Replanificación del acceso de barcos al puerto de Sevilla a través de la ría del Guadalquivir

Abstract

En la actual sociedad globalizada en la que vivimos, el transporte marítimo juega un papel esencial en en el desarrollo económico y social de un país o región. Por esta razón, durante los últimos años las autoridades de los países desarrollados han puesto todos sus esfuerzos en la mejora de los sistemas logísticos y cadenas de suministro, convirtiéndose estos últimos en un factor clave en el avance de una sociedad global cada vez más interconectada y dependiente del comercio internacional. Por este motivo, son numerosos los esfuerzos llevados en el ámbito académico, no sólo para la modernización de los actuales sistemas e infraestructura marítimas y portuarias mediante la implantación de nuevos paradigmas como la industria 4.0 o el internet de las cosas, sino en el desarrollo de nuevas metodologías de control, planificación y gestión que no sólo mejoren la eficiencia de los sistemas logísticos actuales, sino que también contribuyan a reducir las emisiones contaminantes y con ello el impacto negativo del transporte sobre el medio ambiente. Dentro de los diferentes escenarios de actuación en la mejora de los sistemas logísticos marítimos, uno de los problemas más estudiados durante los últimos años es la mejora del tránsito y control de embarcaciones en canales de acceso a puertos terrestres, es decir, vías artificiales o naturales que conectan mar abierto con diversos nodos logísticos de interior. La optimización de la gestión integral de la navegación de las distintas embarcaciones en su conjunto, así como las distintas restricciones operativas a las que este tipo de entornos suelen encontrarse sujetas, dan lugar a un complejo problema de planificación que, en la mayoría de los casos, es demasiado computacionalmente complejo para ser aplicado en tiempo real. Especialmente compleja es la resolución del problema de planificación y control de embarcaciones en canales naturales donde, además de las distintas restricciones operativas, es necesario considerar aquellas impuestas por los distintos fenómenos naturales, como son la dinámica de las mareas oceánicas y el perfil batimétrico irregular de la ría. Para solventar este problema, en el presente trabajo proponemos el uso de una metodología de planificación y control que resuelve el problema de gestión de un conjunto de barcos en el canal del río Guadalquivir, una ría natural que conecta el océano Atlántico y el puerto de Sevilla. Comprobado el buen funcionamiento de la metodología propuesta, se lleva a cabo un estudio de cómo afectan al desempeño del sistema una serie de errores que pueden alterar el plan original planificado, como son los retardos en la hora de llegada a puerto o la disminución de velocidad por calentamiento de motor de las distintas embarcaciones. Analizadas las consecuencias de estos errores en términos del número de accidentes producidos y el empeoramiento de la función de coste, se propone en este trabajo un doble metodología de replanificación. En primer lugar, una replanificación fuera de línea donde las trayectorias de los distintos barcos se replanifican fuera de línea considerando los errores de retardo comunicados con antelación a la autoridad portuaria. En segundo lugar, se propone una arquitectura de control y una metodología para la replanificación de las embarcaciones en tiempo real mediante la detección a través de la señal de GPS emitida por las embarcaciones de las distintas desviaciones que pueda producirse.

In the current globalized society we live in today, maritime transport plays an essential role in the economic and social development of a country or region. For this reason, a great amount of efforts have been made during last years by international authorities to improve the efficiency of supply chains and the overall logistic process, been these key factors in the development of an increasingly interconnected society. Because of this, many are the research works that have emerged in the academy during last years whose aim is not only to modernize port facility through new paradigms such as the industry 4.0 or the internet of things, but also to develop and implement new scheduling and control strategies to improve the efficiency of logistics systems while mitigating the environmental impact by reducing pollutant emissions. Among the wide range of problems involved in the logistic process, one of the most studied problems during last years is the problem of scheduling vessels on inland waterways, i.e, those connecting to open see to some inland port or logistic node. The optimal scheduling of a series of vessel sailing through an inland waterway, together with all operational constraints that must always be satisfied to ensure the safety and optimality of the overall operation give rise to a complex optimization problem that, in most cases, requires high computing times. Specially complex is the problem of scheduling vessels in natural waterways where, apart form the different operational constraints, a series of natural phenomena, such as the effect of the sea tide and the irregular bathymetric profile, must be taken into account. To solve this problem, in this work we propose a an mixed-integer optimization problem to solve the problem of scheduling vessels in natural waterways, taking as example the case of the Guadalquivir river that connects the Atlantic ocean and the port of Seville, in the south of Spain. After checking the good performance of the proposed scheduling algorithm, a study is carried out to analyse how different unexpected events, such as arrival delays or a reduction in the speed of the vessels due to engine warm-ups affect the development of the scheduled plan. After showing the bad consequences these events have on the performance and safety of the operation, a double re-scheduling strategy is proposed in this work to obtain new plan that mitigates or eradicates the negative effects of these events. First, and offline re-scheduling is proposed whereby vessels are re-scheduled before they arrive to the waterway. Then, a novel real-time re-scheduling architecture and a modification of the previously proposed scheduling problem are developed to account for any unexpected event that may happen while vessels are already sailing thought the waterway. To do that, the real-time GPS signal emitted by each vessels is employed to compare the current position of all vessels to the expected position according to the plan.