随着海运货物吞吐量不断增加,来往港口的船舶越来越密集,作为连接港口泊位与外海的瓶颈水域——航道,为提高其通过能力,已逐步从单向、双向发展为复式航道。复式航道是一种先进的船舶交通设施,然而其航道内逐渐涌现许多独有问题,如存在多样的交通组织模式,航道多处水域存在复杂船舶交通冲突,航道资源供给与船舶用户需求之间随着不同的交通组织模式、不同时段而变化,从而严重制约复式航道通航效率及服务水平。基于此,本研究旨在提升复式航道船舶交通组织水平,通过分析复式航道中船舶交通系统组成要素特性,相互间耦合特征,深入理解上述问题形成机理,以为船舶交通管理操作员(VTSOs,Vessel Traffic Service Operators)提供安全、高效、精细化的船舶交通组织方案为目标,构建相应数学模型与算法。论文主要研究内容如下:分析复式航道船舶交通系统构成要素及其特征,并进一步对复式航道交通组织模式、船舶到达量、船舶交通冲突特点及对交通组织影响进行分析,引出本文交通组织目标及原则,为模型构建奠定基础;建立复式航道船舶交通组织优化模型。同时考虑航道通航效率以及服务水平提升,分别选取航道总占用时间最短、船舶总等待时间最短两个指标作为优化目标,并设计大船乘潮时间窗约束、复式航道入口船舶时隙分配、子航道出口间船舶交通流转换、交汇水域交通流协调等子模型;为确保航道内船舶速度限制要求,建立航行连续性约束。设计求解模型目标函数的算法,并通过设计多目标遗传算法对模型优解进行搜索,在求得的一组最优解集中,基于航道资源供需时段均衡思想,针对上一阶段交通组织结果对当前阶段影响,通过对航道通航效率以及服务水平提升两个目标有所侧重,最终选择当前场景的唯一最优方案。复式航道船舶交通组织辅助决策方法实现及验证。基于MATLAB设计了船舶交通组织运行界面,对大量输入、输出参数进行管理,并对输出结果进行可视化;设计了 20、30、40艘船舶进出港模拟实验,并对20艘船实验进行详细分析,验证了模型及算法合理性及有效性;与基于经验的调度方案进行比较,进一步验证了模型的可行性及高效性,从而可为VTSOs提供精细化的交通组织方案。