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集装箱港区作业系统交互式仿真与方案优化研究

作　者: 宋海良
导　师: 钟登华
学　校: 天津大学
专　业: 工程管理
关键词: 集装箱港区作业系统交互式仿真计算机交互 Petri网模糊综合评价方案优化
分类号: U691.1
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 215次
引　用: 2次
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内容摘要

集装箱港区作业系统是一个复杂的离散事件动态系统,船舶装卸作业、水平运输与堆场作业等具有离散、随机及动态性的特点。采用简化的经验估算的传统设计方法,很难对系统各环节的改变所产生的影响作出定量化的评价。而且随着集装箱港口规模的扩大,现代物流服务业对快捷精准及高能级服务的要求,港区装卸作业系统向大型化、高效化、一体化、自动化、信息化方向发展,规划、设计、运营中需考虑因素进一步复杂,这些给港区作业系统高效运营的科学决策带来挑战。本文结合港区作业系统中的关键问题,研究了集装箱港区作业系统仿真与优化的理论与方法。将系统仿真技术、计算机交互技术和模糊综合评价理论在集装箱港区作业系统交互式仿真与方案优化中进行了综合的研究和应用。主要工作与研究成果如下:(1)基于Petri网理论对集装箱港区作业系统进行分解,描述与分析了整个港区作业的动态流程,分析成果结合复杂离散事件系统仿真理论,构建了港区作业系统仿真与优化总体框架,建立了相关的作业系统仿真模型;并依据港区交通特性及车辆行驶的原则,对水平运输系统车流进行了仿真分析研究;仿真输出为方案优化提供了综合评价数据。(2)在集装箱作业系统仿真中引入交互式仿真技术,将系统仿真在随机过程和辅助决策方面的优势与计算机交互技术中高度沉浸感的交互式仿真环境结合,实现了真实场景下集装箱港区作业系统交互式仿真与控制。真实场景下的作业系统动态仿真为集装箱港区运营提供了一个全新的可交互与控制的仿真环境,实现了三维实体的创建和属性设置、场景的拾取操作与实时交互、场景漫游和交互式查询等,便于快速、直观掌握港区作业情况,为港区运营方案的论证、分析提供了一个交互平台。(3)针对集装箱港区作业仿真方案的特点,建立了多目标、多层次的港区作业方案模糊综合评价指标体系,并提出了基于熵权的作业方案模糊综合评价方法,构建了作业方案模糊综合评价模型。该方法综合主观与客观确定权重方法的优势,改善了传统主观确定权重方法形成的偏差。(4)依托某集装箱港口工程,基于仿真参数的统计与分析,运用交互式仿真技术,对该港区作业系统进行仿真分析,并实现仿真方案多目标、多层次综合评价与优化;结合敏感性分析,从理论上验证在港区作业系统综合评价中,经济指标和技术指标占据着比较重要的地位。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-17
  1.1 研究背景与意义  9-10
  1.2 本文研究的若干理论基础及其应用  10-12
    1.2.1 系统仿真技术及其应用  10-11
    1.2.2 计算机交互技术及其应用  11-12
    1.2.3 模糊综合评价技术发展及应用  12
  1.3 集装箱港区作业系统仿真研究的发展与现状  12-15
    1.3.1 国外港区作业系统建模与仿真研究的发展与现状  13-14
    1.3.2 国内港区作业系统建模与仿真研究发展与现状  14-15
  1.4 本文研究思路与主要内容  15-17
第二章集装箱港区作业系统仿真建模理论与方法  17-52
  2.1 集装箱港区作业设备与装卸工艺系统概述  17-26
    2.1.1 集装箱港区作业流程及设备  17-19
    2.1.2 典型集装箱装卸工艺系统及其特点  19-22
    2.1.3 集装箱港区水平运输系统的构成  22-23
    2.1.4 集装箱港区作业系统性能指标  23-26
  2.2 复杂离散事件系统仿真基本理论与方法  26-35
    2.2.1 离散事件系统仿真原理  26-28
    2.2.2 随机变量及其概率分布  28-31
    2.2.3 排队网络基本理论  31-34
    2.2.4 Petri 网基本原理  34-35
  2.3 集装箱港区作业系统分析与仿真建模  35-47
    2.3.1 集装箱作业系统分解与协调  35-36
    2.3.2 港区作业流程的Petri 网模型分析  36-38
    2.3.3 集装箱港区作业系统仿真模型的构建  38-47
  2.4 集装箱港区水平运输系统车流仿真分析  47-51
    2.4.1 集装箱港区交通特性分析  47-48
    2.4.2 水平运输车辆行驶的一般原则  48-49
    2.4.3 水平运输系统车流仿真建模分析  49-51
  2.5 本章小结  51-52
第三章集装箱港区作业系统交互式仿真研究  52-72
  3.1 真实作业场景下的交互仿真  52-54
  3.2 集装箱港区作业交互式仿真系统的软硬件技术  54-58
    3.2.1 集装箱港区作业交互式仿真系统的软件开发  54-56
    3.2.2 集装箱港区作业交互式仿真系统的硬件组成  56-58
  3.3 集装箱港区作业交互式仿真的关键技术  58-62
    3.3.1 真实作业场景建模技术  58-59
    3.3.2 真实作业场景优化技术  59-60
    3.3.3 真实作业场景交互式漫游技术  60-61
    3.3.4 真实作业场景三维模型的拾取与反馈技术  61-62
  3.4 集装箱港区作业系统交互式仿真过程  62-71
    3.4.1 真实作业场景模型库的构建与场景优化  62-66
    3.4.2 集装箱港区作业的实时动态仿真  66-67
    3.4.3 集装箱港区作业仿真的交互与控制  67-71
  3.5 本章小结  71-72
第四章集装箱港区作业方案多层次模糊综合评价  72-89
  4.1 集装箱港区作业方案综合评价指标体系  72-76
    4.1.1 集装箱港区作业方案模糊综合评价的特点  72-73
    4.1.2 集装箱港区作业方案模糊综合评价指标体系建立的原则  73-74
    4.1.3 集装箱港区作业方案模糊综合评价指标体系的建立  74-76
  4.2 多目标决策问题的综合评价方法  76-79
    4.2.1 层次分析法(Analytic Hierarchy Process)  76-77
    4.2.2 模糊综合评价方法  77-79
  4.3 集装箱港区作业方案模糊综合评价的步骤  79-81
  4.4 模糊综合评价的数学模型及关键问题  81-86
    4.4.1 模糊综合评价模型的建立  81-82
    4.4.2 评价指标评语集的确定  82
    4.4.3 基于层次分析法(AHP)的指标权重的确定  82-84
    4.4.4 基于熵权的指标综合权重的确定  84-86
  4.5 评价矩阵的建立  86-87
  4.6 作业系统方案模糊综合评价模型  87-88
  4.7 本章小结  88-89
第五章集装箱港区作业系统交互式仿真与方案优化分析  89-111
  5.1 仿真参数统计与分析  90-97
  5.2 方案的仿真计算  97-104
    5.2.1 仿真方案的确定  97-100
    5.2.2 仿真方案的输出  100-104
  5.3 基于熵权的仿真方案模糊综合评价  104-107
  5.4 模糊综合评价模型敏感性分析  107-110
  5.5 本章小结  110-111
第六章结束语  111-113
参考文献  113-120
发表论文和参加科研情况  120-121
致谢  121

集装箱港区作业系统交互式仿真与方案优化研究

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