双向通航港口船舶调度优化模型与算法

为提高双向通航港口船舶调度的安全性和调度效率,研究双向通航港口船舶调度优化模型和算法。考虑船舶属性和船舶交通状况等因素,基于船舶调度安全性、连续性和高效性要求,建立以单向/双向通航模式转换、航道与泊位协调和安全性为约束的双向通航港口船舶调度多目标优化模型;设计双向通航港口船舶调度多目标遗传算法获取最佳调度方案。对试验所求的调度方案进行一般性安全检验、双向通航安全检验和双向通航与单向通航转换安全性检验,结果表明:提出的双向通航港口船舶调度优化模型与算法能在保证安全的前提下有效获取船舶调度方案,提高双向通航港口船舶调度效率。     

基于ARENA的沿海港口航道通过能力仿真研究

港口航道通过能力能够表征航道疏导水路交通的能力,对港口航道通过能力进行系统研究,有助于解决航道中船舶因素和设施条件的不足,提高船舶进出港效率。本文构建船舶航行作业系统,将船舶、锚地、航道、泊位组建系统,研究船舶到达率、船舶占用泊位时间、船舶平均等待时间等度量航道服务水平指标的变化趋势。基于ROCKWELL ARENA物流仿真平台,对日照石臼港航道服务过程仿真建模,船舶到达泊位时间间隔越小时,泊位利用率越高,AWT/AST保持在0.3左右,为港口潜力发掘与优化调度提供一定的理论支持。     

基于人机交互-蚁群算法的船舶交通多航道调度优化

传统基于纯蚁群算法的船舶交通多航道调度优化无法根据实际情况调整船舶优先级,船舶占港时间较长,经济效益差,因此设计一种基于人机交互-蚁群算法的船舶交通多航道调度优化方法。建立多航道调度优化模型,明确各船舶调度策略,确定调度时间、等待时间最小的目标函数,建立避免调度过程中产生混乱和协调船舶交叉的约束条件;在调度优化中引入人机交互-蚁群算法,采用人工设置临时改变船舶工作的优先级,以此来提高港口工作效率,并设置算法的搜索顺序,完成船舶交通多航道调度优化的研究。在算例仿真中,为验证传统方法与设计方法的调度结果,设置港口参数并分析两方法的调度方案,结果表明设计的方法得到的方案能有效缩短船舶平均在港口的停留时间和恢复正常生产所需要的时间。     

基于蚁群算法的港口船舶调度优化问题研究

港口船舶调度优化问题是当前一个公开的难题,传统方法无法获得理想的港口船舶调度优化方案,为了加快港口船舶调度速度,降低港口船舶调度成本,建立了基于蚁群算法的港口船舶调度优化模型。首先分析当前港口船舶调度优化研究现状,指出各种方法出现不足的原因,然后构建港口船舶调度优化问题的多约束优化目标函数,并引入蚁群算法对多约束优化目标函数进行寻优,求得港口船舶调度优化问题的最优解,最后进行港口船舶调度优化仿真模拟实验。相对于其他港口船舶调度优化模型,蚁群算法改善了港口船舶调度优化问题求解的效率,港口船舶调度优化问题的解质量更高,可以满足港口船舶调度管理的实际应用要求。     

基于DEA评价模型的港口航道通航效率分析

基于数据包络分析方法(DEA),建立港口航道通航效率评价体系,对某沿海港口的航道通航效率进行了评价分析,结果表明:当航道船舶总吨数达到4030万吨、航道空间占有率达到0.035、航道利用率达到87%、阻抗值为0.175、阻塞率为77.6%、船舶排队长度为1.6艘、平均等待时间为5.93h以及船舶平均航行时间间距为2.2h时,该港口的航道通航效率达到最佳,相关研究成果可为航道建设和船舶调度管理提供科学依据。     

单向航道约束下的港口自动指泊系统

针对连续型泊位分配的多港池港口船舶调度问题,重点考虑单向航道下船舶进出港的影响,同时兼顾潮汐因素对大型船舶进出港的影响、船舶靠离泊条件、港内装卸成本等因素,以港口有效泊位利用率最大化和成本最小化为综合目标,构建二维装箱模型。根据船舶进出港的约束条件,利用启发式规则产生初始解,通过单独或整体移动策略以及同步移动策略实现种群更新,并设计混合算法求解出规定时间内船舶进出港计划。经过唐山港的实际测试和使用,自动指泊系统有效地提升了港口的运行效率并节约了港口运营成本。     

黄骅港限制性双向航道船舶交通组织优化

为提高黄骅港煤炭港区船舶进出港作业效率,研究该港区在限制性双向航道通航模式下船舶交通组织优化问题。考虑船舶属性、船舶交通状况和航道存在的限制性关键航路风险点等因素,基于限制性通航/单向通航模式转换、限制性单/双向通航模式切换、关键航路风险点交通冲突消解、泊位冲突消解、船舶航行安全性和连续性等约束条件,构建以总船舶调度时间和总船舶等待时间最短为目标函数的限制性双向通航模式下船舶交通组织优化模型,并设计船舶航行时间挖掘算法获取模型的关键输入参数;提出一种改进的双链量子遗传算法(Improved Double Chain Quantum Genetic Algorithm,IDCQGA)高效地求解构建的优化模型;基于船舶交通仿真数据库进行验证。试验结果表明:该算法与常规遗传算法相比在全局寻优时,具有较快的收敛速度和较好的稳定性,模型求解出的最优方案总船舶调度时间和总船舶等待时间较先到先服务(First Come First Serve,FCFS)规则分别下降22.6%和30.8%,较先出后进(First out Last in,FoLi)规则分别下降26.3%和31.5%。     

天津港进港主航道船舶交通组织调度建模研究

文中在分析天津港主航道现状的基础上,对其交通组织方式的改进提出一定的建议,并尝试以最小化船舶平均等待时间和最大等待时间为目标函数,以相邻两条船舶进入航道间隔、追越次数等参数为约束条件,建立船舶最优调度数学模型,为天津港船舶调度效率的提升提供理论参考。     

群智能优化算法的船舶信息管理任务批量流水调度研究

针对传统的船舶信息管理任务调度模型的调度平均等待时间长的问题,研究群智能优化算法的船舶信息管理任务批量流水调度模型。根据群智能优化算法理论,将调度过程中的船舶看作粒子,根据实际调度需求设定调度模型的参数。为缩短船舶调度平均等待时间,规划船舶调度的目标函数以及约束条件。计算粒子适应度,将粒子与任务分配一一映射,根据船舶可信度计算得到局部粒子最优解,更新粒子位置直至出现最优调度解,完成船舶信息管理任务批量流水调度模型的构建。通过与传统调度模型的对比仿真实验,验证构建的基于群智能优化算法的船舶调度模型能够缩短传统调度模型2/3的平均调度等待时间,提高了调度效率。     

沿海集装箱港区泊位装卸效率对单线航道利用率的影响*

随着港口现代化与船舶大型化的发展,沿海集装箱港区的泊位装卸效率也在迅速提高,单线航道利用率也受到了影响。基于计算机仿真技术,建立沿海集装箱港区船舶进出港作业系统仿真模型,着重研究泊位装卸效率对单线航道利用率的影响规律,为港口规划和建设决策提供参考。研究结果表明:提升泊位装卸效率可提高单线航道利用率,港区在提升泊位装卸效率来增加港口通过能力的同时,要兼顾其对航道利用率的影响,否则将会导致航道利用率过高,造成航道拥堵,降低航道服务水平等级。对于实例中的港区规模,建议装卸效率提升幅度不宜超过13%。     

时间窗限制下港口泊位优化分配问题模型

提出新的离散型泊位分配模型,对船舶在港口内的服务时间和港口内泊位的可用时间都考虑了时间窗约束,并在目标函数中考虑了船舶的不同服务时间价值,基于模拟退火算法设计了相应的模拟退火算法进行问题的计算和分析。算例表明,求解大规模问题时,在求解质量和计算时间上要优于CPLEX软件,所提出的优化方法将有助于帮助繁忙港口提高泊位等资源运营管理的效率。     

基于仿真技术的黄骅港煤炭港区航道拓宽方案确定

2017年以来黄骅港煤炭港区吞吐量持续超过2亿t，船舶大型化趋势显著，导致船舶等待时间偏长，航道通过能力也已不能满足港区发展要求，急需对现状5万吨级航道进行拓宽升级。为了合理确定航道拓宽方案，采用系统仿真技术，通过建立涵盖锚地、航道、港池和泊位的港航系统模型，结合港口生产数据，对多个航道拓宽方案开展港航系统仿真研究。结果表明，各航道拓宽方案均能满足港区吞吐量发展要求；随着航道拓宽里程增加，煤炭船舶平均离港等航道时间、煤炭码头平均单船空泊时间呈减小趋势，相应煤炭码头泊位利用率、港航系统通过能力逐步提升。基于仿真研究结论，通过综合对比投资、航道横流、后期维护费用等因素，推荐采用航道拓宽方案1。     

宜宾港泊位和装卸设备调度

分析我国内河港口港区资源现状。根据宜宾港资源情况,针对待泊船舶,采用匈牙利算法建立模型,从泊位和装卸设备调度两方面求出指派问题的理论最优解,通过联系实际分析其可行性并得出调整方案。该方案可以节约待泊和装卸时间,提高港区作业效率,实现港区资源优化配置。     

偏好泊位约束下的集装箱港口离散泊位分配问题*

在集装箱码头中,泊位调度系统是影响码头作业调度的重要环节,而泊位分配问题又是其首要问题。为了揭示 泊位偏好对泊位分配问题的影响,重点从集装箱码头泊位分配问题和基于船舶泊位偏好问题两方面展开研究,为对泊位分 配和泊位偏好进行协同优化配置,建立泊位偏好约束下的多目标混合整数数学模型。并且采用CPLEX进行求解。通过算例 说明模型的有效性,并通过实验分析船舶对泊位的偏好的影响。结果对港口具有的实际应用价值,拓展了对离散型靠泊计 划的研究。     

基于启发式算法的连续泊位调度研究

近年来为了提高码头的运作效率,集装箱码头通过运筹优化等手段,对现有资源、设备进行合理的安排与调度,以提高码头的生产作业效率。其中泊位作为集装箱码头最为稀缺的资源,如何合理地利用泊位资源,缩短船舶在港时间是码头生存和发展的根本。文中首先对连续泊位调度进行了定性的分析,介绍了连续泊位调度相对于离散泊位的优势,然后构建一个二维装箱模型,时间横轴表示船舶的到港时间的时间点与作业时间的时间段,空间纵轴表示泊位长度与船舶船长,并设计一种启发式的算法对该模型进行求解最优。最后以通过算例来阐述该种算法的优势。     

碳税规制下潮汐港口泊位——岸桥集成调度优化

为了在提升码头作业效率的同时,控制碳排放,建设高效能低碳港口。针对碳税规制下连续型泊位分配和岸桥动态作业的集装箱码头调度问题,考虑大船需乘潮进出这一现实约束,量化码头碳排放并建立以计划期内船方成本、码头方成本及系统碳税之和最小化为目标的混合整数规划模型。利用CPLEX进行求解,验证模型在解决实际港口调度问题上的有效性,同时发现碳税规制有助于减少船舶在港时间,降低系统碳排放。     

基于蚁群算法的港内集装箱运输调度模式研究

以集装箱码头船舶装卸作业调度问题为研究对象,综合考虑港口多种装卸资源和流程,在船舶泊位占有时间确定的条件下,以装卸运输作业总成本最低为目标,提出单船装卸作业调度模型;用蚁群算法对所建立的模型进行求解和仿真,并结合实际问题给出具体调度结果。此模型和方法考虑了生产效率和作业成本之间的平衡,保证以较低的成本完成规定作业。     

港口码头大型接卸船舶物流调度方法

针对传统船舶物流调度方法物流运营收益较低的问题,提出一种港口码头大型接卸船舶物流调度方法,对大型接卸船舶泊位资源进行配置,通过设置物流调度条件,建立港口码头大型接卸船舶物流调度模型,利用模拟迭代算法对模型进行求解,实现港口码头大型接卸船舶的物流调度,为了证明该方法的物流运营收益较高,将该方法与基于局部最优解的船舶物流调度方法、基于可能域的船舶物流调度方法、基于改善算法的船舶物流调度方法进行对比实验,结果证明该方法的物流运营收益最高,说明该方法最适用于大型接卸船舶的物流调度。     

舟山北部水域大型泊位规划对通航效率影响的仿真模拟研究

远期规划的舟山北部水域大型泊位高达50余个。进港航速低、历时长、乘潮和靠泊时间窗口要求特殊,是大型船舶影响港口通航效率的主要因素。在现状及近、远期港口规划条件下,基于Arena仿真建模方法,构建舟山北部水域大型船舶进出港仿真模型,定量统计分析不同阶段大型泊位规划对船舶通航效率的影响。结果表明:近、远期规划实施后大型船舶流量增加33%和65%,远期规划中黄泽作业区的船舶平均等待时间较现状增加约10.5 h,小洋山作业区和鼠浪湖作业区分别增加约0.5 h和2 h,对通航效率整体影响有限。     

基于多目标混沌云粒子群算法的泊位-岸桥分配研究

为了提高集装箱港口泊位-岸桥分配效果和优化效率,以集卡运距和船舶在港时间最小为优化目标,建立了多目标离散泊位-岸桥分配模型,利用混沌云粒子群算法对泊位-岸桥分配模型进行求解,开发了粒子可行-整数化处理模块,内嵌于混沌云粒子群算法进化中,制定了粒子编码规则,设计了多目标函数的粒子历史极值和全局极值的计算方法,提出了基于混沌云粒子群优化算法求解多目标离散泊位-岸桥分配模型的新方法,数值算例结果证明了该模型和算法的可行性和实用性。