内河航运的快速发展,使得运输船舶的数量、船舶的尺度和速度不断增加,交通流密度增大,同时,随着公路运输网络的快速发展,内河桥梁的数量逐年增多,这些桥梁在一定程度上恶化了桥区的通航环境,降低了通航效率,增加了监管难度和通航风险。为了改善这些问题,需要对船舶交通流进行研究,而船舶交通流受到人、船、环境和管理等多种因素的影响和制约,且随时空动态变化,难以用精确的数学模型来描述,而且船舶交通流也不适合用实船做实验,因此,本文提出了基于Multi-Agent的建模和仿真方法来模拟武汉长江多桥航道的船舶交通流。研究的主要内容包括:1.对武汉长江多桥航道的通航环境进行了分析。描述了航道环境的主要特征:从白沙洲到天兴洲航道的航道概况,桥梁分布情况;航道的水文和气象条件;白沙洲大桥、鹦鹉洲大桥、长江大桥、长江二桥、二七长江大桥和天兴洲大桥的特征。分析了通航环境对船舶行为、航迹分布和来船尺度的影响。2.建立了船舶Agent仿真模型。分析了船舶Agent建模的可行性、Agent模型的构建过程及船舶交通流的建模步骤;根据船舶交通流的形成特点构建了基于Multi-Agent的船舶交通流仿真系统的框架;将每一艘船舶看作一个智能体,根据船舶的航行行为特性,建立船舶Agent结构模型;研究了船舶Agent之间的协作与通信机制;研究了船舶自由航行、跟随和追越等决策模型。3.提出了船舶Agent及航路生成方法。对船舶交通流历史数据进行分析,获取船舶交通流特性的统计规律,采用蒙特卡罗方法建立船舶生成模型和航路生成模型。4.构建了仿真平台。根据船舶交通流仿真系统的功能和需求,提出了仿真平台的架构、确定了仿真平台的运行环境;研究了电子航道图、数据库设计、类的描述和船舶Agent仿真流程等仿真平台的关键技术;然后设计了用户界面;最后,通过仿真平台对仿真模型和算法进行了验证,验证结果表明仿真系统是可行的。5.基于仿真系统平台,完成了2个方面的应用研究:通过仿真的方法评估内河多桥航道的通过能力;通过仿真的方法评价内河多桥航道的船舶碰撞的风险。通过这些研究,可以定量或形象地分析船舶交通流的特征和规律,为评价内河多桥航道的通过能力和航行风险等提供一种有力的手段和方法。