基于元胞自动机的集装箱码头前沿路网结构建模与分析

论文摘要

随着计算机仿真技术的高速发展和完善,传统的离散事件动态系统仿真建模理论在一些方面不能满足仿真结论更精确的需求。构建更真实反映码头的运作情况,对集装箱码头物流系统进行更细致深入仿真的新型模型能够为码头规划、设计提供更精准的数据支持和优化建议。本论文应用元胞自动机理论,对传统的集装箱码头系统仿真模型进行了改进,建立了以单个集装箱卡车车位为元胞个体的码头前沿交通流二维元胞自动机模型,主要做了以下几方面的研究：1)元胞自动机理论的仿真方法研究。阐述了元胞自动机的构成及演化规则在集装箱码头交通流建模仿真方面的适用性。对元胞自动机理论在交通系统仿真技术上的运用成果进行了归纳总结,并介绍了对集装箱码头系统仿真建模有参考性的几种经典元胞模型的建模思想。2)集装箱码头前沿道路交通的元胞自动机仿真模型构建。通过对比离散事件动态系统仿真模型,分析了元胞模型期望实现的功能。随后阐述了元胞模型中车辆行驶状态设定、状态变化规则、换道规则等一系列建模思想。3)集装箱码头前沿装卸作业的元胞自动机模型构建。构建实现集装箱码头前沿道路交通的元胞模型后,部分在离散事件动态系统码头仿真模型中未能实现的装卸作业功能现在可以仿真实现。通过将集装箱船舱盖板上待装卸的集装箱分成以倍位为装卸作业单位的模型,可实现前沿装卸作业点随着装卸情况改变发生移动。4)满堂式和栈桥式是两种不同的集装箱码头前沿布局方式。通过对这两种布局的集装箱码头设计方案分别进行元胞自动机仿真建模,进行码头前沿相关交通量的数据分析,能够凸显元胞自动机模型在码头建模仿真中的积极作用。通过以上的论文研究工作,提出了一套新型的集装箱码头建模仿真理论和方法,为集装箱码头仿真模型的优化和改进提供了新的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.1.1 问题提出
• 1.1.2 目的与意义
• 1.2 集装箱码头平面布置及装卸工艺发展与研究现状
• 1.2.1 集装箱码头前沿布置形式的变迁
• 1.2.2 集装箱码头道路交通与装卸效率问题
• 1.2.3 集装箱码头物流系统仿真建模技术与发展现状
• 1.3 元胞自动机发展现状
• 1.3.1 元胞自动机的研究与应用
• 1.3.2 元胞自动机道路交通模型的研究
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 集装箱码头前沿路网结构的元胞自动机模型
• 2.1 元胞自动机基础
• 2.1.1 元胞自动机的构成和特征
• 2.1.2 元胞在交通系统仿真建模中的应用方法
• 2.2 码头前沿的路网结构形式
• 2.2.1 常见集装箱码头前沿路网布局结构
• 2.2.2 集装箱码头前沿平面布局
• 2.3 路网结构元胞自动机的构建
• 2.3.1 基于元胞自动机的码头前沿道路交通模型期望实现功能
• 2.3.2 元胞模型车辆行驶状态设定
• 2.3.3 元胞模型车辆行驶状态变化规则
• 2.3.4 元胞模型码头前沿车辆换道规则
• 2.3.5 元胞模型后方堆场道路与前沿道路的系统衔接
• 2.4 仿真参数的设定及统计功能的实现
• 2.5 本章小结
• 第3章 集装箱码头岸边装卸作业的元胞自动机模型
• 3.1 集装箱码头前沿装卸作业工艺
• 3.1.1 码头前沿装船作业工艺
• 3.1.2 码头前沿卸船作业工艺
• 3.2 集装箱卡车及装卸车道元胞
• 3.2.1 前沿道路装卸规则设定
• 3.2.2 道路装卸元胞模型的功能实现方法
• 3.3 集装箱船舶模型
• 3.3.1 集装箱船舶装卸规则设定
• 3.3.2 集装箱船舶模型的功能实现方法
• 3.4 岸边集装箱起重机的元胞
• 3.4.1 岸边集装箱起重机装卸规则设定
• 3.4.2 岸边集装箱起重机元胞模型的功能实现方法
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于元胞自动机的集装箱码头岸边装卸作业仿真模型研究
• 4.1 集装箱码头交通仿真模型的建立
• 4.1.1 集装箱码头交通仿真子模型功能衔接
• 4.1.2 集装箱码头物流系统的仿真模型构成
• 4.1.3 各元胞子模型的衔接情况
• 4.2 岸边交通、装卸作业仿真总流程
• 4.3 本章小结
• 第5章 集装箱码头前沿交通流与通过能力仿真试验及数据分析
• 5.1 满堂式集装箱码头仿真试验与数据分析
• 5.1.1 仿真条件及统计参量
• 5.1.2 仿真数据统计
• 5.1.3 仿真数据结果分析
• 5.2 栈桥式集装箱码头仿真试验与数据分析
• 5.2.1 仿真条件及统计参量
• 5.2.2 仿真数据统计
• 5.2.3 仿真数据结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目