集卡与岸桥及场桥联合调度模型优化

分析了集装箱码头中的集卡与岸桥、场桥联合调度;基于集卡运输时间与等待岸桥、场桥时间之间的权重系数考虑,建立了以等待岸桥、场桥作业时间与集卡运输时间之和最小为目标的联合调度优化模型,为集装箱码头装卸作业调度提供了决策支持;算例验证了模型的有效性和实用性。     

集卡与岸桥及场桥联合调度模型优化

分析了集装箱码头中的集卡与岸桥、场桥联合调度;基于集卡运输时间与等待岸桥、场桥时间之间的权重系数考虑,建立了以等待岸桥、场桥作业时间与集卡运输时间之和最小为目标的联合调度优化模型,为集装箱码头装卸作业调度提供了决策支持;算例验证了模型的有效性和实用性。     

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。     

不确定因素下的集装箱码头车船间装卸作业集成调度

为了提高集装箱码头的效率,建立了集装箱码头车船装卸作业集成调度模型;考虑了装卸同步作业与一些实际约束条件,如岸桥、龙门吊间干扰和安全距离等,以及生产调度中的不确定因素,如岸桥、集卡的速度变化等,设计了改进的多层遗传算法求解模型;为了确定随机变量的具体值,在传统的遗传算法中引入蒙特卡罗法,为了使得集装箱在集卡间均衡分配,在传统的遗传算法中引入均衡算子;通过试验验证模型和算法的可行性和有效性,并进行了改进的多层遗传算法中引入均衡算子与未引入均衡算子间的对比试验。分析结果表明:引入均衡算子后的装卸作业完成总时间为7 437.8s,比未引入均衡算子减少760.3s,且在引入均衡算子的试验中50FEU集装箱均匀分配给了5辆集卡,而在未引入均衡算子的试验中未能均匀分配;固定龙门吊和岸桥数量,改变集卡的数量,通过比较每组试验中作业总完成时间和边际效益值,得出当集装箱数量为80、90、100FEU时,最优设备配比为3台龙门吊、10辆集卡和4台岸桥。可见,改进的多层遗传算法可以提高集装箱码头车船装卸作业的效率,是解决集装箱装卸作业集成调度问题的一种有效方法。     

基于混合交叉作业的码头集卡路径优化模型

针对集装箱在码头堆场分散堆放的情况和码头泊位装卸作业的状态要求,研究了以岸桥组合为作业单元的集卡作业路径优化问题.与传统的作业方式不同,综合考虑了集卡作业方式要求、集卡作业组数量、泊位作业岸桥安排、集装箱堆放地点数量及各地点堆放集装箱箱量情况,以及它们相互之间的关联和协调关系,设计了集装箱码头集卡作业组对于泊位多岸桥装卸混合交叉作业下的路径优化模型.通过算例对模型进行验证,该模型优化的作业安排能够有效提高集卡的利用效率和集装箱码头的生产作业效率.     

集装箱码头送箱集卡预约与场桥调度协同优化

针对送箱集卡随机到港引起的场桥作业不均衡,以及高峰时段场桥资源紧缺、集装箱码头拥堵等问题,构建送箱集卡预约与场桥调度协同优化的二层规划模型.上层目标为集卡在闸口的排队等待时间、预约集港导致集港时段调整的集卡数及所有预约时段未完成作业量所需的场桥时间最小,下层目标为每个预约时段未完成作业量所需的场桥时间最小.设计并行遗传算法求解模型,并以天津东方海陆集装箱码头为例进行算例分析.结果表明,预约集港能够降低集卡在闸口的排队等待时间,且送箱集卡预约和场桥调度的协同优化比独立决策更有利于提高集港效率.     

集装箱码头前沿布局的仿真优化

应用仿真优化方法研究了某集装箱码头前沿布局中泊位数，岸边集装箱装卸桥（岸桥）陆侧轨外侧作业通道数，岸桥及集装箱拖挂车（集卡）配备数量等因素对作业过程及码头通过能力的影响．开发了可生成不同集装箱码头前沿布局方案的参数化仿真模型，建立了仿真结果数据库和多目标多层次的方案综合评价指标体系．把遗传算法与系统仿真相结合，以评价指标体系评价得分作为优化目标，求得了最优方案，供决策者参考．     

集装箱码头混合交叉作业集成调度模型

针对集装箱码头进出口作业系统中泊位分配、装卸作业、水平搬运等诸多环节之间的关系,分析了现有进出口作业系统对集装箱码头生产效率与运营成本的影响。运用系统工程优化理论,提出混合交叉作业集成调度方法与同步优化技术,以泊位分配、设备配置、集装箱卡车(集卡)行驶路径为决策变量,以集装箱码头最小运营成本为目标函数,建立了三阶段集成调度优化模型,设计了双层遗传求解算法。在双层遗传算法中,上层遗传算法用于搜索集装箱码头设施设备的合理配置组合,下层遗传算法在上层算法的基础上优化集卡行驶路径。计算结果表明:与独立装卸作业过程相比,使用混合交叉作业集成调度模型时,集卡数量为22veh,减小了66.2%,集卡行驶总距离为10 389.8km,减小了17.4%;与单独调度方式相比,使用混合交叉作业集成调度模型时,集卡行驶总距离减小了14.5%,码头运营总成本为84 266.2元,降低了4.6%。可见,使用集装箱码头混合交叉作业集成调度模型,能有效提高集装箱码头生产效率,明显降低运营成本。     

集装箱码头物流作业Agent间的重构

在介绍集装箱码头物流作业流程的基础上,通过引入计算Agent和作业角色Agent,构建了基于Multi-Agent的集装箱码头物流作业重构系统框架和结构,研究了重构中作业角色Agent的工作过程,用强化学习算法设计了作业角色Agent;构造了在基于Multi-Agent的集装箱码头物流作业重构中计算Agent重构模型,并用双层规划理论实现了相邻作业角色Agent的协调。以集装箱码头集卡作业和岸桥作业两相邻作业重构为例说明了重构是有效的,有利于提高集装箱码头物流作业系统的可靠性和协调性。     

集装箱港口岸桥动态分配与贝位调度研究

为提高集装箱港口岸桥的利用率和对船舶的服务水平,针对多船各贝位的任务量,考虑船舶优先度、可作业岸桥数量、岸桥冲突和安全距离等因素,以船舶的在港时间最短为目标,建立了多船岸桥动态分配与贝位调度混合整数规划模型,通过不同规模的算例,分别用C#调用Cplex和C#对遗传算法编程求解。结果表明:该模型能有效地解决多船的岸桥分配与调度问题,且遗传算法求解时间更短、求解质量更高,进而验证了该模型和算法的有效性。     

集装箱码头卸船作业调度方案的两阶段禁忌搜索算法

为提高集装箱码头卸船作业效率,建立了堆存位置-集卡调度一体优化模型,设计了集装箱码头卸船作业调度方案两阶段禁忌搜索算法。在第一阶段,通过禁忌搜索算法决定集装箱的堆存位置;在第二阶段,基于堆存方案执行另一禁忌搜索算法,获得集卡的优化调度方案,然后再计算卸船时间,且将结果反馈到第一阶段的搜索过程,通过两阶段搜索过程的反馈优化卸船调度方案。计算结果表明两阶段禁忌搜索算法可以平均减少卸船作业时间6.78%,结果稳定。     

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。     

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%.      

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.     

多类型任务复合作业的堆场龙门吊调度问题研究

在集装箱码头,龙门吊是负责在集装箱堆位和集卡之间进行集装箱搬运的主要设备,其作业效率对提升集装箱码头的服务水平至关重要.为了提升集装箱堆场龙门吊的作业效率,本文根据龙门吊实际作业情况,对集装箱堆场龙门吊的多类型任务复合作业问题进行研究.以优化龙门吊作业任务开工时间延迟的惩罚成本为目标,基于整数规划方法建立了多类型任务复合作业下的堆场龙门吊调度模型,并针对模型特点设计了基于GA的智能求解算法.最后,以某码头的实际作业数据为基础,进行了案例计算和对比,验证了该模型和求解算法的有效性.     

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。      

带时间窗的中心站多车程集卡调度优化研究

为解决铁路集装箱中心站与周边货源地间的公铁联运多车程集卡集疏调度问题,将货源地的每一集装箱集疏需求视为一个任务节点,以集卡调度总成本最小为目标,综合考虑集卡容量和集装箱集疏时间窗等约束,构建允许同一集卡重复利用的多车程集卡调度优化模型,并设计改进的遗传算法求解该模型。为均衡集卡工作时间,以调度模型确定的最佳集卡数量和车程集合为输入,进一步构建以集卡作业时间之差最小为目标的集卡车程分配模型,并借助Gurobi精确求解每一集卡的最佳车程任务。以郑州铁路集装箱中心站为例进行实验验证,结果表明：本文所提方法能有效解决公铁联运集装箱在集疏环节的集卡调度问题;相较于单车程模式,多车程模式下集卡调度成本平均减少了60.31%;车程分配优化可以将集卡作业时间最大差值减少14.3%以上,提高了集卡作业时间的均衡性。     

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。     

集装箱码头前沿交通流模型研究

在深入分析现代集装箱专用码头前沿交通流的影响因素的基础上，提出并建立了一个集装箱码头前沿交通流模型，通过对模型的数值计算，分析了集装箱拖挂车在前沿的滞留时间与作业的集装箱岸桥数量比的关系，仿真研究了集装箱拖挂车在前沿的滞留时间与码头前沿宽度的关系，证明了模型的合理性，利用这个模型可以评价码头前沿交通流状况，从而为码头设计和规划提供理论依据。     

集装箱码头作业系统层次化、并行、异构与可重构计算模型

基于计算思维和计算透镜, 分析了集装箱码头的装卸作业与调度决策, 基于“并行计算”、“异构计算”和“可重构计算”提出了计算物流视角下的集装箱码头作业层次化、并行、异构与可重构计算模型; 将计算机科学领域中多种典型计算体系结构的设计思想和运作机制, 泛化、迁移、修正、融合和定制到集装箱码头作业系统中, 设计了面向此计算模型的混合调度策略, 提出了集装箱码头调度新的抽象计算模型与工程解决路径; 以某大型集装箱码头为实例, 基于集装箱码头作业层次化、并行、异构与可重构计算模型, 进行了物流广义计算自动化的设计与性能评估。研究结果表明: 采用计算模型能确定码头的集装箱吞吐量上限, 实例中约为码头年设计能力的2.75倍; 在满负荷情况下, 基于等待作业集装箱队列的负载均衡调度策略和基于等待作业船型的负载均衡调度策略均能将大型集装箱干线船舶物流广义计算任务延迟缩短约17 h; 在明显作业过载时, 前者能将物流广义计算任务延迟减少100~110 h, 后者能减少约120 h; 在满负荷和作业过载情况下, 2种策略均能缩短大型集装箱干线船舶物流广义计算访问存储时间1~2 h, 后者在作业过载情况下表现更佳; 2种策略都能很好地优先服务重点班轮集合, 且有各自对应的适用状况和调度重点, 码头管理者可根据具体情况选择适用。