港口交通系统是人、船、环境和管理相互影响的随机动态大系统,其运行机制相比于道路交通要复杂得多,很难用确定的数学解析或经验公式来描述。为增进港口交通安全、提高港口交通效率可利用仿真技术对其进行定量或定性的分析和研究。本文设计了一种基于元胞自动机的港口交通仿真模型,该模型可充分结合交通现象和元胞自动机技术离散性的本质,避免以往描述交通运行规律数学模型的离散-连续-离散的近似过程,保留了交通系统的非线性特征,并且规则简单、易于在计算机上实现,能够描述复杂而丰富的交通现象。本文主要工作如下:1.分析了港口交通系统的运行机制,明确系统中各个模块之间的内在联系;结合交通元素离散性的特征,剖析了系统中各个随机变量的分布规律;采用χ2拟合优度检验的方法,得出天津港2014年日交通量的负二项分布规律。2.以道路交通元胞自动机模型为基础,结合港口水域航路情况及交通流特性,把船舶在航道上运动的变化规律表述为元胞自动机的演化规则;标定符合港口交通实际的元胞尺寸,并通过状态设置用元胞集来代表不同尺度的船舶。3.结合船舶领域的概念、避碰规则(COLREG)、港口交通地方规则、海员通常做法以及船舶运动的实际情况等建立船舶的避让仿真模型,继而提出反映船舶在航道上自由行驶、紧急避让和变速行驶等交通行为的元胞自动机规则。4.构建虚拟元胞港口,对航道、泊位、锚地等进行元胞格子化;通过编程实现港口交通的可视化仿真,再现天津港海上交通状况;并可以根据需要自主设定模型的初始化状态,通过仿真实验的输出数据与港口交通实际数据对比分析验证模型的合理性与算法的有效性。本文提出的基于元胞自动机的港口交通仿真模型能够有效地模拟港口交通流的运行特征,模拟结果符合港口水域交通流的实际情况,可为寻求港口交通要素的相互作用关系,揭示交通拥堵、交通事故等交通现象的作用机理提供研究平台。