受限水域船舶交通自組織協同調度理論與方法研究

《受限水域船舶交通自組織協同調度理論與方法研究》是依託武漢理工大學，由劉克中擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：受限水域船舶交通自組織協同調度理論與方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉克中
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

面向受限水域船舶交通組織與管理智慧型化需求，以船舶交通的安全、有序、高效為目標，系統研究具有自組織、自適應特點的協同式船舶交通調度理論與方法。項目研究將緊扣受限水域船舶交通運行特徵、船舶航行限制和約束條件特點，創新性地探索交通流演化過程與交通擁塞度變化之間的回響機理、外在干擾與交通協同調度模式之間的耦合效應等因素，兼顧局部衝突避免和整體效益最優，從受限水域船舶交通演化特徵分析及擁塞度建模、基於多Agent協同理論的船舶交通自組織調度機制、外部干擾條件下的船舶交通調度自適應調整策略等三個方面開展工作，系統形成受限水域船舶交通協同調度理論與方法。實驗研究方面，將通過自行開發的船舶交通流仿真實驗平台和離散事件仿真軟體Arena對提出的理論、方法、模型和算法進行驗證性研究。項目研究對突破船舶交通智慧型化發展中的制約瓶頸、創新傳統船舶交通管理模式、拓展海事保障學科研究領域等方面具有重要的理論和現實意義。

結題摘要

船舶交通組織與管理的智慧型化是未來船舶交通發展的必然趨勢，但船舶交通存在個體航行決策自主性強、不同水域航行條件差異性大、集中式信息感知及互動能力弱等特徵，突破傳統船舶交通管理模式是保證船舶安全、有序、高效航行的關鍵。因此，本項目以受限水域為研究對象，在深入分析受限航道船舶交通演化機理及擁塞特徵的基礎上，系統研究了具有自組織、自適應特點的協同式船舶交通調度理論與方法。研究主要在以下幾個方面取得了創新性成果：首先，套用機率統計及數據擬合方法，結合AIS系統自身數據提取及數據分析功能，探索了船舶交通流特徵參數屬性值的規律及各屬性值之間的關聯特性，實現了對受限水域船舶交通流靜態特徵及動態特徵的模型化描述。然後，在對船-船干擾成因及干擾擴散機理分析的基礎上，實現了對受限水域船舶交通演化機理模型化及規範化的描述，並進一步利用邏輯推斷構建了受限航道擁塞度評價模型。接著利用Arana軟體完成了基於Monte Carlo仿真方法的受限水域船舶交通仿真實驗平台的開發，實現了對交通流的動態模擬、船舶交通控制、擁塞度因子實時計算及顯示等，並通過敏感性分析確定了擁塞狀態和船舶航行狀態參數之間的內在關聯。最後，項目研究以兼顧船舶衝突避免和通航效益最優為目標，在綜合考慮船舶之間時空干擾和船舶優先權序列的基礎上，提出一種以分散式決策為核心的自組織協同的船舶分組調度算法，實現了對受限水域船舶交通流整體效率的提高。此外本項目運用了前景理論、系統工程分析方法等構建了基於多指標關聯決策方法的船舶個體決策模型和超大型船舶影響下的船舶通航效率損失模型。項目研究成果一方面為受限水域船舶交通演化特徵分析和擁塞評價問題提供理論與技術支持，豐富船舶交通管理領域的相關理論；另一方面也提出了一些實用性船舶自組織調度算法，為進一步的套用性研究提供了依據。