一种求解船舶交通组织与调度问题的自适应启发式算法制造技术

本发明专利技术提出了一种求解船舶交通组织与调度问题的自适应启发式算法，包括建立以最小化船舶进出港总时间为目标的单向航道船舶交通组织与调度数学模型；获取黄骅港综合港区船舶基础信息、泊位信息、锚地信息；采用一种自适应启发式算法(AHA)来求解此模型。在AHA中，遗传算法被当作基本的优化模型，迭代过程中利用Q

【技术实现步骤摘要】
一种求解船舶交通组织与调度问题的自适应启发式算法


[0001]本专利技术涉及船舶交通组织与调度
，具体而言，尤其涉及一种求解船舶交通组织与调度问题的自适应启发式算法。

技术介绍

[0002]随着全球贸易的快速发展，海上运输业也蒸蒸日上，世界海运贸易量从2006年的77亿吨增加到2016年的103亿吨。港口作为综合运输的重要组成部分，承担着辐射带动沿海地区经济发展的重要使命，因而受到了学术界和工业界的广泛关注。然而，港口船舶频繁停靠导致船舶延误和交通拥堵时有发生，使得运营成本大幅提高，服务质量严重下降。立足于当前港口的实际情况，合理调度进出港船舶是缓解交通拥堵和船舶延误最有效的方法。
[0003]根据多次港口调研情况发现，目前船舶进出港主要是由VTS工作人员在港口船舶航行规则的指导下凭借人工经验进行调度。很明显这一计划更多考虑了人为因素，缺乏一定的理论指导，很难保证调度的高效性以及合理性，导致进出港船舶增加不必要的等待时间。因此，对港口管理人员来说，提出一种高效的船舶交通组织与调度算法使复杂交通问题得以优化是亟待解决的问题。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种求解船舶交通组织与调度问题的自适应启发式算法，其特征在于，包括：以最小化船舶进出港总时间为目标，构建单向航道船舶交通组织与调度模型；获取黄骅港综合港区船舶基础信息、泊位信息、锚地信息；采用自适应启发式算法，对构建的所述单向航道船舶交通组织与调度模型进行求解，得到优化的调度方案。2.根据权利要求1所述的一种求解船舶交通组织与调度模型的自适应启发式算法，其特征在于，所述以最小化船舶进出港总时间为目标，构建单向航道船舶交通组织与调度模型，包括：计算最小化船舶进出港总时间，计算公式如下：上式中，TT为船舶进出港总时间，为船舶调度时间，为船舶等待时间；V为船舶数量，s
i
为船舶开始调度的时间，a
i
为开始申请的时间，f
ilat
为最晚结束调度的时间，s
iear
为最早开始调度的时间；构建所述单向航道船舶交通组织与调度模型满足的约束条件，如下：约束条件一：约束条件二：约束条件三：约束条件四：约束条件五：约束条件六：约束条件七：约束条件八：约束条件九：t
1i
≥t
2j
+g2；约束条件十：约束条件十一：上式中，V表示所有调度船舶集合，B表示泊位集合，A表示锚地的集合，d1表示从锚地到口门的距离，d2表示从口门到航道出口的距离，d
3i
表示从航道出口到各泊位之间的距离，v
i
表示船舶速度，t
si
表示船舶需要乘潮进入港口的开始时间，t
ei
表示船舶需要乘潮进入港口的结束时间，a
i
表示船舶申请进出港口的时间，s
i
表示船舶开始调度的时间，t
1i
表示船舶靠近航道的时间，t
2i
表示船舶离开航道的时间，f
i
表示船舶完成调度的时间，进港船到达泊位的时间，M表示充分大的正整数，g1表示同向船舶安全时间间隔，g2表示异向船舶安全时间间隔，IO
i
表示如果船舶进港就等于1，出港则为0，T
i
表示船舶需要乘潮进港为1，否则为0，f
ilat
表示船舶完成调度的最晚时间，s
iear
表示船舶开始调度的最早时间；其中，约束条件一、约束条件二以及约束条件三用于确保进港船舶航行的连续性；约束条件四和约束条件五用于
确保出港船舶的连续性；约束条件六和约束条件七用于保证乘潮进港的船舶需要在乘潮时间窗内进入航道；约束条件八用于保证同向船舶之间保持一定的安全间隔且后船速度小于前船速度；约束条件九用于保证异向船舶保持一定的安全间隔；约束条件十和约束条件十一用于指定二进制变量。3.根据权利要求1所述的一种求解船舶交通组织与调度问题的自适应启发式算法，其特征在于，所述采用自适应启发式算法，对构建的所述单向航道船舶交通组织与调度模型进行求解，得到优化的调度方案，包括：根据船舶数量V和进出港方向IO，生成有两层编码的染色体；计算每条染色体的目标函数值，得到每个调度方案的适应度值，并获取当前种群的状态；根据ε
‑
greedy策略选取动作；计算奖励函数；更新Q表，从Q表获取交叉和变异概率；执行选择、交叉和变异、修复操作以及模拟退火操作；重新计算下一代的种群状态，重复以上步骤，直到符合设定的最大迭代次数后，输出最优的调度方案。4.根据权利要求3所述的一种求解船舶交通组织与调度问题的自适应启发式算法，其特征在于，所述计算每条染色体的目标函数值，得到每个调度方案的适应度值，并获取当前种群的状态，包括：选取影响船舶调度问题效率的两个主要因素来定义状态；通过综合分析，选取船舶数量n和船舶进出港平均时间AT作为两个主要因素；计算被第一代种群平均进出港时间归一化后的船舶进出港平均时间，计算公式如下：上式中，Fit(x
it
)表示第t次迭代时第i个个体的适应度函数，Fit(x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新宇，李润佛，姜玲玲，李强，郭文强，李俊杰，郑康洁，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：