大连港引航调度优化研究

作     者：苏鹏鹏 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐斌

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：船舶引航 调度优化 遗传算法 

摘      要：在国内外经济的发展以及航运市场规模壮大的背景下,各个港口的货物吞吐量急剧增加,船舶进出港引航任务的数目也在不断增加。作为中国北方最大的国际贸易港口之一,大连港引航站的引航任务相当繁重。现阶段大连港引航站所采取的传统工作方式是利用“大连港引航站引航管理系统所统计的关键引航信息,以人工形式对日常引航任务进行分配。在面对业务量增长、复杂度提升的引航调度背景下,这种对传统习惯及既定经验依赖的方式存在不足,生成的引航调度计划对引航艇的利用率较低、引航成本较高,存在很大的改进空间。因此大连港引航站急需对现有的引航调度工作模式进行优化,结合智能化算法将港口引航调度工作流程规范化、科学化、数字化,根据船舶预报的引航申请进行合理化调度。因此,对港口引航调度工作效率提升问题的研究对于提升港口服务水平、优化港口引航效率、推进科技引领航运新业态具有重要的意义。本文在对调度问题方面的相关概念和理论进行研究的基础上,结合大连港纯海基外港多引航点之间的多引航艇、多引航需求特征,提出了一种引航调度优化模型及基于遗传算法的求解算法。首先,在对大连港引航站的日常引航工作进行现场调研之后,解析影响港口引航调度决策的关键因素,在一定的假设前提下,构建出衡量不同调度方案优劣的目标函数,在引航艇航距成本的基础上,引入引航艇及被引船舶等待成本,构建了符合实际引航调度工作的混合整数规划模型,并给出了解形式映射转换规则及约束条件。其次,以引航任务为基因编码,构建了基于两阶段遗传算法的船舶引航调度优化模型求解算法,并对两个阶段中涉及到的初始种群生成算法及引航任务序列生成算法进行了设计,此外在编码阶段引入数据库的存储功能对算法执行过程中的数据进行缓存,有效提升了算法的执行效率。最后,基于大连港某引航站日均四十艘次的引航任务及引航资源的相关数据,对本文构建的引航调度优化模型及算法进行了实例分析。经过验证,在本文提出的引航调度优化模型及算法的运用下,可以缩短引航艇完成既定引航需求所需的航距,对应生成的引航调度计划能够有效提升大连港引航调度的效率、降低引航所花费的成本。因此本文的调度优化模型及算法能够为大连港引航站及类似部门求解多任务多载具的优化调度问题,提供合理且充分的理论支撑,存在很强的推广价值和应用价值。