长江口深水航道船舶超宽交会通航效率分析

为提高长江口深水航道通过能力,减少由船舶交会宽度限制产生的延误,通过分析船舶超宽交会现状,建立仿真逻辑模型,运用Arena进行离散仿真试验。采集长江口深水航道交通流数据,设置不同的船舶交会宽度限制,对大型船舶进出港过程进行仿真,分析不同交会宽度限制对船舶通航的影响,获得被延误船舶比例、被延误船舶数量和延误时间,进而提出提升通过能力的建议。试验表明,采用Arena进行离散仿真能够量化分析超宽交会对通航效率的影响,可为航道拓宽和交通管理提供科学依据。     

基于Arena软件的LNG船舶通航组织仿真

为提高液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)船舶通航组织水平,通过分析LNG船舶通航组织的特点,建立仿真系统逻辑模型,运用Arena软件进行仿真实验.以珠海高栏港区为例,指定LNG船舶进港时间,对LNG船舶进出港的过程进行仿真,分析LNG船舶在不同时段进入高栏港对其他船舶产生的影响,获得受LNG船舶进港影响的船舶艘次和延误时间等参数,进而提出通航组织建议.实例说明,采用Arena软件进行离散仿真能够量化分析LNG船舶对航道通航的影响,可为LNG船舶通航组织提供科学依据.     

多种类型投资的船队规划模型

针对航运企业发展战略中的船队规划问题,在研究船队规划研究方法和变动的市场营运环境基础上,提出基于多种类型船舶投资的船队规划混合整数规划模型.该模型将船队短期调配使用与长期发展规划结合起来,以追求规划期内船队现金流量的折现值最大为目标,模拟和优化某个船队在规划期内的投资、买卖、更新以及使用情况.该模型既考虑订造新船、买卖二手船和租赁船舶等多种实际可能存在的复杂情况,又考虑船舶营运经济状态、运力配置、企业投资能力以及决策者对研究期后船队实物价值的重视程度等因素.以某航运公司为例进行的仿真试验表明,该模型能满足船队规划决策和船舶运行组织的实际需要,可适用于大宗货物定线运输或班轮干线运输的船队规划问题研究.     

考虑通航环境因素的智能船舶航线规划

为提升智能船舶航线自动设计方案的合理性,考虑船舶通航环境因素的影响,提出一种考虑水深、潮高、风、浪、流的智能船舶航线规划算法。基于Delaunay三角剖分算法,提出一种环境建模方法,利用船舶航行安全水深理论在环境模型中搜索禁航区。利用切线图法建立可航网络。基于船舶力学原理对船舶干扰力进行建模,提出一种在环境干扰力影响下的可航网络权值修正方法。将提出的智能船舶航线规划算法用于对浙江舟山衢山岛北部水域的实例分析。仿真结果表明,该算法能够为不同环境下的不同尺度船舶规划出合适的航线,也能够为相同船舶给出适应不同环境的规划结果,从而证明该算法的有效性。     

岸桥移动约束的连续泊位和岸桥集成调度

针对泊位和岸桥集成调度优化未考虑岸桥移动约束限制,造成岸桥频繁移动导致岸桥作业相互干扰、岸桥资源利用率低问题,首先通过拓展现有泊位和岸桥集成调度模型,建立混合整数规划模型实现岸桥分配数量上的合理化,然后以最小化船舶延误成本和岸桥移动成本为目标函数,建立考虑岸桥移动约束限制的泊位和岸桥集成调度的混合整数规划模型.算例表明该模型可以:(1)在靠泊船舶数大于5艘时提高岸桥实际使用效率40%以上;(2)防止因岸桥频繁调动而造成的岸桥作业相互干扰;(3)防止出现在船舶未装卸完之前没有岸桥为其服务的情况;(4)减少由于未限制岸桥频繁移动而带来的额外成本;(5)提高港口码头对岸桥和船舶的管理效率.     

自动化码头装卸混合模式下QC、L-AGV及ARMG协同调度方法

为解决复杂的自动化码头设备协同调度问题,考虑码头各作业间的相互作用和制约,以最小化船舶在港时间和主要设备作业成本为目标,构建新的装卸混合模式下岸桥(quay crane,QC)、顶升式自动引导车(lifting automated guided vehicle,L-AGV)及自动化轨道吊(automated rail mounted gantry crane,ARMG)协同调度的混合整数非线性规划模型。提出一种遗传算法与启发式策略结合的协同调度方法,实现在系统整体性能最优情况下的设备作业序列优化。该模型能充分保障QC、L-AGV、ARMG之间的协同性,并引入QC调度的主要约束,更利于与QC调度模型进一步集成。数值试验证明了该方法的有效性,可为码头装卸作业调度提供决策支持。     

基于混堆模式的集装箱码头出口箱进场选位策略

针对集装箱码头出口箱进场选位问题,提出基于混堆模式的出口箱进场选位优化策略.该策略以压箱数最少为目标,建立基于整数规划的选位模型;根据发箱时较低翻箱率的要求,采用启发式算法和分布式遗传算法相结合的混合算法求解选位模型;其中启发式规则用于缩小可行解的范围,分布式遗传算法用于求近似最优解.某集装箱码头的仿真案例表明,采用该模型和算法对降低船舶压箱总数和在港时间具有一定作用,说明该出口箱混堆选位模型和算法的有效性与实用性.     

基于最短避碰距离和碰撞危险度的避碰决策支持

为解决目前采用船舶领域进行避碰决策时选用的船舶领域多仅适用于一定水域,且选用的船舶领域模型与碰撞危险度模型考虑的因素不一致的问题,提出基于模糊四元船舶领域的碰撞危险度模糊评价模型。为解决采用最短避碰距离作为目标函数进行避碰决策时未考虑航迹偏差以及时间偏差等因素,以及根据所得的避碰参数采取的避碰措施并不能使总航程最短的问题,提出以航迹偏差、时间偏差和总航程作为目标函数的最短避碰路径模型。在综合考虑船舶领域、国际海上避碰规则和负责航行值班的高级船员的主观意识的情况下,应用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法规划出最优的避碰路径。MATLAB仿真结果表明,该算法能快速获得最优避碰路径,满足海上航行避碰要求。     

集装箱班轮服务网络优化和货运路径设计

为提高班轮公司的资源优化能力,解决航线选择、重箱运输路径、空箱调运路径、多类型船舶配置以及船速设定等问题,根据实际班轮运输组织方式的特征,构建多港挂靠和轴辐式混合网络,建立以运营总成本最小为目标的非线性混合整数规划模型。采用大M法把这个非线性模型转换成线性模型后通过CPLEX进行求解,并用中远集运在亚洲—大洋洲—欧洲区域的部分航线验证模型的有效性。通过灵敏度分析发现:港口装卸效率的提升对减少班轮公司运营成本效果显著;船舶的燃油成本与运营成本之间存在着相关性,故油价的持续上涨迫使班轮公司选择降速、配置更多的船舶来降低整体成本。     

基于新鲜度和配送成本的易腐食品配送路径

为解决企业在制定易腐食品配送计划时难以权衡配送总成本与交付产品的新鲜度的问题,建立以配送总成本最低和交付产品平均新鲜度最大为目标,带时间窗的易腐食品配送路径规划模型。采用自适应差分进化(differential evolution,DE)算法求解模型,通过数值算例验证模型和算法的有效性。与基本DE算法和基本蚁群算法的求解结果进行对比,自适应DE算法的求解结果更优,收敛速度更快。求得的帕累托解集表明配送总成本与交付产品平均新鲜度相悖,增加少量的配送成本可以使交付产品的平均新鲜度得到大幅提升。对易腐食品保质期、时间窗宽度和车辆装载量进行灵敏度分析,为企业在不同配送情景下在配送总成本与交付产品的平均新鲜度之间的权衡提供参考。     

一种基于显著性的高海况SAR图像船舶目标检测方法

提出一种基于显著性的高海况SAR图像船舶目标检测方法Itti-SAR,该方法由显著图提取与连接性判断两个阶段组成。在显著图提取阶段,针对SAR图像特性,将改进的方向特征和一致性特征引入传统视觉注意模型,以构建适用于SAR图像的显著性模型,实现高海况SAR图像船舶目标显著图的提取。在连接性判断阶段,采用密度约束对显著区域的连接性进行判断,防止将单个目标检测为多个,从而进一步降低虚警。在多幅SAR图像上的实验结果验证该方法的有效性,与经典CFAR算法的对比实验显示出其查准率、召回率高和不依赖于先验知识的优点。     

基于模型预测控制的混合动力船舶能量控制策略

为提高混合动力船舶的燃油经济性,选取马尔科夫模型对混合动力船舶需求功率进行预测。运用动态规划的方法以总油耗量最小为目标进行柴油发电机组和动力电池组功率分配优化,并将油耗量与基于模糊逻辑控制策略的油耗量作对比。仿真表明,采用所提出的控制策略时混合动力船舶的燃油经济性得到明显提高,说明基于马尔科夫模型的预测控制在混合动力船舶能量分配上是可行的,且具有良好的实用性。     

动态接力点模式下双自动化轨道吊协调调度

为提高自动化集装箱码头堆场中自动化轨道吊(automated stacking crane,ASC)的作业效率,研究箱区动态接力点对双ASC作业效率的影响。考虑双ASC作业过程中的安全距离、相互冲突等因素,建立以最小化双ASC最长完工时间为目标的混合整数规划模型,利用遗传算法对该模型进行求解。与固定贝位接力模式进行对比,结果表明,相较于固定贝位接力模式,动态接力点模式下双ASC的作业效率更高。在不同规模算例背景下,将遗传算法与CPLEX的计算结果进行对比,验证了遗传算法的有效性。     

带双时间窗约束的粮食专用车调度优化

针对港口企业经营的粮食专用车调度问题,在传统的车辆调度问题上新增双时间窗约束,以粮食专用车周转率最大和港口企业经营粮食专用车的收入最大为目标建立双目标规划模型,并用算例验证模型和算法的有效性。结论如下:在运量与运距相矛盾的情况下,优先选择距离近、运量小的客户进行服务。此研究能够为粮食专用车调度决策提供参考。     

集装箱堆场分配与自动化装载小车路径联合优化

为研究自动化装载小车(Automated Lifted Vehicle,ALV)在自动化集装箱码头的作业状况,首先考虑ALV自行装卸集装箱的能力,其次考虑卸船集装箱的堆场分配与ALV的路径联合优化问题,以每个集装箱在时间窗内完成装卸任务为目标建立混合整数规划模型.最后通过比较不同实验条件下求出的最优目标延迟时间和计算机运行时间,得出整个操作过程中ALV数、集装箱数和堆场子箱区数这三者之间的关系.数值实验表明:当集装箱数和ALV数一定时,随着装卸箱比例的增大,目标延迟时间和模型运算时间呈相同的变化趋势,即在既有装船箱又有卸船箱时应优先分配ALV满足装船箱的运输;当集装箱数一定时,随着ALV数的增加,目标延迟时间和模型运算时间逐步减少;当ALV数一定时,随集装箱数的增加,目标延迟时间和模型运算时间增加.     

考虑装船机联机作业的煤炭出口码头装船作业调度优化

为提高煤炭出口码头作业效率和服务水平,对装船作业调度进行优化。在考虑装船机联机作业的前提下,以最小化煤炭出口码头作业线运行能耗成本和船舶在港时间成本为目标,综合考虑作业流程约束和泊位、垛位和作业线的作业唯一性约束,建立混合整数规划模型,并设计基于仿真解码方案的遗传算法求解。用实例验证模型的可行性和算法的有效性。结果表明,研究成果可为具有工艺流程复杂、装船机联机作业等特点的煤炭出口码头装船作业调度问题提供较好的解决方案。     

空间和设备资源限制条件下集装箱码头

针对集装箱码头堆场空间及龙门吊设备资源紧缺时的堆场空间资源分配问题,利用整数规划方法建立集装箱堆场空间分配两阶段优化模型.第一阶段模型（M1）对同一箱区内的航线进行组合配对,目标是最大化堆场共享箱区的数量;第二阶段模型（M2）对M1中生成的航线组合进行堆场空间位置分配,目标是周期内总运输成本最小.结合港口实际数据设计数值实验,验证模型的正确性和有效性.结果显示,通过对堆场空间的分配,出口箱区和中转箱区的利用率平均可增加18%,能较好地解决堆场资源紧张问题.     

考虑碳税成本的班轮航线配船与航速优化

针对在节能减排背景下的班轮航线配船与航速优化问题,通过引入碳税政策,将船舶的CO2排放量转换成碳税成本,以班轮周总营运成本最小化为目标,建立航线配船与航速优化非线性规划模型,并设计结合枚举的逐步逼近求解算法。选取4条集装箱班轮航线,利用标准算例库中的数据进行数值试验,结果验证了模型和算法的适用性和有效性。敏感性分析表明:随着碳税税率的提高,船舶航速呈现下降趋势,航线配船数量则呈现增加趋势;虽然船舶周总营运成本增加明显,但总CO2排放量却在下降,且下降幅度逐渐变小。     

考虑环境负荷的长江干线流域集装箱运输瓶颈解决方案

鉴于三峡船闸的通过能力已成为制约长江航运发展的瓶颈,从可持续发展的角度出发,以减少集装箱运输的环境负荷为目标,综合考虑运输方式、运输费用和运输时间等因素,寻求解决三峡船闸通过能力不足的方案.构建由长江水路与区域公路组成的运输网络模型,确定各路段的运输属性特征,给出水路和公路运输环境负荷的计算方法.分析集装箱在水陆联运网络上的路径选择行为.在多种集装箱运输需求下,分析各解决方案的优劣,确定优化方案.相比翻坝运输方案,扩闸(即扩大船闸通过能力)方案更高效环保,符合节能减排的可持续发展要求,对长江经济带的可持续发展具有重要的战略意义.     

减排背景下北极东北航线船舶航速多目标优化

为控制成本、缩短航期,在考虑硫排放控制区(sulphur emission control area, SECA)、航海碳税等减排政策和北极东北航线气象因素的基础上,建立北极东北航线船舶航速多目标优化模型。通过带精英策略的非支配排序遗传算法(elitist non-dominated sorting genetic algorithm, NSGA-Ⅱ)求得针对航运成本和航行时间的帕累托解集,然后采用灰色关联度分析法从帕累托解集中筛选出最佳折中解。选用实船数据进行案例计算,结果表明：运用NSGA-Ⅱ-灰色关联度分析法可以有效地计算出模型的折中解;减排背景下,除有冰航段外,船舶在SECA内外采取不同航速,有利于实现航运成本与航行时间的平衡;降低航海碳税或破冰费有利于加快中欧北极东北航线商业通航的进程。