[发明专利]基于元胞自动机模型的港口航道微观仿真方法

权利要求书

1.一种基于元胞自动机模型的港口航道微观仿真方法，其特征是，包括下列步骤：

1.1元胞的建立：

将航道用若干元胞表示，结合航道的特点及要求，构建锚地、航道、码头前水域和泊位四类元胞，其中产生的船舶主要在锚地元胞进行手续办理及待泊，航道元胞主要反应具体的船舶行驶规则，船舶的停靠旋回在码头前水域元胞完成，泊位是否空闲、是否有船舶靠泊及船舶装卸的状态都反应在泊位元胞上；

1.2元胞自动机的运行：

以船期表为边界条件生成船舶，生成的船舶到港时到锚地办理手续，之后根据进出港时间规定判断是否为进港，若为进港，再由该船要停泊位判断是否可停靠，若该泊位空闲则该船可以离开锚地进入航道，否则在锚地排队等待，进入航道的船舶行驶到指定泊位，在泊位元胞进行装卸作业及手续办理，满足出港条件后又离开泊位元胞进入航道元胞，最后驶离港口；

1）正常天气下的运行规则

（1）锚地元胞规则：船舶以船期表为边界条件产生后出现在锚地元胞上，办完手续后若满足进港条件则船舶在锚地元胞消失，出现在航道元胞，否则继续占有锚地元胞等待合适的进港条件；

（2）航道的更新规则

v(i,k+1)表示第i艘船第k+1秒的速度，v(i,k)表示第i艘船第k秒的速度，v_max表示船舶可以行驶的最大速度，d(i,k)表示第i艘船在第k秒时与前一艘船的距离，ls表示船身的长度，x(i,k+1)表示第i艘船第k+1秒的位置，x(i,k)表示第i艘船第k秒的位置；

①加速：v(i,k+1)=min(v(i,k)+1,v_max)；表明船舶期望以最大速度在道路上行驶；

②减速：v(i,k+1)=min(v(i,k),d(i,k)-6×ls)；即船舶为避免和前车发生碰撞而采取减速措施；这里有个安全距离，即时刻保证相邻两船间的距离不小于六倍的船长；

③会遇：按照优先级客轮优于集装箱船舶优于矿石船舶优于油轮、煤船优于杂货的原则，优先级低的船舶在会遇处的缓冲区等待，将航道让给优先级较高的船舶；

④随机慢化：v(i,k+1)=max(v(i,k)-1,0)；反映现实中由各种不确定因素，包括天气因素、司机心理状态因素、航道调度以及航道水面状况的因素造成的船舶减速；

⑤位置更新：x(i,k+1)=x(i,k)+v(i,k+1)；即船舶按照调整后的速度向前行驶，进入下一个仿真步；

（3）码头水域规则：对于进港船舶，船舶由航道元胞进入码头水域元胞后，船速减少，在拖轮的协助下逐渐靠泊；对于出港船舶，在拖轮的协助下，船速从0逐渐增加，完成转头等工作后进入航道元胞；

（4）泊位规则：对于有船舶进行装卸作业的泊位，泊位元胞被占有，状态为0，锚地中该泊位的船舶不能进港，需要继续在锚地等待；否则元胞状态为1，可以将在锚地等待的船舶分配给该泊位；

（5）船舶特性规则：包括集装箱船、煤船、矿石船、油轮和杂货船五类船型，各类型船舶的具体规则见下表：

表1船舶类型参数表

2）非正常天气的运行规则

（1）轻雾天气

①轻雾天气时由于视距的原因，锚地中船舶的等待时间会有相应的增加；

②轻雾天气时，减速规则变为v(i,k+1)=min(v(i,k),d(i,k)-8×ls)；即安全距离增加为八倍的船长；

③轻雾天气时泊位元胞中的船舶装卸时间会加长，具体变化见下表：

表2船舶装卸时间表

（2）重雾和暴雨天气

重雾和暴雨天气时绝大多数船舶都不能进出港；

（3）潮落

如遇落潮时，特大型船舶不能进出港，其他船舶根据具体吃水深度有选择的进出港口；

1.3边界条件

1）进港船舶的产生

进港的船舶是根据船期表中列出的某一特定的船舶的产生时间来产生，产生的船舶就会进入锚地元胞进行手续办理的工作，之后根据船舶类型及泊位等待合适的航道条件，当有空闲泊位，安全距离和进港时间均满足条件时，船舶就会进入航道元胞；

2）出港船舶的产生

出港的船舶根据泊位元胞的记录状态，当目标泊位元胞状态为0，同时该泊位出的船舶已经完成装卸等工作处于等待航道的状态时，此时航道也满足安全距离，该泊位的船舶就会出现在航道上，同时泊位元胞的状态变为1。