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.     

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。     

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。     

集装箱码头铁水联运装卸设备协同调度

集装箱码头铁路作业区是开展集装箱铁水联运的主要场所,其效率将影响集装箱铁水联运的整体效率,因而,建立了以装卸过程总完成时间最短为目标的龙门吊、集卡和场桥的协同调度问题的混合整数规划模型,既考虑了装卸同步,又考虑了龙门吊间的干扰和安全距离、龙门吊和场桥走行时间及缓冲区等现实约束,并考虑了集卡堵塞问题.为了求解模型,设计了改进的多层遗传算法.最后通过实验验证了模型和算法的有效性和可行性,证明了考虑集卡堵塞问题是有必要的,并给出了50个和100个集装箱的设备最佳配比.     

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%.      

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。     

考虑能耗的铁水联运集装箱装卸设备协同调度

随着集装箱港站铁水联运作业量增大,以及节能减排压力与日俱增,实现港站作业设备的高效调度和低能源消耗间的协同优化将是亟待解决的问题.本文研究了集装箱铁水联运港站中多设备间的高能效协同调度问题,基于混合流水车间调度(HFSS)思想,构建了综合考虑岸桥、集卡、正面吊三阶段装卸过程的协同调度模型,以总完成时间最短和能耗最低为目标,设计了基于遗传算法和模拟退火的混合优化算法.通过实验验证了模型和算法的可行性,证明可以实现高能效利用下的港站设备协同调度优化.     

基于“作业面”模式下集卡配置的仿真研究

为了合理利用集装箱码头的固有资源,提高码头的作业效率,通过集卡调度优化模型算出集卡的最优行驶路径并带入仿真模型中对案例进行分析,得出了在“作业面”模式下集卡配置量与码头作业效率及集卡阻塞时间之间的关系,旨在使码头的装卸效率和资源的浪费状况达到可接受的平衡状态而给出集卡合理配置量的建议。     

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。     

绿色集装箱港口节能减排策略综述

综述了绿色集装箱港口节能减排策略,总结了国内外针对在港船舶、场桥、集卡与岸桥节能减排的措施与减排效果量化方面的研究成果,提出了未来的研究方向。研究结果表明:船用替代燃料(包括液化天然气、生物燃料、新能源)减排效果明显,针对替代燃料动力船应用困难问题,未来可重点研究替代燃料配套设施建设时序、补贴政策确定等问题;船舶采用岸电技术依据各地区碳排放系数不同可减少48.0%~70.0%的船舶在泊CO₂排放,考虑岸电设施使用率低等问题,港口岸电定价、船舶与码头配套设施改造时序等问题成为未来研究重点;降低船速可减少8.0%~20.0%的船舶在港CO₂排放;降低船舶非生产等待时间及辅助作业时间,并不能显著降低船舶在港CO₂排放,后续还可进一步研究如何通过港口资源合理调度等方式减少船舶在港等待时间;设立硫排放控制区可减少33.0%~34.6%的SO₂排放,还可继续研究排放控制区对船舶运营与港口运营的影响;场桥、集卡与岸桥节能减排措施主要为设备改造及优化调度,未来可继续研究既有设施设备节能改造时序,并分析在港船舶与装卸设备各减排措施集成下的综合减排效果;新能源供电系统在港口中的应用尚处于起步阶段,未来可研究港口新能源电力系统设计方法,构建清洁低碳的港口能源体系。      

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。     

基于“作业面”的铁路集装箱中心站集卡路径优化研究

结合现场作业情况分析了影响集卡最优走行路径选择的5个主要因素:集卡作业道路通行情况、装卸线上集卡等待轨道吊排队情况、堆场内集卡等待龙门吊排队情况、堆场内龙门吊作业效率,以及空闲集卡距目的地的距离,提出了影响因素隶属度的计算方法,给出了基于模糊决策理论的集卡最优路径选择求解算法,并以铁路集装箱中心站的实例进行验证分析.该优化方法提高了集装箱中心站集卡的作业效率,为基于“作业面”的集装箱中心站的集卡调度系统提供了理论和技术支持.     

集装箱港口连续泊位与岸桥的动态配置

为缓解集装箱港口的泊位和岸桥资源比较紧张的现实情况,提高港口的运营效率,针对港口中泊位和岸桥的联合分配问题,在基于泊位和岸桥数量随时间动态变化的条件下,综合考虑泊位的连续性和船舶的泊位偏好性,建立了一个以船舶剩余作业量、船舶偏离偏好泊位的距离和岸桥移动次数之和最小为目标的混合整数线性规划模型,在保证船舶能在最迟离港时间前离港的前提下,让船舶尽快离港。通过CPLEX求解出此模型的最优解和算例分析,证实了文中的混合整数模型在解决实际港口中泊位和岸桥联合分配问题上的有效性。     

基于多Agent的集装箱码头生产调度系统建模研究

集装箱码头的生产调度决策是在港口资源有限的条件下,对设施设备进行优化调度,以提高工作效率的问题,涉及因素多而且具有离散性和动态性的特点.文中提出了基于MAS集装箱码头的智能生产调度系统的思路及其结构框架,该系统考虑了泊位、岸桥、集卡、堆场及闸口等设施和设备的资源利用,介绍了Agent的结构和功能,Agent群之间的通信机制和协商机制,并以泊位调度Agent为例,说明了调度Agent群的工作机制.     

基于萤火虫算法的集装箱码头集卡路径多目标优化研究

在两艘船同时作业情况下,建立以集卡总行驶距离最短及完成两船所有装卸任务的时段内各箱区间作业量不平衡性最小的多目标优化模型。在模型求解时,采用新颖的萤火虫算法求解,编码方式采用离散整数编码,每个整数编码表示对应的集卡作业回路运行次数。最后通过舟山甬舟集装箱码头案例分析,较好的解决了集卡路径优化问题,为码头运营者提供了一定的决策支持,也验证了模型与算法的有效性与实用性。     

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。     

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。