集装箱港口岸边资源泊位与岸桥协同优化配置研究

在集装箱港口中,泊位跟岸桥作为2个非常重要的资源,它们的优化配置,对整个港口的运作以及客户对港口服务的满意度有十分重要的影响.文中建立了一个对泊位与岸桥资源同时进行优化配置的混合整数规划模型,采用两阶段分解算法进行求解,对港口泊位与岸桥资源进行协同优化配置.并考虑了岸桥有工作范围,同时允许岸桥在工作中进行调整.用一个算例,证明该模型在对2种资源的优化配置方面有理想的效果.     

基于泊位计划的集装箱码头岸桥动态调度优化

所谓基于泊位计划的集装箱码头岸桥动态调度问题,是指在计划周期内,在每艘船舶均已安排了靠泊时间和靠泊位置的前提下,将有限的岸桥资源在船舶上的装卸任务间进行动态分配与排序,以最大限度地减少计划期内所有船舶的滞港时间. 在充分考虑岸桥不能交叉作业、装卸任务有作业顺序要求等现实约束下,对此问题构建了非线性数学规划模型,基于问题自身的特点设计了基于任务排序的染色体结构,用遗传算法进行求解. 通过与文献中单船的调度结果的对比、单船岸桥调度与多船动态岸桥调度结果的对比,以及多船动态岸桥调度的仿真实验,证明了模型及算法的有效性.     

考虑潮汐因素的连续泊位和岸桥集成分配研究

泊位和岸桥是集装箱码头非常重要的资源,合理的分配及使用是提高集装箱码头作业效率的重要途径。在港口业务的实践中,泊位水深会限制船舶停泊,因为泊位水深必须匹配船舶的吃水。考虑船舶停泊位置的水深随时间而变化的潮汐码头,以最小化时间延迟成本及岸桥使用成本为目标,建立考虑潮汐影响的连续泊位和岸桥集成分配的混合整数规划模型。通过CPLEX求解得到船舶的靠泊计划及岸桥分配计划。数值结果表明:文中模型在解决实际港口中泊位和岸桥分配问题上的有效性。     

基于规则的泊位与岸桥联合调度

为提高集装箱码头的运作效率,降低能耗,本文同时考虑到岸桥调度和泊位分配这两个方面,建立基于滚动式计划的动态模型,提出调用规则来提高集装箱码头的运作效率以及减少废气排放,结果表明了该模型和规则的有效性和实用性。     

基于系统仿真的集装箱港区岸桥集卡配置

集装箱船舶大型化促使双40英尺岸桥不断投入使用,然而我国现行规范对于面向双40英尺岸桥的集装箱港区规划期的集卡配置数量尚未给出推荐取值。基于系统仿真理论,考虑集装箱港区双40英尺岸桥的作业特点,以大连某大型集装箱港区为例,利用VISSIM仿真软件建立了包括码头前沿、堆场以及港区大门在内的集装箱港区陆域微观交通系统仿真模型。通过运行仿真模型获得仿真结果,分析配备了双40英尺岸桥的大型自动化集装箱港区内部交通运行规律,得到了大连某大型集装箱港区的双40英尺岸桥平均装卸效率与集卡配置数量间的关系,给出了该港区的在规划期的集卡配置建议,为采用双40英尺岸桥的集装箱港区在规划期的集卡配置提供经验与参考。     

基于船舶优先权的集装箱港口泊位分配问题

泊位作为港口的重要资源,它的有效管理对于港口有着重要意义。集装箱港口泊位分配问题（BAP）,实质是为到达集装箱港口的船舶安排最佳停靠位置与停靠时间。本文考虑到船舶动态到达的情况,以及实际操作中码头装卸效率对船舶在港作业时间和船舶优先权的影响,以最小化包括等待时间在内的船舶在港停留时间为目标,建立了基于船舶优先权的连续布置泊位分配模型。该模型是0-1混合整数规划模型,对于小规模问题,可采用商业优化软件求解,对于大规模问题,可设计遗传算法处理。算例分析表明,考虑了连续布置泊位分配问题的二维特性和船舶优先权,能够找到更符合实际的泊位分配方案。     

基于港口环境效益的岸电与泊位联合分配优化研究

船舶在港口靠泊期间利用岸电来满足船舶的用电需求,是减少船舶辅机排放的有效措施。以港口供应链整体利益最优为目标,提出了一种兼顾岸电使用成本和环境效益的岸电分配与泊位分配协同优化方案,从而减少岸电系统的使用成本,减少碳排放提高环境效益。基于连续泊位状态分析,在港口提供不同功率情况下,采用多目标遗传优化算法对模型进行求解,确定满足岸电使用成本最小和港口环境效益最大的相对较优解集。最后考虑两种碳税收状况下的排放成本确定最优方案,将优化方案与基础方案进行比较证明模型的有效性,证实模型在靠泊时间和岸电使用不同偏好下具有较好的适用性。     

集装箱码头连续泊位动态分配优化模型及算法

以泊位配置问题为研究对象,以到港船舶总在港时间最短为目标,建立优化模型。设计了基于Q学习方法的优化算法,并以某集装箱码头的实际船舶作业数据为例,对模型及算法的有效性进行了验证。     

集装箱码头岸桥调度优化模型及算法

为弥补集装箱码头岸桥调度问题的传统优化方法仅适用单船舶情况的不足,以总费用(所有岸桥使用费用和船舶停靠费用)最小为优化目标,考虑岸桥不可穿越性和安全距离约束条件,建立了了面向多艘船舶的集装箱码头岸桥统一调度和卸船任务分配问题的混合整数规划优化模型.使用任务网络图方法,搜索影响卸船任务最终完成时间的关键任务及其相应的限制任务路径,设计了基于限制任务路径进行邻域搜索的双层模拟退火算法求解模型.12个不同规模的算例结果表明:与分支定界法和遗传算法相比,本文算法节省时间6.32%~18.36%,近似最优解的质量更高,而且最优解目标值之间的差距仅为0.38%~2.20%;考虑岸桥之间的安全距离约束导致系统运营成本增加3.41%~11.21%.      

集装箱堆场空间动态配置模型

为了优化集装箱堆场空间资源, 减少集卡行驶距离, 运用数学规划方法, 从平衡箱区倍位箱量和最小化集卡行驶距离入手, 在滚动计划的基础上, 建立了集装箱堆场空间资源动态配置模型。与集装箱随机配置模型相比, 发现集装箱在动态模型配置下, 可使集卡行驶距离减少20%左右, 提高了集卡使用效率, 降低了集装箱作业成本。     

基于作业均衡的集装箱码头岸桥作业调度优化

为了提高集装箱码头资源配置的均衡性,进而提高作业人员任务分配的均衡性以及岸桥设备资源的利用率,提出了基于集装箱码头岸桥作业均衡调度优化问题。以集装箱码头岸桥作业集装箱量和作业时间两个均衡调度为目标,建立集装箱码头岸桥作业均衡的岸桥调度优化模型,并设计遗传算法来求解。通过对3种目标的结果进行比较,得出在岸桥调度过程中考虑岸桥作业量均衡有助于提高岸桥的利用率,减少岸桥无效作业时间,从而提升码头整体作业能力。     

泊位-岸桥联合分配模型的模拟植物生长交替进化算法

为了综合优化集装箱码头泊位和岸桥联合分配计划, 分析了二者的相互独立性和系统关联性; 利用相互独立性, 分别针对泊位和岸桥分配建立了以平均在港时间和作业成本最小为目标的2个优化子模型; 利用系统关联性, 构建了泊位-岸桥联合分配的约束条件, 将2个子模型紧密联系在一起, 建立了完整的泊位-岸桥联合分配模型; 分析了联合分配模型的特点, 设计了模拟植物生长交替进化算法求解模型, 利用基于模拟植物生长算法的交替进化算子对种群中每个个体的2个目标进行交替优化, 进而实现种群进化, 通过算法框架实现非支配解筛选, 经多次种群进化和非支配解筛选, 获得泊位-岸桥联合分配的Pareto满意解集; 针对大连港集装箱码头3d中共计31艘真实到港船舶的泊位-岸桥联合分配计划进行优化计算, 并与多目标遗传算法的计算结果进行对比。计算结果表明: 共获得13个满意解, 船舶平均在港时间为7.47~9.44h, 使用岸桥次数为85~96台, 作业总成本为20.868~21.114万元; 与多目标遗传算法相比, 进化算法的运算速度提高了6.07%, 所得非支配解的数量增加了4个, 增加幅度为30.76%, 且计算结果更趋近于Pareto前沿, 联合分配计划优化程度较高。可见, 采用模拟植物生长交替进化算法能够最大限度地保持种群进化过程中个体的独立性, 获得更多的非劣解, 且交替进化的方式能够使结果更逼近Pareto前沿。     

自动化集装箱码头岸桥-堆场作业均衡调度研究

为解决岸桥调度中堆场箱区间作业量不均衡问题,以最小化船舶装卸完工时间及均衡各时段内堆场箱区间作业量为目标,考虑岸桥冲突、安全距离和堆场箱区作业量均衡因素,建立了自动化集装箱码头多船情形下岸桥调度问题(quay crane scheduling problem,QCSP)的混合整数规划模型,应用CPLEX编程求解。在算例分析中,为进一步研究箱区间作业量均衡对岸桥调度的影响,将均衡约束松弛,对两个调度方案进行比较。结果表明:在岸桥调度过程中考虑堆场箱区间作业量均衡有助于缩短总作业时间,且各时段箱区间作业量不均衡度都有不同程度的降低,从2%到15%不等,验证了模型在岸桥调度中均衡优化堆场箱区间作业量的有效性。     

基于RBF神经网络的港口集装箱吞吐量动态预测

针对港口集装箱吞吐量在时序上的复杂非线性特征,用自相关分析技术分析时间序列的延迟特性,确定神经网络的输入向量维数;用差分法对数据进行预处理,去除缓变部分,并在一定程度上减少随机噪声;引入延时内部反馈,构造基于径向基函数（RBF）网络的动态预测模型,并用大连港集装箱吞吐量实际数据进行了验证．结果表明：该模型拟合精度和预测精度高,具有很好的预测能力和应用价值．     

双循环操作策略下集装箱码头岸桥与集卡多船作业联合调度

针对在有多艘大型船舶及多艘小型船舶同时进行装卸活动时,一味实行作业面调度,会引起复杂地管理难度,从而导致船舶装卸时间增加。基于该问题及船舶间距离对集卡调度模式的影响,引进分散集卡群与集成集卡群概念,即面向作业线与作业面的混合装卸模式。建立了岸桥和集卡联合调度混合整数规划模型。根据岸桥与集卡调度过程中涉及到的约束条件及特点,设计了矩阵编码方式自适应遗传算法(AGA)对其求解。结果表明:当船舶间达到一定距离时,分散集卡群在作业时间和行驶距离优于集成集卡群。     

资源紧缺型集装箱码头多类型场桥配置问题研究

针对资源紧缺型集装箱码头场桥配置特点,探索堆场场桥配置问题.使用运筹 学线性规划方法,建立集装箱码头堆场场桥配置混合整数规划模型,模型能够处理码头 多类型场桥配置问题.数值实验部分,结合港口实际情况设计算例验证模型的有效性,同 时对模型进行较为完整的场景分析,包括初始场桥分配、场桥作业性能及场桥资源数量, 指出其对实际堆场管理的意义.实验结果显示,本文建立的场桥配置问题能够较好地解决 资源紧缺型集装箱码头场桥配置问题,为实际港口操作提供决策支持.     

多港口区域泊位资源的最优配置与分配

在区域港口发展一体化的背景下,通过调整不同班轮公司的船舶挂靠港口,研究了多港口区域泊位资源的配置与分配问题;为提高泊位利用率,将不同班轮公司组合形成稳定班轮集群,并将多港口区域泊位资源与不同班轮集群之间进行最优匹配,以泊位总数最少和船舶挂靠港口调整最小为目标建立集划分模型,设计了基于排队论和合作博弈理论的三阶段优化方法;以珠江三角洲区域的3个港口(香港港、盐田港和蛇口港)和4个班轮公司的船舶挂靠该区域多港口为例进行算例分析。数值分析结果表明：三阶段优化方法可以使这4个班轮公司的船舶总平均排队长度由23.569 1艘减少至22.930 2艘,即多港口区域的泊位资源整合可以有效缓解港口拥挤和船舶排队;3个港口服务4个班轮公司船舶需配置的泊位数由31减少至27,说明多港口区域的泊位资源的合理配置与分配,不仅可以提高泊位资源利用率,也可以减少不同港口的泊位资源的重复建设;从泊位服务船舶数量的角度,服务不同的班轮集群的船舶对港口的吸引力不同,说明港口可以选择合适的班轮公司作为服务对象来提高泊位运营效率。     

件杂货码头连续泊位调度与货场分配

件杂货装卸作业本身的复杂性导致其码头作业组织较集装箱码头更为复杂. 采用两阶段分层方法求解件杂货码头连续泊位调度与货场分配问题. 第1 阶段考虑泊位等级、潮汐动态、货物水平运输距离,以水平运输周转量最小为目标构建连续泊位调度模型,确定船舶靠泊位置;第2 阶段考虑作业线间作业量均衡和最小化所有作业线的最大作业完工时间构建货场分配模型,缩短船舶在港作业时间. 针对构建模型分别设计求解方法,提出两种不同调度策略确定船舶进港顺序. 最后通过算例试验,在验证方法有效性的同时对不同策略下调度方案进行对比分析.     

港口集装箱吞吐量预测的研究

文章在港口集装箱生成机制分析的基础上,运用多因素动态相关系数法对港口集装箱吞吐量进行预测,同时还对该港集装箱运输的发展作了相关的建议.     

考虑航速优化的多港口泊位协同调度

集装箱运输在全球贸易体系中发挥着重要作用，同时也面临着全球化带来的各种挑战和机遇. 将经典的单港泊位调度问题(BAP)拓展到航运网络中的多个港口进行优化研究. 考虑航速直接影响船舶到港时间和能耗，将船舶航速作为决策变量，以所有船舶总的在港成本最小为目标，建立泊位协同调度模型. 依据模型特点，设计改进的遗传算法对模型求解. 通过数值实验验证模型的性能，结果表明：对不同规模的调度问题进行航速优化，有利于降低船舶总的在港成本；依据燃油价格的变化，适时采用不同的航速策略，能够获得更好的经济和环境效益.