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。     

基于WITNESS的集装箱码头内部物流作业系统仿真建模

通过对现实集装箱码头公司的仿真模拟,可以体现WITNESS专业软件在进行码头物流作业仿真中的优异性能。WITNESS直观的显示以及统计功能,为码头公司进行物流系统设计改造提供了很好的帮助。     

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。     

集装箱码头生产物流控制系统的设计与实现

集装箱码头生产物流控制系统（CTLCS）主要解决了现有集装箱码头MIS系统中存在的结构缺陷．该系统集成方法是在原有MIS基础上，增加了无线局域网（WLAN）和移动工作站群两个单元平台；将DGPS—RTK技术应用于码头露天环境的集装箱堆场工艺，实现了集装箱码头的场桥动态追踪、生产物流实时控制和远程可视化管理；解决了生产人员依赖作业计划单、对讲机那种半手工生产管理模式造成的码头生产瓶颈和管理信息滞后现象．CTLCS可在原有码头生产能力的基础上，使港口企业的物流成本降低4％．港口集装箱吞吐率和客户服务水平都得到明显提升．     

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.     

CCCT技术与集装箱码头生产DPS系统的整合研究

介绍了一种集装箱码头生产(DPS)系统与控制、通信、计算(CCCT)技术整合方案.设计思想是由自动控制层、数据通信层和计算处理层构成一个完整的码头生产管理信息系统;解决了码头前沿数据断层、堆场定位作业数据缺失等问题,提高了码头生产链的信息化和自动化程度.通过集装箱码头生产(DPS)系统与控制、通信、计算(CCCT)技术的整合创新,提高了集装箱码头的生产能力.     

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。     

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%.      

内外集卡协同服务的码头集卡预约优化模型

针对码头集卡集中到达引起的拥堵问题, 提出了基于内外集卡协同服务的码头集卡预约优化模型, 建立了休假式排队系统, 设计了基于遗传算法的求解方法, 并利用算例验证了模型与算法的有效性。分析结果表明: 内部集卡在堆场的计算平均等待时间为14.31 min, 实际平均等待时间为15.11 min, 外部集卡在堆场的计算平均等待时间为20.65 min, 实际平均等待时间为21.55 min, 计算值与实际值相差较小; 预约优化后外部集卡在堆场的平均等待时间由20.65 min缩短为16.85 min, 码头集卡的平均等待成本由29.3元降低为24.1元。休假式排队可有效描述码头内部集卡和外部集卡的特征。可见, 集卡预约优化模型能有效降低码头集卡的等待成本与等待时间, 建议对集卡进行管理时应优先考虑减少内部集卡的等待时间。     

铁路集装箱混合货物平衡装载布局优化模型与算法

铁路集装箱装载布局逐步发展成为在不同规格和不同类型货物混合平衡装载制约下追求装载空间容积和载重量综合利用率最大化问题,其研究对货物高效安全运输尤为重要。本文针对铁路集装箱混合货物平衡装载布局问题,给出铁路集装箱装后重心平衡和集重容许弯矩约束量化方法,以集装箱综合利用率最大化为优化目标,构建铁路集装箱混合货物平衡装载布局优化模型;区别于直接将货物构造为货物块的方法,给出了一种基于混合货物分类方法和待装货物结构判断指标的货物块单元构造方法,并设计一组货物块单元选择和放置方法及剩余空间更新规则,提出铁路集装箱混合货物平衡装载布局优化算法。算例结果表明：所提方法在保证集装箱装载空间容积和载重量的平均综合利用率不低于87%的同时,有92.8%和97.87%以上的概率满足装载重心平衡和集重容许弯矩约束,可有效提高货物块与剩余空间适配度,客观反映装载空间利用情况,并达到平衡装载要求,为铁路集装箱货物装载布局提供决策支持。     

出口箱随机入港下的码头泊位-集卡-箱区协调调度模型

针对出口箱随机入港分散堆放对码头装卸作业系统泊位分配、集卡路径与箱区选择的影响, 分析了甲板箱与舱内箱的不同装卸特点。以船舶停靠泊位和进口箱堆放箱区为决策变量, 以集卡行驶距离最短为目标函数, 构建了离散泊位状况下泊位-集卡-箱区协调调度混合整数规划模型。通过三层依次交叉, 开发了基于遗传算法的三层启发式算法, 上层搜索泊位数据, 中间层搜索船舶数据, 下层搜索进口箱箱区数据, 并进行实例验证。计算结果表明: 与传统方法相比, 应用离散泊位下泊位-集卡-箱区协调调度混合整数规划模型可以同步确定最优的船舶停靠泊位、进口箱堆放箱区、集卡行驶路径, 集卡行驶总距离缩短11.42%, 码头装卸作业系统效率明显提高。可见, 提出的模型有效。     

集装箱码头规划设计的计算机模拟

在改扩建集装箱码头工程规划设计过程中, 建立了计算机动画模拟模型, 并进行了一系列的模型试验。结果发现, 码头极限年通过能力为1 5×10⁶TEU, 制约因素是堆场容量, 适当增加拖挂车数量有助于提高船舶装卸作业效率, 以临海路集装箱堆场为进口箱补充堆场, 码头和补充堆场统一协调运作, 年通过能力可以因此提高到2 0×10⁶TEU。应用结果表明该模型是可行的。     

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。     

两联关节式集装箱平车动力学仿真模型

结合两联关节式集装箱平车采用关节连接器连接,关节处共用一个转向架的特点,考虑了轮轨接触几何关系、轮轨蠕滑力、各种悬挂特性和关节连接器等非线性因素,应用NUCARS动力学仿真软件,建立了两联关节式集装箱平车的数学模型,采用数值仿真方法,分析了车辆系统的运动稳定性、曲线通过性与运行平稳性。分析结果表明:两联关节式集装箱平车的蛇行失稳临界速度具有一定的速度裕量,曲线通过性能指标满足GB/T5599-1985规定的限度范围,在120km·h-1的速度范围内,车体的横向与垂向平稳性指标均小于3.5的优级标准,因此,两联关节式集装箱平车具有较好的动力学性能,能够满足集装箱平车120km·h-1运输速度的要求。     

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。     

集装箱航运市场运力供需与运价分析模型

根据船舶集装箱运输生产的航速和箱位两个要素, 定义了以每天每箱位投入燃油数和箱位数为自变量的航运生产函数; 推导出集装箱航运市场供方根据需求的变化而调整产量的扩张路径; 推导出供方短期单位总成本, 并求出边际成本曲线, 即供应函数。结果表明, 在大范围内, 边际成本对需求相对较不敏感, 运价相对稳定, 但当船队已完全利用, 边际成本及船东要求的运价上升很快。     

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以城市交通、物流和生态系统的综合发展为切入点，讨论有关城市科学化发展中的若干基础科学问题，特别是在对以前的工作予以客观的归纳、分析、开拓与利用的基础上，从更广的科学范围和更深的技术层次，以多学科、跨领域、综合型的研究方式探讨解决这些科学问题的有效方案.