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港口作为交通联运的核心枢纽,码头建设护坡结构的稳定性、生态性与区域经济、生态安全息息相关.传统护坡结构生态功能缺失、耐久性不足,难以适应"生态优先、绿色发展"的要求.文章以交通领域港口与航道生态护坡为研究对象,深入探讨影响护坡结构的自然环境、材料特性及建设设计等关键因素.从材料优化、结构创新、施工管控及运维强化四个维度提出耐久性提升方法,并结合实测数据验证技术可行性.研究结果表明,生态护坡结构的"生态-力学"协同设计、针对性和耐久性的强化措施,延长使用寿命、提升区域生物多样性,为交通领域港口与航道绿色化升级参考.
交通领域港口与航道生态护坡结构设计耐久性绿色建材
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海岸带等受限水域中,潮汐与洋流等自然因素诱发的海图数据不确定性,叠加无人艇(USV)集群的单体感知能力局限,导致其协同作业面临安全避障、编队稳定与动态环境适配的多重技术挑战.为此,本研究提出一种基于多智能体深度强化学习的无人机-无人艇集群(UAV-USVs)协同导航框架,以提升其导航精度和协同作业能力.该系统通过将UAV-USV异构集群建模为动态交互图,借助图神经网络(GNN)的多跳邻域信息聚合机制,融合UAV全局环境观测信息与USV局部状态特征,突破传统方法的局部感知壁垒,显著提升集群对全局态势的感知能力,并对多智能体近端策略优化(MAPPO)算法进行改进,设计异构智能体状态编码器与集中训练-分散执行机制,适配UAV与USV的动作空间异质性及观测维度差异,实现协同性与实时性的动态平衡;最后通过分层奖励函数设计及编队动态重构策略,实现开阔水域稳定编队保持与狭窄水域编队构型自适应调整.仿真试验结果表明,该系统为UAV-USVs 跨域协同导航提供了理论参考,为海岸带测绘、港口航道巡查等实际工程任务提供了高效可靠的方法支撑.
智能航运无人艇集群协同导航多智能体近端策略优化多智能体深度强化学习图神经网络
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随着全球航运业环保意识的增强,港口作为水路运输的关键枢纽,正逐步向绿色化、智能化方向发展,然而,当前船舶在进出港过程中存在因长时间在锚地或泊位等待,导致港口碳排放量大、运营效率下降的问题.针对上述问题,本文构建了一种港口船舶调度优化方法,在提升船舶进出港作业效率的同时,兼顾港区碳排放控制需求.首先,在保障船舶航行安全和作业连续性的前提下,以降低船舶在港等待时间和碳排放总量为优化目标建立港口船舶进出港调度模型.其次,设计一种改进型非支配排序遗传算法(INSGA-Ⅱ),通过使用自适应交叉和变异概率机制,加快算法的收敛速度;基于黄骅港船舶调度数据进行的仿真试验结果表明,相较于先到先服务(FCFS)调度方法,所提模型得到的调度结果在船舶总等待时间和总碳排放量方面分别下降了 25.2％和 18.5％.INSGA-Ⅱ 算法较传统的非支配排序遗传算法具有较快的收敛速度和较好的稳定性,优化后的调度方案能有效兼顾港口运营效率和低碳排放要求,为港口制定智能化、绿色化的船舶调度与运营管理策略提供有力支持.
绿色航运多目标优化遗传算法船舶调度碳排放
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本文针对复杂港区环境下全回转拖轮在路径跟踪过程中面临的障碍物规避不及时与外界扰动影响问题,研究了一种融合安全约束的自主路径跟踪控制方法.所提出的方法由基于控制屏障函数的安全策略和轨迹跟踪控制器两部分组成:首先,构造以最小安全距离为核心的安全函数并建立安全集合,通过指数型控制屏障函数将避碰约束转化为对期望艏摇角速度的在线修正机制,实现对名义制导指令的最小干预安全调节;其次,在跟踪控制层面,结合视线引导与动态面控制技术设计推进器方向角控制律,以避免反步法重复求导带来的计算复杂度,并引入自适应补偿项提升系统对模型不确定性与环境扰动的鲁棒性.基于Lyapunov 稳定性理论证明闭环系统一致最终有界,从理论上统一了路径跟踪稳定性,并满足了安全约束.最后,以"津电拖1"拖轮模型为对象开展MATLAB数值仿真,并在含静态与动态障碍物以及风浪流扰动条件下验证方法性能.仿真结果表明,所提出控制策略能够在保证安全裕度始终为正的同时,实现平滑稳定的轨迹跟踪,具备良好的抗扰能力与工程适用性.
智能航运安全路径跟踪控制屏障函数全回转拖轮指数控制屏障动态面控制
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宿连航道连云港段二级航道整治工程因航道等级提升,需对连盐铁路古泊善后河特大桥水中桥墩增设防撞设施.防撞构筑物占用河道行洪断面,需要实施河道断面补偿工程.为科学评价工程建设及补偿工程实施对河道行洪、河势稳定及防洪安全的影响,本文采用平面二维水动力数学模型,以工程区50年一遇防洪工况为控制条件,构建MIKE21水动力模型,设置不同渐变长度的补偿断面方案(铁路部门方案一:渐变段30 m;水利部门方案二:渐变段115 m),对比分析壅水高度、流速场分布、水流平顺性及局部冲刷特征.研究结果表明:采用115 m渐变段的优化方案可显著改善水流条件,水流过渡平顺、无明显旋涡,防撞墩周边最大流速由1.8 m/s 降至1.65 m/s,最大壅水高度控制在30 mm以内,满足河道行洪与河势稳定要求.研究表明,二维水动力模型能够为涉河桥梁防护工程行洪断面补偿方案设计及洪水影响评价提供定量、直观的技术支撑.
行洪断面补偿二维水动力模型桥墩防撞工程河道流态改善效果
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针对江海联运背景下"海港—船闸—狭窄航段—船闸—江港"链式运输通道中港口放船、船闸放行与狭窄航段运行相互耦合所引发的拥堵传播问题,开展港口—船闸协同调度研究.考虑港口作业、船闸服务、狭窄航段容量及入口节流等约束,构建连续时间事件驱动的协同调度模型,以刻画链式通道中船舶装卸、过闸、入段及卸货全过程的动态演化.在统一场景下设计先到先服务策略(G0)、定时开闸与清空队列策略(G1)、协同阈值控流策略(G2)和预测时隙与吞吐下限策略(G3),系统比较不同协同控流策略对狭窄航段运行绩效的影响.实验结果表明,G3 在狭窄航段拥堵缓解与风险控制方面表现最优,较基准策略 G0,平均拥堵系数、狭窄航段总等待时间、平均入段等待时间和平均任务总时长分别下降6.3%、46.1%、50.3%和29.9%,同时等待风险和容量饱和风险均明显降低.研究表明,围绕狭窄航段构建港口—船闸协同调度机制,能够有效缓解链式通道局部拥堵.
江海联运港口—船闸协同调度事件驱动仿真拥堵控制
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超大城市航道拓宽项目具有涉及面广、工程量大、资金需求量大、航道情况复杂等特点.超大城市路网已基本成型且条件复杂,航道拓宽工程需要对大量跨航道道路实施重建、改建,其建设时序、建设周期、建设方案等均会对现状交通影响较大,极易造成交通拥堵.文章以苏申内港线航道整治项目为例,结合工程咨询设计方案,从沿线路网布局、现状流量分析、项目建设周期等方面进行分析,总结不同等级道路在航道拓宽项目中的交通保障措施,可为国内同类项目提供技术参考.
超大城市航道拓建交通保障
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针对港航协同失衡导致的泊位通过能力失真问题,本文构建集成潮汐窗口期、夜航管制与极端天气动态约束的蒙特卡洛仿真模型,揭示基础设施不匹配对港口运营效率的系统性影响.通过时序随机抽样技术量化船舶到港随机性、装载量波动性及环境时变性,建立泊位资源供需动态平衡的概率模型.以某 LPG 专业化码头为实证对象,仿真结果表明:在港航设施失衡状态下,设计通过能力250万吨/年对应的船舶到达率(100艘次/年)将产生1.43亿元滞期成本,迫使运营方将船舶调度强度降低至 63 艘次/年以实现收益最大化,此时实际通过能力仅为 157.4 万吨/年,为设计通过能力衰减 63%.研究证实港航设施等级差异通过船舶减载、作业窗口碎片化等传导路径引发系统性效率损失,为港口规划中的基础设施协同优化提供了动态评估框架与量化决策支持.
港航发展失衡泊位通过能力失真蒙特卡洛仿真动态约束耦合滞期成本
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为破解沿海航道传统监测方式覆盖不足、数据滞后、协同不畅等痛点,推动航道管理向数字化、智能化转型,以连云港港沿海航道数字化转型升级工程为研究载体,开展智慧航道感知网络设计研究.文章结合连云港航道的地理特征、通航需求及自然环境条件,整合雷达、AIS、视频监控、水文气象监测等多源感知设备,制定了设备布设规范、数据传输协议及运维保障机制.通过实际工程验证,该感知网络实现了航道全要素、全天候、全覆盖动态监测,数据传输延迟低,关键参数监测精度高,为航道智能调度、应急处置及养护决策提供了可靠数据支撑,相关设计思路与技术方案可为同类沿海航道数字化转型提供参考.
智慧航道智能感知多源数据融合数字化转型航道感知航道信息化
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以六横港区沙头山作业区LNG基地航道工程为研究对象,在分析该区域地理环境与自然水文条件的基础上,提出了一套综合的LNG船舶航道设计方案.通过对航道轴线走向、水深设计及通航方式的深入研究,确定了航道平面布置及设计参数.随后对通航能力进行计算,并结合项目实际情况,重点分析了不同通航模式下的作业效率与延误风险.研究表明,该设计方案能够满足大型LNG船舶的通航需求,且在全潮通航模式下,航道的运行效率与大型船舶的适应性得到了显著提升.
港口规划航道轴线设计航道尺寸设计通航能力评价理论通航能力
