時隙分配約束轉(zhuǎn)化為解碼規(guī)則。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)泊位沖突消解約束轉(zhuǎn)化為編碼 規(guī)則，包括： 在順序編碼的基礎(chǔ)上，采用自然數(shù)給每一艘船舶編號，一組船舶編號組成的染色體代 表一種船舶調(diào)度序列； 采用泊位沖突消解約束判斷所述染色體是否為可行解，若否，則調(diào)整響應(yīng)的船舶編號， 以使所述染色體體為可行解； 所述根據(jù)流量轉(zhuǎn)換約束和時隙分配約束轉(zhuǎn)化為解碼規(guī)則，包括： 根據(jù)所述船舶調(diào)度序列判斷本船舶與上一艘船舶的方向是否相同，若否，則根據(jù)時隙 分配約束計算出本船舶調(diào)度開始時刻和結(jié)束時刻；若是，則根據(jù)所述流量轉(zhuǎn)換約束計算出 本船舶調(diào)度開始時刻和結(jié)束時刻。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述泊位沖突消解約束、流量轉(zhuǎn) 換約束和時隙分配約束設(shè)計所述多目標(biāo)船舶調(diào)度優(yōu)化模型求解的多目標(biāo)遺傳算法之后，還 包括： 查詢?nèi)旧w缺失的基因位； 隨機(jī)排列所述染色體的基因位； 將隨機(jī)排列后的所述基因位補(bǔ)充到重復(fù)的基因位對應(yīng)的的染色體中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述泊位沖突消解約束，包括： 當(dāng)被調(diào)度船舶是進(jìn)港方向時，引入泊位狀態(tài)算子Berthin，通過極大值M進(jìn)行控制，只有 泊位空閑的條件下，不等式（l-BerthJ + a-IOjXMX)成立，否則調(diào)整船舶調(diào)度序列，使該 時刻船舶?？康牟次惶幱诳臻e狀態(tài)，其中，I〇i表示船舶i進(jìn)出港方向。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述初始化約束，包括： 若船舶為進(jìn)港船舶，則通過航道的結(jié)束時刻減去船舶開始上航道時刻不小于理論上船 舶通過航道的時間，理論上船舶通過航道的時間不小于船舶以平均速度通過航道的時間； 比較進(jìn)港第一艘船舶與上一階段最后一艘船舶的方向，若前者與后者方向相反，則前 者的開始時刻與后者的結(jié)束時刻的差值為異向安全時間間隔；若兩者方向相同，貝1J前者開 始時刻與后者開始時刻之間的差值為同向安全時間間隔，且若后者?？坎次惠^前者遠(yuǎn)，則 差值為同向安全時間間隔與異向安全時間間隔之和，兩者結(jié)束時刻亦須滿足上述約束。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述流量轉(zhuǎn)換約束，包括： 所述流量轉(zhuǎn)換針對異向航行、先后進(jìn)出港的兩艘船舶，后調(diào)度船舶開始時刻與先調(diào)度 船舶通過航道結(jié)束時刻之間的差值大于等于異向船舶的安全時間間隔。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述時隙分配約束，包括： 所述時隙分配針對同向航行、先后進(jìn)出港的兩艘船舶，若第一艘船舶調(diào)度與第二艘船 舶之間的差值大于等于同向船舶的安全時間間隔，兩艘船舶調(diào)度結(jié)束時刻之間的差值大于 等于同向船舶的安全時間間隔；若兩艘船舶均為進(jìn)港方向，則兩艘船舶調(diào)度開始時刻之間 的差值大于等于同向船舶的安全時間間隔與相鄰泊位之間的安全時間間隔之和，兩者結(jié)束 時刻亦須滿足上述約束。
【文檔編號】G06Q10/04GK104281894SQ201410610053
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】張新宇, 林俊, 姚舜, 姜玲玲, 王金濤, 陳向, 陳華, 榮凱, 熊欣 申請人:大連海事大學(xué)