基于蚁群算法的港口泊位调度优化与仿真.doc

基于蚁群算法的港口泊位调度优化与仿真基于蚁群算法的港口泊位调度优化与仿真摘要在全球贸易经济越来越多的聚焦在中国的同时，为了迅速与国际贸易接轨，中国经济贸易进入快速增长时期港口也承担起了国内外贸易的重要枢纽但是随着国内经济贸易迅速发展，对港口的吞吐量及运营能力的要求也越来越高目前港口的吞吐能力和港口与日俱增的业务量成为目前港口业的主要矛盾这不仅影响到港口的运营成本以及客户的满意程度，也是影响港口竞争能力的重要因素之一在港口运营系统中，泊位作为限制港口工作效率、吞吐量的重要环节之一，泊位的调度近年来成为港口管理者以及学者研究的重要内容因此，如何提高泊位这个环节的运作能力，在现有的有限资源的条件下，尽可能的减少船舶在港时间，增加港口的吞吐能力是本文的主要研究对象本文采取优化算法与仿真模型相结合的研究方法，根据泊位系统的特点，分析影响船舶停泊时间的因素，引入蚁群算法优化，将泊位调度问题转化为旅行商问题，以所有在港船舶时间最短为目标函数同时综合考虑了岸桥资源对船舶在港时间的影响，建立数学模型，得到最佳调度方案，缩短船舶在港等待时间总和同时利用仿真软件ProModel对泊位系统的工作流程建立仿真模型，模拟船舶到港，泊位分配及岸桥卸货整个过程。

建立两个仿真模型分别模拟船舶先来先服务的泊位调度方案，以及通过蚁群算法优化得到的最佳泊位调度方案，比较这两种方案船舶在港的时间再次验证泊位调度优化结果的有效性，同时观察在不同的调度方案下，系统中的资源及各个环节的利用率等数据，以更好的指导港口实际的泊位调度关键词：港口；泊位调度；蚁群算法；ProModel仿真模拟- 37 -ABSTRACTWith the attention of global trade and economics focusing on China, international trade and economics of China has turning into a quick developing period in order to meet the pace and need of global economics. Port is one of the most significant nexus connecting the global and domestic economics. However, along with the high speed of the development of international trade and economics, the requirement of the throughput and capacity of operation is becoming higher then ever before. The principal contradiction of port industry is incompatible of throughput capacity and the increasing service need to the port which will not only affect the cost of port management and the satisfactory of the customer, but also the competitiveness of the port. In the operation of the port system, berth is one of the most important factors of that related to the efficient of port operation and throughput. Berth scheduling has become an important research these years. The main study object of this paper is focused on improving the capacity of berth operation with limited resource we have now, in order to reduce the overall time vessels spent in the port.This paper utilizes the combination of optimized algorithm and simulation model. According to the specialty of port system, analyzes the factors that affect in-port time and imports the Ant Colony Optimization (ACO) to transform the berth scheduling issue into Traveling Salesman Problem (TSP) issue. The objective function is the least in-port time costing of all vessels. At the same time, crane resource is also one influential factor of the in-port time which is also considered in the optimization. The model was established upon all these factors and the most suitable scheduling solution was suggested by the results.The simulation model tool ProModel is used to establish the simulation system of berth system and simulate the whole process of arriving of vessels, dispatching berth and unloading by cranes. Two dispatching models which are first come first service strategy and strategy based on ACO are established to compare the in-port time differences. Verify the solution of berth scheduling optimization is effective and observe the utilization of resource and other sections in the system under these two models in order to be more useful to direct the practical port operation.Key words: Port; Berth Scheduling; Ant Colony Optimization; ProModel Simulation Model目录第一章 绪论 - 1 -1.1 研究背景和意义 - 1 -1.2 国内外研究现状 - 2 -1.2.1港口泊位调度建模研究现状 - 2 -1.2.2系统仿真技术的研究现状 - 4 -1.3课题的研究内容和方法 - 5 -1.4文章内容安排 - 7 -第二章 基本技术方法介绍 - 8 -2.1 蚁群优化算法 - 8 -2.1.1蚁群优化算法的基本原理及特点 - 8 -2.1.2蚁群算法描述 - 9 -2.2仿真方法介绍 - 12 -2.1.1 港口泊位仿真介绍 - 13 -2.1.2 ProModel仿真软件介绍 - 14 -第三章 泊位调度算法设计 - 16 -3.1基本数学符号 - 16 -3.2 数学模型 - 16 -3.2.1问题描述 - 16 -3.2.2目标函数 - 17 -3.2.3 假设约束条件 - 17 -3.2.4算法的设计与实现 - 18 -3.3 实例仿真 - 22 -第四章 泊位调度仿真 - 25 -4.1 仿真模型的目标 - 25 -4.2 泊位系统仿真模型 - 25 -4.2.1模型假设 - 25 -4.2.2建立基本模型元素 - 25 -4.3仿真模型的设计和实现 - 26 -4.3.1基于先来先服务原则分配泊位 - 27 -4.3.2基于蚁群算法调度方案分配泊位 - 28 -4.4结论分析 - 30 -第五章 结论 - 30 -5.1 结论 - 30 -5.2 本文存在的不足与展望 - 31 -5.2.1 本文存在的不足 - 31 -5.2.2. 展望 - 32 -参考文献 - 33 -附录 蚁群算法主要程序代码 - 37 -致谢 - 45 -基于蚁群算法的港口泊位调度优化与仿真第一章 绪论1.1 研究背景和意义随着经济的发展，全球化的趋势和区域性经济合作、互相促进的趋势愈加明显。

各个国家、地区都积极利用一切可能的渠道开展国内外贸易、文化交流等活动十九世纪以来，各国经济中心城市相机在沿海地区形成，并以港口为中心进行新的经济发展布局因为港口是一个社会关联度极高的产业，港口的发展繁荣了城市，而中心城市经济的发展又促进了港口的发展回顾港口的发展历程极其经济、社会、历史地位、作用的变化，我们可以了解到港口与城市的密切关系，港口对城市、区域、腹地经济的发展和社会进步有着重要的作用，而城市、区域、腹地经济的繁荣，是港口得以发展的重要依托港口作为一个重要的交通枢纽，是连接国内外贸易的重要环节之一从制造业的角度来说，一个国家或地区港口经济的发展和竞争力，越来越影响着其制造业的发展和竞争力区域工业与临港工业的联动性在增强，工业化进程快的国家或地区，港口经济扩张迅速，同时，港口经济发展快，也对工业化起了有力的促进作用中国正在成为全球最具竞争力的世界工厂，也正在成为最具吸引力的世界市场这就意味着从世界各地进口大量的原材料、零部件和消费品所以每年中国港口数以千万计的集装箱吞吐量是一个必然的趋势，中国已经成为全球航运业争夺的主战场我国大陆海岸线长达18000多千米，自北向南濒临渤海、黄海、东海和南海，13个沿海省份，约48个沿海城市，因此中国港口的发展，对全国的经济发展及文化交流有着重要的意义。

到2010年初，中国大陆的“亿吨大港”已经达到十七个，稳居世界前列同时，随着物流业近年来的迅速发展，港口间的竞争也愈加激烈因此，加速港口建设，提高港口工作效率，以提高船舶的利用率和客户的满意度，成为热门研究的问题港口的服务系统是一个十分复杂的系统，需要各个环节高度协调发展，各种有效资源都应该被合理高效的利用由于港口的装卸设备都较大型且价格昂贵，增加大量装卸设备来提高港口的物流运作效率并不是管理者的最佳选择因此如何有效的利用现有的资源，提高设备使用率，合理规划调度，成为了港口服务系统最重要的管理环节船舶停泊是船舶入港的第一关，是提高港口效率首先要面临的问题，也是衡量一个港口的整体吞吐能力的重要指标，系统中的其他设施都根据港口泊位能力进行相应的配置船舶到港后，能够在最短时间内靠港卸货，对泊位占用时间越短，货物的周转量也越大，港口的物流效率也会大大增加为了不使港口的泊位分配成为整个港口。