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.     

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。     

集装箱码头装卸作业的协同与优化

港口集装箱装卸作业系统的开放性、复杂性、随机性的要求,建立基于多智能体的港口集装箱装卸作业协同优化系统,用强化学习算法与经验知识相结合实现单项作业智能体的结构,通过点对点的通讯方式以及对策论与社会规则相结合的协同优化方法,实现集装箱码头装卸作业的协同与优化．     

集装箱码头同贝同步装卸调度模型与算法

为了提高集装箱码头装卸效率,建立同贝同步装卸调度模型,实现装卸桥在同一贝位内同时进行装船与卸船作业,模型通过优化装卸桥作业序列与出口集装箱积载计划降低装卸桥与龙门吊作业时间。设计了基于双层遗传算法的模型求解方法,利用上层遗传算法搜索装卸桥最优作业序列,下层遗传算法在装卸桥作业序列基础上获得出口集装箱最优积载计划,然后计算龙门吊与装卸桥作业时间,且将结果反馈到上层遗传算法,通过上下层遗传算法的反馈优化调度方案。通过算例对模型与算法进行验证。分析结果表明:同贝同步装卸调度模型可以提高装卸效率9.42%～11.53%,模型与算法有效。     

考虑海铁联运的集装箱码头泊位分配优化

在海铁联运背景下,协同考虑到港船舶及铁路班列特点,优化集装箱码头泊位分配,对于提高港口作业效率至关重要.在满足码头岸线、泊位水深、岸桥等资源约束前提下,综合考虑船舶服务优先级和偏好泊位、铁路集装箱班列到发时间等约束,以船舶在港停留时间和泊位偏移惩罚时间最小为优化目标,建立海铁联运集装箱码头泊位分配优化模型;针对模型特点,设计自适应遗传算法进行求解,选取计划周期48h内的到港船舶数据进行案例分析,通过MATLAB数值实验,得到符合船舶服务优先级和泊位偏好要求且契合铁路班列开行计划的海铁联运码头泊位分配方案.数值实验结果表明:在海铁联运协同优化条件下,船舶平均等泊时间为2.9min,最大等泊时间为11.4 min,同时船舶的靠泊位置与偏好泊位之间的距离均不超过100 m,船舶在港的停留时间及偏好泊位差都得到了较好的控制.研究可进一步优化海铁联运集装箱码头泊位分配方案,有利于提高海铁联运集装箱在港转运效率.     

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.     

多跑道降落飞机协同调度优化

为了制定安全、高效的空中交通管理战术决策, 研究了多跑道降落航班协同调度问题。基于协同决策理念, 综合考虑空管、航空公司和机场等因素, 提出一种协同航班调度策略, 给出了协同调度优化模型。模型在满足安全性和公平性约束条件下, 寻求总延误成本最小即功效性最大的调度方案。采用基尼系数建立公平性约束, 以处理功效性和公平性之间的关系, 并引入当量航班概念来定量分析公平性。针对多跑道航班调度问题的特点, 设计了遗传算法予以求解验证。仿真结果表明: 该算法总延误成本比先到先服务算法降低了72.6%, 最大延误时间减小了50.8%, 因此, 调度的功效性与公平性得到提高, 所提方法有效。     

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。     

多跑道着陆飞机协同调度多目标优化

综合考虑空中交通管制、航空公司和机场因素,研究了多跑道降落航班的协同调度问题,以实现安全、公平和高效的空中交通管理战术决策．提出了采用协同航班调度策略和多目标优化调度模型．模型以安全性为约束,以总延误成本和空中交通管制员管制负荷最小、航空公司之间尽量公平为优化目标,用多目标遗传算法求解．算例仿真结果表明,用本文算法得出的最优方案与FCFS算法结果相比,因延误造成的总成本损失减少了61．4％,并使延误损失在各航空公司间的分配更加均衡．     

集装箱码头场桥调度优化模型研究

为提高码头堆场作业效率,研究了出口箱作业过程中的多场桥调度优化问题.结合岸桥作业子计划与堆场贝位箱量分布,以场桥在每个子任务中从堆场贝位提取的箱量以及场桥行驶路径为决策变量,建立目标为场桥作业贝位数最少及行驶路径最短的两阶段数学模型.从单场桥和双场桥作业的角度,设计算例利用CPLEX对模型进行求解,检验了模型的准确性,并与顺序作业法、贪婪作业法及遗传算法进行对比,结果表明:两阶段模型有效地减少了场桥移动距离.     

快捷货物列车开行方案多目标优化模型及算法

快捷货物列车开行方案是铁路快捷货物运输组织的基础,也是服务货主的重要 体现.本文综合考虑货主的需求及铁路的生产,以运送最多的货物需求量及最小化货主支 出运输成本为目标,构建快捷货物列车开行方案的多目标优化模型,实现货流 OD 在可 选走行路径上列车内的分配;在建模时,将列车的编成辆数设定为可以在一个范围内灵 活取值的决策变量,从而更符合快捷货物列车的特性;根据模型特点,设计了有偏好信息 的遗传算法进行求解;最后,通过一个算例验证了模型和算法的可行性. 研究结果表明, 所提出的方法对铁路快捷货物运输组织具有一定的借鉴意义.     

铁路集装箱中心站多轨道吊柔性协同调度优化

针对铁路集装箱中心站轨道吊协同装卸调度(RMGCS)问题,考虑多轨道吊间的作业干涉和安全距离约束,建立目标函数为最小化集装箱完工时间的混合整数规划数学模型。结合RMGCS问题特性,提出一种考虑多轨道吊柔性协同作业的改进麻雀搜索算法(ISSA),首先,提出能够解决多轨道吊间作业冲突的任务分配策略和干涉判断方法;其次,设计自适应非线性动态安全值,平衡全局和局部搜索;再次,改进加入者更新移动方式,使其在全维度上靠近最优解;最后,引入LOV(largest-order-value)规则,将个体从实数向量映射到集装箱整数序列。为了验证问题和算法的有效性,分别利用ISSA与其他算法求解不同样本规模的算例,结果表明：ISSA在不同样本规模的RMGCS问题求解上,均具有更好的寻优效果。此外,所提出的柔性协同调度模式相比现有的固定范围顺序装卸调度模式,使样本量为45的装卸作业总完工时间缩短了15.5%。     

自动化集装箱码头双循环AGV与场桥的集成调度研究

针对自动化集装箱码头装卸过程中双循环自动导引车(Automated Guided Vehicle, AGV)和场桥的调度问题,提出基于启发式遗传算法的集成调度方法.根据自动化码头装卸过程中双循环AGV的作业特点,对集装箱在船舶与堆场之间的流动特征进行详细解析,建立相应的数学模型,并分别设计基于“最早可获得时间”和“最短路径”启发式规则的遗传算法进行求解.通过数值仿真,从平均值、最小值、标准方差和求解时间分析任务量、AGV数量等参数对算法性能的影响,结果表明,“最早可获得时间”启发式规则相比于“最短路径”启发式规则更适合双循环AGV与场桥的集成调度.     

高速列车多区间节能操纵优化研究

区间运行时间和操纵方法是实现高速列车节能运行的两个重要方面.本文构建了可调整区间运行冗余时间的高速列车多区间节能操纵模型.考虑到高铁枢纽车站和非枢纽站对列车到达时刻准点性的要求程度不同,模型中增加了枢纽车站的列车到达时刻与列车运行图定到达时刻一致性约束,以及非枢纽车站的列车到达时刻在一定时间范围内的约束.为了避免解空间中不满足定时约束的不可行解的数量影响算法效率,设计了一种三层编码的遗传算法来求解模型.通过1条包含3个枢纽车站、3个非枢纽车站的高速铁路线路验证,结果表明,本文所提出的高速列车多区间节能操纵方法能够保证枢纽车站列车到达时刻不变,非枢纽车站列车到达时刻在一定时间范围内变换时,求得多个区间的列车最优节能操纵速度轨迹.与基于牵引-惰行控制方法和单区间节能操纵方法在图定运行时分下的计算结果相比,本文所提出的方法节能率分别超过16%和4%.     

技术站间货物列车协同配流方案研究

技术站间货物列车协同作业组织模式,可实现各站获益,整体加强,对提升铁路运输生产效率具有重要意义.本文建立技术站间货物列车协同配流模型.模型以最大化两技术站的正点出发列车数作为目标函数,采用启发式遗传算法进行寻优,得到货物列车解编顺序和配流方案.最后,通过对算例进行实验分析,验证协同配流模型的实用性.结果表明,技术站间协同配流作业明显压缩车辆在站总停留时间,增加了阶段计划内正点出发列车数,进而提高了技术站内线路使用能力.     

高铁站列车和调车作业计划一体化编制方法

复杂高铁站作业计划的编制质量是影响整个路网运输能效发挥的重要因素,为快速编制高质量车站作业计划,分析了各类列车在车站列车和调车作业,构建列车作业链,并描述车站作业计划优化问题的本质,结合车站布局和轨道电路分布,构建基于微观层面的车站作业计划优化模型;针对实际问题变量巨大,约束条件复杂的特点,将模型转换为对偶形式,在不需...     

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综述了城际列车开行方案的研究现状.为准确描述客流与开行方案的互动关系,本文提出了模型建立的系统封闭性假设、列车种类划分假设、客流动态转化假设和选乘优先顺序假设等假设条件.在此基础上,对相关集合变量进行了描述,建立了反映不同类型客流转化过程的客流动态分配模型,构建了综合考虑铁路部门收益最大化、旅客总支出最小化和最大限度满足客流需求的多目标规划模型.针对建立的多目标0 1整数规划模型,采用遗传算法求解,并对规划模型求解的过程进行了说明,最后通过算例验证模型算法的有效性.     

大型机场进场航空器联合调度模型

为减少进场航空器总延误与总滑行时间,研究了大型机场进场航空器联合调度问题;分别以跑道排序时间跨度和总延误加权和最小、被分配至远机位航班数量最少、进场航空器总滑行时间最短为目标函数,构建了跑道、停机位、滑行道三大系统的正向联合调度模型;在此基础上引入停机位再调整模型,通过调整额外滑行时间较大的航空器的停机位指派方案对滑行道调度进行反向优化;设计了一种改进型基因编码的遗传算法以避免非可行解的产生,提高求解效率。仿真结果表明：对比先到先服务策略,改进型遗传算法的进场航空器跑道排序时间减少了20 s,总延误从254 350 s降至199 760 s,减少了21%;对比蚁群算法,改进型遗传算法的总延误减少了20 060 s,降低了9%,且迭代曲线更平稳;改进遗传算法迭代12次时即能为进场航空器全部分配至近机位,18架进场航空器的总滑行时间从4 575 s降至4 145 s,降低了9%,且滑行过程中仅发生3次冲突;11架航空器均选择最短路滑行,仅3架航空器的额外滑行时间超过40 s;经停机位调整后,总额外滑行时间减少58 s,降低了27%。可见,进场航空器联合调度模型能提高大型机场运行效率,为场面资源管理提供决策参考。