[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

说明书

本发明公开了一种基于船‑岸协同的交汇水域时空资源分配方法，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。本发明实现了对交汇水域时空资源的合理分配，提高了船舶在交汇水域的通行效率。

技术领域

本发明涉及水上交通组织领域，具体涉及一种基于船-岸协同的交汇水域时空资源分配方法。

背景技术

水上交通系统中，各类型设施，如船闸、交叉路口和港口等处，不同方向的交通流汇聚，交通场景发杂，事故多发。改善设施出的交通安全与效率能够有效提高水上交通系统的整体性能。

改善设施出的交通安全与效率旨在最小化船舶通过各类设施的时间。船舶通过这些设施可视为对时间和空间资源的占用。因此，需要解决的主要问题是对时空资源分配，通常表示为不同的调度问题，如单机调度问题、并行机调度问题、车间调度问题等。

对于内河航运来说，船闸是最受关注的设施，因为通常认为它们是内河运输的主要瓶颈。船闸调度问题分解为两个子问题：船舶排布和闸次调度。船舶排布的目的是通过合理排布过闸船舶，缩短进闸时间，减少闸次。解决船舶排布问题首先需要确定服务策略。其次是决定闸室中船舶排布，这是经典的二维装箱问题，即将矩形物品放入矩形容器，要求使用最少数目的箱子来装上全部的物品。闸次调度旨在确定闸次计划，通常被建模为单机调度问题(单闸室)或并行机调度问题(多闸室)。

目前针对船-设施之间的交互主要表现为优化设施的调度，但是，除船闸外，其他设施节点较少有学者关注。然而，对于狭窄繁忙水域、交通流汇聚的交叉口等关键区域，船舶间的交互行为增加，容易发生拥堵、碰撞，也是值得关注的重要节点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于船-岸协同的交汇水域时空资源分配方法，以减少交汇水域的交通冲突率，提高水上交通系统的通行效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种技术方案：一种基于船-岸协同的交汇水域时空资源分配方法，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

subject to

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；