一种船舶交通管理系统雷达站选址方法技术方案

本发明专利技术公开了一种船舶交通管理系统雷达站选址方法，包括确定雷达种类及雷达指数；确定雷达的最大覆盖半径和最小覆盖半径，所需覆盖水域和雷达站的直线距离大于所述最大覆盖半径或者小于所述最小覆盖半径均为无法进行有效覆盖；选择逐渐覆盖函数；构建双目标选址模型，采用自适应权重多目标粒子群算法对所述双目标选址模型进行求解，完成雷达站选址。采用了本发明专利技术的技术方案，能够有效提高雷达站选址科学性和经济性，满足VTS雷达站建设的实际需求。需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶交通管理系统雷达站选址方法


[0001]本专利技术涉及船舶交通管理
，尤其涉及一种船舶交通管理系统雷达站选址方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的飞速发展，我国海洋开发程度进一步提高，水上船舶交通流量也呈现激增态势，随之而来的水上交通事故数量的不断增加以及日益严峻的水上通航环境，而船舶交通管理系统(Vessel Traffic Service，VTS)作为海事主管机构进行水上安全监管及交通辅助的主要措施，从引进建立以来在保障船舶交通安全和提高港口建设及运营效率等方面发挥了巨大作用。而现阶段因为水上交通的日益频繁和通航水域数量的不断增加，VTS扩建显得尤为必要，而雷达站作为整个系统的核心对于系统功能发挥及监管效果有着至关重要的作用，因此对VTS雷达站进行选址研究，对于保障水上船舶交通安全、减少经济损失、降低水上通航风险有着重要意义。
[0003]目前对于VTS雷达站选址的研究主要集中于VTS雷达站选址因素研究、VTS雷达站建立经济性评估、VTS雷达站单目标集合覆盖选址等。例如，为了提高VTS雷达站选址的科学性，通过多个因素构建VTS雷达站候选点评价指标体系，筛选出较为合理的VTS雷达站候选点，从而为VTS雷达站科学选址奠定数据基础。对以问卷调查的形式从多个方面对韩国拟建VTS雷达站进行调研，根据回收问卷合理评估VTS系统建设的经济性。在进行VTS雷达站选址建模过程中，将VTS中心纳入模型构建范畴，通过构建VTS中心
‑
雷达站选址集合覆盖模型对雷达站选址进行研究，提出了选址数学模型并进行求解。对雷达站选址环境中的遮挡因素和水域风险因素进行研究，提出水域空间划分方法，并基于集合覆盖模型提出了VTS雷达站多目标模型并求解。
[0004]水路运输领域关于其他研究对象的选址也有很多，比如储备库、干港、应急物资点等，可为VTS雷达站选址提供理论指导。例如对能力限制条件下的内河集装箱枢纽港选址问题进行研究，构建混合整数非线性规划模型并采用启发式算法进行求解。为提升海上应急系统的救助服务能力，研究海上应急物资储备库的选址问题，构建海上应急物资储备库选址模型并采用遗传算法进行求解。
[0005]已有的关于VTS雷达站选址及水上交通领域其他研究对象的选址相关研究为下一步的VTS雷达站选址模型构建奠定了理论基础。
[0006]但是目前对于VTS雷达站优化选址的研究较少，大部分研究聚焦于建设前的雷达站候选点评价研究和建设后的经济性评估研究，关于VTS雷达站选址的研究大多聚焦于基于集合覆盖模型的VTS单目标选址，因为集合覆盖模型的思路是为了实现对水域的全覆盖而决策需要建设的VTS雷达站数量，而实际上VTS雷达站建设费用较高，往往可建数量有限，因此这种选址模型对于实际环境中存在的雷达站数量约束考虑较少，同时雷达在空气中传播存在衰减特征，现有VTS雷达站选址模型并没有考虑这一点，并且单目标选址模型所考虑因素有限，很大程度上制约了选址的科学性。

技术实现思路

[0007]为克服相关技术中存在的问题，本专利技术实施例提供一种船舶交通管理系统雷达站选址方法，能够有效提高雷达站选址科学性和经济性，满足VTS雷达站建设的实际需求。
[0008]本专利技术实施例提供一种船舶交通管理系统雷达站选址方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1，确定雷达种类及雷达指数；
[0010]步骤2，确定雷达的最大覆盖半径和最小覆盖半径，所需覆盖水域和雷达站的直线距离大于所述最大覆盖半径或者小于所述最小覆盖半径均为无法进行有效覆盖；
[0011]步骤3，选择逐渐覆盖函数；
[0012]步骤4，构建双目标选址模型，
[0013]第一目标函数为：第一目标函数表示雷达站建站总成本最小，第一部分为雷达站建站成本，第二部分为雷达配置成本，
[0014]第二目标函数为：第二目标函数表示监管水域覆盖率最大，
[0015]第一约束条件为：第一约束条件表示需要建设的雷达站数量为定值，
[0016]第二约束条件为：第二约束条件表示每个选中的雷达站候选点只能配备1种雷达，
[0017]第三约束条件为：第三约束条件表示如果水域被覆盖，则至少应该建1个雷达站，否则可以不建，
[0018]第四约束条件为：第四约束条件表示0
‑
1变量约束，
[0019]其中决策变量：
[0020]y
j
为0
‑
1变量，若雷达站候选点j被选中，则y
j
＝1，否则y
j
＝0，
[0021]z
jk
为0
‑
1变量，若j雷达站候选点被选中且配置第k型号雷达则z
jk
＝1，否则z
jk
＝0，
[0022]模型参数：
[0023]i表示需要覆盖的水域，i＝1,
…
,I，
[0024]j表示雷达站候选点，j＝1,
…
,J，
[0025]C
ij
为覆盖率矩阵，表示雷达站候选点j对水域i的覆盖结果，由逐渐覆盖函数f(D)计算得出，D为所需覆盖水域与雷达站候选点的欧氏距离，
[0026]M
j
为雷达站候选点j的固定建设成本，
[0027]E
k
为配置k型雷达的成本，k＝1,
…
,K，
[0028]λ
jk
表示j雷达站候选点在配置第k型号雷达时的监测概率，
[0029]Q表示拟建的雷达站候选点总量；
[0030]步骤5，采用自适应权重多目标粒子群算法对所述双目标选址模型进行求解，完成雷达站选址。
[0031]进一步地，所述逐渐覆盖函数包括随着距离增加的阶段覆盖函数、随着距离增加的一元线性覆盖函数，以及随着距离增加的多元线性覆盖函数。
[0032]进一步地，所述采用自适应权重多目标粒子群算法对所述双目标选址模型进行求解，进一步包括：
[0033]采用自适应权重对权重进行复制，权重ω公式计算如下：
[0034][0035]其中t和T分别代表迭代次数和当前程序执行的最大迭代次数，ω
max
和ω
min
分别为0.9和0.4。
[0036]进一步地，所述采用自适应权重多目标粒子群算法对所述双目标选址模型进行求解，进一步包括：
[0037]对粒子中的任意位置随机选择；
[0038]进行单点变异；
[0039]变异后为保证拟建雷达站总数量不变，需对其他位置进行轮盘赌选择；
[0040]对任意一个位置进行与之前变异相反的单点变异，从而确保总数不变。
[0041]进一步地，还包括以下步骤：
[0042]在选择同一个逐渐覆盖函数的情况下，对雷达站建站数量进行敏感性分析，根据预设数量雷达站约束下，比较目标函数变化情况，分析雷达站选址方案。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶交通管理系统雷达站选址方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定雷达种类及雷达指数；步骤2，确定雷达的最大覆盖半径和最小覆盖半径，所需覆盖水域和雷达站的直线距离大于所述最大覆盖半径或者小于所述最小覆盖半径均为无法进行有效覆盖；步骤3，选择逐渐覆盖函数；步骤4，构建双目标选址模型，第一目标函数为：第一目标函数表示雷达站建站总成本最小，第一部分为雷达站建站成本，第二部分为雷达配置成本，第二目标函数为：第二目标函数表示监管水域覆盖率最大，第一约束条件为：第一约束条件表示需要建设的雷达站数量为定值，第二约束条件为：第二约束条件表示每个选中的雷达站候选点只能配备1种雷达，第三约束条件为：第三约束条件表示如果水域被覆盖，则至少应该建1个雷达站，否则可以不建，第四约束条件为：第四约束条件表示0
‑
1变量约束，其中决策变量：y
j
为0
‑
1变量，若雷达站候选点j被选中，则y
j
＝1，否则y
j
＝0，z
jk
为0
‑
1变量，若j雷达站候选点被选中且配置第k型号雷达则z
jk
＝1，否则z
jk
＝0，模型参数：i表示需要覆盖的水域，i＝1,
…
,I，j表示雷达站候选点，j＝1,
…
,J，C
ij
为覆盖率矩阵，表示雷达站候选点j对水域i的覆盖结果，由逐渐覆盖函数f(D)计算得出，D为所需覆盖水域与雷达站候选点的欧氏距离，M
j
为雷达站候选点j的固定建设成本，E...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕靖，黄川，郭杉，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：