[发明专利]一种基于船-岸协同的交汇水域时空资源分配方法

权利要求书

1.一种基于船-岸协同的交汇水域时空资源分配方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：

S1、将交汇水域的时空资源定义为时空资源块，船舶在交汇水域的行为分为穿越、汇入以及汇出，船舶的不同行为占用的时空资源块不同；

S2、以最小化有限时间内船舶的总体通过时间为目标函数，以单个船舶对时空资源块的独占作为约束，建立混合整型优化问题，通过制定船舶到达时间和通过速度，减少船舶在交汇水域的冲突，具体如下：

minimize T_max

T_max≥s_im+t_im (1)

通过时间T_max大于等于船舶i到达时空资源块m的时间s_im加船舶i通过时空资源块m所需要的时间t_im；

s_im≥Ea_i (2)

上式表示表示船舶i到达时空资源块m的时间要晚于其最早达到时间Ea_i；

上式表示船舶i通过时空资源块m所需要的时间t_im由船舶i通过时空资源块m所航行距离d_im及其航速确定，v_i,max、v_i,min分别表示船舶i的最大航行速度和最小航行速度；

s_in＝s_im+t_im+T_i,m→n (4)

上式表示船舶i在交汇水域任意位置速度不为零，到达时空资源块n的时间等于船舶i到达时空资源块m的时间s_im加船舶i通过时空资源块m所需要的时间t_im加船舶从时空资源块m到时空资源块n的时间T_i,m→n；

上式表示船舶i从时空资源块m到时空资源块n所需时间T_i,m→n由船舶i从时空资源块m到时空资源块n的距离及其航速确定；

s_jm≥s_im+t_imOR s_im≥s_jm+t_ja (6)

s_jm≥s_im+t_i,safeOR s_im≥s_jm+t_j,safe (7)

s_jm+t_jm≥s_im+t_im+t_j,safeOR s_im+t_im≥s_jm+t_jm+t_i,safe (8)

上式为船舶i的安全时距t_i,safe的约束；其中t_j,safe为船舶j的安全时距，s_jm为船舶j到达时空资源块m的时间，t_jm为船舶j通过时空资源块m的时间；

随后通过以下转换，将公式6～8中的OR条件转变为AND条件，从而建立混合整型优化问题：

其中，κ为任意大数；χ_ij,m为二元变量，于是有：

2.一种用于实现权利要求1所述的基于船-岸协同的交汇水域时空资源分配方法的基于船-岸协同的交汇水域时空资源分配系统，其特征在于：该系统包括时空资源配置模块和多个船舶控制器；其中船舶控制器用于和船舶进行通信，时空资源配置模块用于对所述混合整型优化问题求解；

当船舶计划进入交汇水域时，向船舶控制器发送预计到达时间，时空资源配置模块通过收集各船舶的预计到达时间并对混合整型优化问题进行求解，得到各船舶的期望到达时间，随后将该期望到达时间通过船舶控制器发送至各船舶；若船舶未能在期望到达时间到达交汇水域，则由时空资源配置模块重新进行对混合整形优化问题进行求解；通过时空资源配置模块对船舶的预期到达时间和期望到达时间不断迭代更新，实现对时空资源块的高效利用。