基于多因素组合影响的沿海港口受限航道通航效率提升研究

作     者：许俊英 

作者单位：山东交通学院 

学位级别：硕士

导师姓名：周兆欣;王虹云;陈殿斌

授予年度：2024年

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：受限航道 通航效率 沿海港口 Arena仿真 调度优化 

摘      要：随着基础设施建设和远洋海运的快速发展,沿海港口的通航效率受到了港口布局、环境因素和交通态势的组合影响。针对现有研究在船舶相互干扰导致港口通航效率提升效果不佳的问题,以东营港为典型案例,通过分析船舶在航道内相互影响和港口作业的时空特征,梳理船舶通航过程中的后船减速机理和其他影响通航效率的相关因素;在搭建仿真模型并设计蒙特卡洛试验的基础上,通过敏感性分析方法提取影响沿海港口受限航道通航效率的因素,设计能够适用于提高沿海港口受限航道通航效率的船舶进出港调度算法。主要包括: (1)深入研究了考虑船舶减速的沿海港口受限航道船舶运行机理。论文针对典型沿海港口的航道布局和船舶进出港通航过程,在分析船舶交通流特征的基础上,进一步分析船舶相互影响过程,提取出船舶在保证安全间距前提下的减速航行特征,并基于跟驰理论,构建了考虑前导船影响传递性的船舶安全纵距计算模型,归纳整理出通航效率相关影响因素,为后续研究提供基础。 (2)基于敏感性分析方法对沿海港口受限航道通航效率的主要影响因素进行了定性分析。采用Arena软件设计以东营港为案例的沿海港口受限航道船舶交通仿真,设计多组到达率、船速分布、装卸货时间和安全间距的蒙特卡洛仿真实验,并进一步对服务水平和船舶减速特征等通航效率评价参数进行了敏感性分析。结果显示,船舶速度的变化对通航效率的影响程度更大。 (3)设计了适用于沿海港口受限航道的船舶进出港调度算法。根据通航效率敏感性分析结果,考虑港内通航资源和航道内船舶速度两方面,根据船舶乘潮需求、港口通航规则等实际通航约束,设计了以提升通航效率为核心的船舶调度算法,并进一步设计了考虑超宽船舶影响的航道内交通流方向引导部分,形成双层优化算法。根据对比实验,提出的算法最多能够提升59.2%的通航效率。 论文的主要工作是通过建模仿真分析影响沿海港口船舶通航效率的相关因素,以及对船舶调度的研究。研究成果是对提升沿海港口服务和生产能力的有益探索,可为船舶交通管理和实际生产调度提供理论参考。