启发式仿真优化方法在设备配置中的应用研究

仿真优化方法研究的是基于仿真的目标优化问题，基于模型仿真给出的输出量通过优化算法得到最佳的优化结果。由于实际物流系统的复杂性及其本身的随机性，重要物资设备的合理化配置问题需要使用仿真优化方法来解决。港口拖轮是港口物流系统中重要的设备，对拖轮总体配置进行优化研究，提出拖轮数量及马力配置的合理方案，以适应港口的发展，具有重要的现实意义。利用仿真优化方法的原理，开发了一套港口拖轮配置启发式仿真优化系统，能得出理论上最佳的拖轮配置方案，辅助管理者做出科学的决策。     

基于混合流水作业组织的港口拖轮调度优化

在对拖轮调度问题进行分析的基础之上,将拖轮调度问题归结为一类具有多阶段共用机器特征的混合流水车间调度问题.建立了针对多停泊基地不同作业模式下、且考虑靠泊与停泊两阶段的拖轮调度优化模型,推导了基于混合流水作业组织的港口拖轮调度优化问题的理论下界值,并设计了启发式规则与模拟退火相结合的混合算法(HSA)求解该模型.通过运用该算法求解仿真算例,并将其结果与模型理论下界值、三种基于现行调度规则及基于Johnson规则的调度方案进行比较.结果表明,运用HSA求解的结果与理论下界值的平均偏差值为5.39%,且该结果远小于基于现行调度规则及Johnson规则的求解值,验证了模型与算法的高效性,可以为拖轮作业模式的选择以及调度方案的制订提供决策支持.     

基于混合流水作业组织的港口拖轮调度优化

在对拖轮调度问题进行分析的基础之上,将拖轮调度问题归结为一类具有多阶段共用机器特征的混合流水车间调度问题. 建立了针对多停泊基地不同作业模式下、且考虑靠泊与停泊两阶段的拖轮调度优化模型,推导了基于混合流水作业组织的港口拖轮调度优化问题的理论下界值,并设计了启发式规则与模拟退火相结合的混合算法（HSA）求解该模型. 通过运用该算法求解仿真算例,并将其结果与模型理论下界值、三种基于现行调度规则及基于Johnson 规则的调度方案进行比较. 结果表明,运用HSA求解的结果与理论下界值的平均偏差值为5.39%,且该结果远小于基于现行调度规则及Johnson规则的求解值,验证了模型与算法的高效性,可以为拖轮作业模式的选择以及调度方案的制订提供决策支持.     

港区航道系统综合通过能力仿真建模研究

港区内航道通过能力是港口规划与管理分析的重要内容.在分析船舶、锚地、航道、泊位以及天气和潮汐等港区通航系统影响因素的基础上,建立了基于随机Petri网的港区航道系统综合通过能力仿真模型,包括船舶到港锚地等待子系统、船舶进港子系统、船舶泊位作业子系统及船舶出港子系统,探讨了船舶等待,通航与泊位作业的仿真建模处理,分析了其eM-Plant仿真系统的实现方法.针对我国南方某港区航道系统建立了仿真实验系统并进行仿真实验,实验结果表明模型能够有效仿真分析航道网络系统的通过能力,为港区规划设计与管理提供依据.     

基于MAS和SHS智能港口交通流模拟系统的开发与应用

应用Multi-agent系统（MAS）理论和技术，构建和开发了基于MAS和船舶操纵模拟器（SHS）的智能港口交通流模拟系统，提出了比较实用的港口调度算法和船舶白动航行算法．将到港船舶．港口调度人员、泊位和航路定义为不同的agent，利用agent所具有的智能特性，通过船舶agent与港口调度agent、泊位agent、航路agent之间的交互进行问题求解。开发的系统应用到青岛前湾港区不同规划设计方案的论证研究中，仿真了规划水域的船舶交通流状况，给出了实验数据，并与运用排队论理论计算的结果进行比较和分析，为港口规划设计方案的评估论证提供了参考依据。     

港口通用泊位最佳数量的计算方法

合理地确定港口泊位数量是港口规划(设计)中的重要问题之一。过去,各国大多采用经验系数法来估算。六十年代起,国外开始探讨用数理统计和排队论科学地研究和分析港口船舶待泊等问题,据此来确定港口的最佳泊位数。 一般说来,最理想的方案是港口全部泊位始终能被利用,而到港船舶也无需等待靠泊。但是,由于船舶到港的随机性以及船型大小和货物装卸量的多变性,这种设想是不实际的。     

基于业务外包的集装箱港口车辆调度问题

针对集装箱港口自身运输车队能力的限制,提出了一类基于业务外包的车辆调度模型并对其求解方法进行研究。在详细分析集装箱港口各种业务订单特性的基础上,依据作业订单信息对集装箱港口作业任务进行分类;抽象出了描述此类基于业务外包的车辆调度问题的数学模型并提出一种业务外包定价策略,设计了一种禁忌邻域搜索求解算法;通过对实际调查数据进行处理验证了该模型和算法的有效性,通过与其他算法处理结果进行对比验证了所设计的邻域搜索算法的优越性;最后通过对实验结果数据进行统计分析,得出了一些对集装箱港口作业有实际指导意义的业务外包规则。     

港口群泊位共享的动态分配模型及对比分析

文章提出了一种基于共享经济(sharing economy)理论的港口群泊位资源整合方法。以实现港口群内泊位利用率最大和船舶挂靠成本最小为目标构建双层规划模型。分析该模型特点后设计了双层迭代算法对该模型进行求解,并利用MATLAB编程对该求解算法进行具体实现。文章分析不同船舶原定靠泊计划、不同待挂靠船舶数量和不同港口群内总泊位数量对泊位共享的影响,同时对比分析了泊位共享与非共享情形下的等泊时间和泊位选择成本。比较分析后得出,在三种情形下港口群内泊位资源的共享可以较好地降低每艘船舶的等泊时间和泊位选择成本,同时整体提高港口群内泊位资源的利用率。     

考虑潮汐的多港池港口船舶调度优化

针对多港池港口船舶调度优化问题,重点考虑大型船舶乘潮进出港口的影响,兼顾单向航道下进出港船舶间需保持安全航行距离、进出港时段交替条件及连续泊位靠泊限制等现实约束,以所有船舶总等待时间最小为目标,构建了混合整数线性规划模型.基于船舶调度问题的特点,提出了启发式规则,将原问题分解为五个子问题进而获得初始解,并设计了改进和声搜索算法求解.在数值实验中,将该算法的求解结果同下界对比,平均相对偏差为2.19%,且求解耗时均少于1分钟,验证了算法的有效性;将方案的求解结果同两种现行调度规则对比,不同算例规模下平均目标值优化率分别为13.30%和27.35%,可显著提高港口船舶服务效率,验证了方案的有效性.     

拖轮协助大型舰船靠泊操纵建模及仿真

拖轮协助大型舰船靠泊操纵,包括拖轮接近舰船的操纵运动和拖轮协助舰船在泊位附近的推拉操纵运动,是两个海上浮动物体的可控运动。选用二阶非线性响应方程建立舰船的操纵性方程,给出了拖轮推力计算、缆力计算、船间力和船码头间碰撞力计算方法,并在舰船操纵性自由机动方程中附加了风、流、缆、碰撞力等诸多外力作用,实现了对拖轮贴靠舰船与拖轮协助舰船靠泊过程中诸多外力影响的操纵实时仿真。     

基于社会力模型的机场旅客排队模型

航站楼旅客出港排队服务流程研究,对航站楼根据实际运行情况配置资源、提高旅客满意度至关重要。对此,提出一种对旅客出港排队流程分析仿真的新方法。首先,通过优化社会力模型构建航站楼排队仿真模型。然后,运用Anylogic软件对南京禄口国际机场T2航站楼出发大厅旅客安检排队服务流程进行仿真。最后,通过仿真数据分析了优化模型和传统模型的运行结果差异,表明两种模型安检通道利用率和实际运行情况无明显差异,均高于96%;但优化模型队列平均长度明显小于传统模型2~3人,旅客排队等待时间及在安检系统中花费总时间的均值均明显小于传统模型100 s左右,更符合安检区域高峰时段的实际运行情况。     

一类多站循环服务系统的队列状态转移函数

主要讨论了有关容量有限与服务受限的多站循环服务系统问题：（１）系统和队列排队服务模型及系统特点；（２）给出判断队列状态转移性质的条件；（３）提出服务策略数目、队列状态零和非零转移数目的函数表达式，分析函数的若干数学特征，并通过典型例子加以说明。     

Queue Size Distribution of Geo/G/1 Queue Under the Min(N,D)-Policy

This paper considers a discrete-time Geo/G/1 queue under the Min(N,D)-policy in which the idle server resumes its service if either N customers accumulate in the system or the total backlog of the service times of the waiting customers exceeds D,whichever occurs first(Min(N,D)-policy).By using renewal process theory and total probability decomposition technique,the authors study the transient and equilibrium properties of the queue length from the beginning of the arbitrary initial state,and obtain both the recursive expression of the z-transformation of the transient queue length distribution and the recursive formula for calculating the steady state queue length at arbitrary time epoch n~+.Meanwhile,the authors obtain the explicit expressions of the additional queue length distribution.Furthermore,the important relations between the steady state queue length distributions at different time epochs n~-,n and n~+ are also reported.Finally,the authors give numerical examples to illustrate the effect of system parameters on the steady state queue length distribution,and also show from numerical results that the expressions of the steady state queue length distribution is important in the system capacity design.     

QUEUEING NETWORK MODELING AND ANALYSIS IN THE DESIGN AND EVALUATION OF SEAPORT SYSTEMS

1.IntroductionDlletothecapacityconstraintsacttiledeepwaterPiel.s,1llztllyI)ortsarefacinglongdelaysoftilea,rrivingstealllsllil)sarrivingfyolntilePad(~ifi(.oceitll.Ashot,e(lillYlle,etal.[1].ifports}'stellllllllst,l)eplannedtosatisfybotllill(>steamshipcolnpa…     

预留轮询策略队列调度方案的建模和分析

设计了网络中间节点(网关和路由器)的预留轮询策略队列调度方案。对不同服务质量(qualities of service,QoS)要求的延迟敏感型和非延迟敏感型混合业务,通过调度不同业务间链路传输速率,使不同业务得到不同等级的服务;建立了混合业务预留轮询策略的队列调度三维马尔可夫排队模型,使用拟生灭过程和矩阵几何解的方法对该模型进行分析,得到了系统的主要性能指标:第一类非延迟敏感型业务和第二类延迟敏感型业务的平均队长、等待时间和吞吐量。给出了第二类延迟敏感型业务的阻塞概率等结果。     

一种舰空导弹拦截方式的效能评价模型

如何高效地使用舰空导弹拦截饱和攻击的反舰导弹,是在现有武器系统基础上充分提高水面舰艇防空能力的重要手段.首先根据水面舰艇这一特殊作战平台的特点,提出了以成功拦截反舰导弹数、舰空导弹使用效率和舰空导弹消耗量为舰空导弹火控系统作战效能的评价指标.然后利用舰空导弹杀伤区和发射区的概念,建立了基于时间的舰空导弹发射区模型.在此基础上,建立了一种基于Monte Carlo法的舰空导弹火控系统拦截饱和攻击反舰导弹的排队服务模型.仿真显示,单发拦截反舰导弹方式的作战效能最高.