摘 要

随着水路运输货运量的加大以及船舶向专业化和大型化的发展, 船舶运输服务质量越来越受航道对船舶进出效率的影响。而船舶调度优化作为船舶运输系统中的重要一环，直接影响船舶进出航道的运行效率。目前从国内外学者的相关研究状况来看，关于船舶进出航道的调度优化研究主要侧重于航道局的集中式调度，而关于船方之间自主协商调度的研究几乎没有。本文以单向航道为研究对象，对航道船舶交通流的动态特征和静态特征进行了分析，并从安全性、效率性和公平性三个方面分析考虑，构建了一种船舶自组织调度模型。在此基础上，通过自组织调度方法与先到先服务（First come first service，以下简称“FCFS”）方法的实验对比，验证了船舶自组织调度方法的合理性和有效性。论文的研究成果丰富了航路船舶调度优化的研究内容，为今后船舶优化调度研究提供了一种思路，具有一定的参考价值和现实意义。

关键词：水路运输；单向航道；FCFS；自组织调度

Abstract

With the increasing of waterway transportation cargo and the development of ships’ specialization and large-scale, the quality of shipping services are increasingly affected by ships’ efficiency when pass in and out the channel. Ship scheduling optimization as an important part of shipping system, has a direct influence on the efficiency when ships pass in and out the channel. From the current research situation of home and abroad, scheduling optimization studies of ships leaving the channel have focused primarily on Waterway Bureau’s centralized scheduling, but the independent consultation scheduling studies between the ships have been almost nothing. In this paper, the dynamic and static characteristics of waterway vessel traffic flow were analyzed based on one-way channel, and this paper built a self-organized ship scheduling model which takes safety, efficiency and fairness of the three aspects into account. On this basis, this paper proved the rationality and effectiveness of the ship self-organization scheduling method by comparing with FCFS method. The research result enriched the content of the ship scheduling optimization and provided a new idea for the future research, which had a certain reference value and practical significance.

Key words: waterway transportation; one-way channel; FCFS; self-organization scheduling

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究现状的文献综述 1

1.3研究内容和意义 2

1.3.1研究内容 2

1.3.2研究意义 3

1.4论文的组织与安排 3

第2章 船舶交通流分析及仿真 4

2.1船舶间相互作用分析 4

2.1.1基本交通单元 4

2.1.2单个基本交通单元分析 4

2.1.3 多个基本交通单元分析 5

2.2船舶交通流仿真设计 5

2.2.1船舶生成模型 6

2.2.2船舶干扰模型 7

第3章 船舶自组织调度模型的构建 9

3.1模型构建的问题分析 9

3.2自组织调度模型的设计 10

3.3调度模型目标函数的设计 11

3.3.1目标函数的建立 11

3.3.2目标函数的解释 11

3.3.3目标函数约束条件的分析 12

第4章 调度模型和算法的实验分析与验证 13

4.1实验设计简介 13

4.1.1实验仿真设计平台的简介 13

4.1.2实验参数设计 13

4.2实验方案设计与分析 14

4.2.1实验方案设计 14

4.2.2实验数据分析 14

4.3详细仿真场景的分析与验证 15

第5章 总结与展望 18

5.1研究总结 18

5.2研究展望 18

参考文献 20

致谢 22

第1章 绪论

1.1研究背景

水路运输一直是交通运输的重要组成部分, 目前水路运输已经成为国际间进行贸易最主要的运输方式。水路运量的不断上升推动着水上交通运输的发展，船舶数量不断增加，航道内船舶交通流的行为特征也更加复杂多样。为满足船舶通航效率的需求，通常会采取以下两种措施：一、加大对水上基础设施建设的投入，甚至对航道进行挖深、扩宽；二、提高船舶的管理和调度水平，合理地利用已有的航道资源来满足船舶进出港的需求。

上述的两种方法中，由于第一种措施耗资巨大，大部分研究者会从第二种措施入手，在遵循航道的管理规则和确保航道通航安全的情况下，通过船舶调度优化，使船舶尽可能快的和尽可能多的通过航道，减少船舶的延误，提高航行效率。从目前的研究现状来看，航道中的船舶大部分是由航道当局进行调度，期间可能涉及多个部门的分工和配合，过程非常复杂。这种调度方法显然存在着不足，如若多个部门协商调度，必定会有调度相对分散，缺乏整体协同决策的问题；如若只由一个部门进行调度，那么该部门很难对船舶整体交通流特征做到很好的把控，甚至在信息收集不足的情况下，该部门做出的调度方案可能并不能提高船舶的运输效率。

在此背景下，本文对航道交通流和船舶的调度过程进行了深入分析研究，提出一种由船方之间自主协商来调度船舶的方法，以更好的满足船方对航行效率的要求。

1.2研究现状的文献综述

目前，国内外学者关于水路运输方面做了很多的研究。