集装箱码头泊位与岸桥协调调度优化

为缩短船舶在港停留时间,提出以船舶在港时间最小为目标的泊位与岸桥协调调度优化方法.对泊位调度与岸桥分配这两个相互关联的问题进行系统分析与集成,基于免疫遗传算法对所建模型进行相应的算法开发.对某港集装箱码头的数值仿真实验表明,泊位与岸桥协调调度比单独调度可更有效提高集装箱码头的装卸效率,减少船舶在港时间.     

集装箱码头连续型泊位与岸桥集成调度

摘要：
针对集装箱码头泊位与岸桥两类资源分配的问题,提出了以最小化船舶总在港时间为目标、同时决策泊位与岸桥分配计划的方法,建立了连续型泊位和岸桥集成调度的数学模型.采用拆分决策对象的双层循环迭代算法对模型进行求解.算法的上层使用遗传算法优化船舶优先级和岸桥数目;下层基于船舶优先级决策泊位和岸桥集成调度计划,并通过数据实验证明了该算法的有效性和优越性.
关键词：
集装箱码头; 泊位分配; 岸桥分配; 集成调度
中图分类号： TP 29; U 691
文献标志码： A     

基于启发式算法的全泊位岸桥调度研究

为了提高码头的作业效率,保证到港船只能在最短的时间内完成作业,建立了全泊位岸桥调度模型。在岸桥的可移动范围内,为了降低岸桥的闲置时间,提高利用率,一个贝位可由多台桥吊交替进行作业。根据宁波港码头实际的操作情况,设计了一种钻孔作业的启发式算法,将箱量较多的重点贝位的操作进行优先考虑。然后,岸桥再根据贝位的平均作业量进行分配作业,确保船只作业在最短的时间内完成。计算结果表明:船只能够在计划时间内完成作业,甚至能改善不准时到港船只造成的时间延迟所产生的不良后果。     

基于岸桥成本分析的集装箱港口泊位和岸桥分配问题

针对岸桥作业成本对装卸活动的影响,建立集装箱码头离散型泊位和岸桥集成分配的混合整数规划模型,结合具体算例,运用优化软件求解.在分析船舶在港相关成本时,通过比较不同成本比率下船舶靠泊结果,得到港口应该设置的等待成本与装卸成本比率;再根据设置成本比率后的模型,考虑在不同总岸桥数量配置下船舶在港总成本最小值的趋势,获得使目标函数最小的合适总岸桥数.研究结果表明,岸桥固定成本投入不同会影响港口船舶泊位分配和岸桥配备.     

集装箱码头岸桥分配与集卡调度整合问题研究

岸桥分配与集卡调度是相互联系相互影响的问题,如果要提高码头装卸效率,就必须协调好两者的调度关系。针对集装箱码头岸桥和集卡的协同调度问题,以使进口箱和出口箱的总完工时间最短为目的,考虑了集卡路径约束和岸桥实际操作情况等实际约束,构建了边装边卸的混合整数规划模型。由于模型比较复杂,因此采用了分层方法来实现两种设备的协调调度,并用改进的遗传算法来求解模型。实验表明,通过将改进算法的结果与标准化软件CPLEX所求得的最优解或下界比较,算法求得6组最优解且剩余算例平均偏差小于5%;在求解时间方面,随着岸桥、集卡和集装箱数量的增加,CPLEX求解时间跨度由1 s到1 h快速增长,而改进算法求解却仅仅需要几十秒,因此说明改进的算法可以快速有效地解决岸桥和集卡的协同调度问题。     

基于泊位偏好与服务优先级的泊位和岸桥分配

针对泊位计划的泊位和岸桥联合分配问题,考虑在泊效率、船舶岸桥的平均作业速度,服务岸桥数量,船舶服务优先级,泊位偏好,准备时间和最迟必须离开时间共七个因素,以24 h内所有船舶的在港时间最短为目标函数,建立整数非线性规划模型(INLP).运用Gurobi软件和遗传算法进行求解,得出泊位计划的工作目标:昼夜计划表.并对实验结果进行岸桥平均作业台数分析.     

基于船舶优先权的泊位和岸桥耦合优化

泊位和岸桥的有效管理一直是港口码头的重要问题.优先权主要影响船舶在靠泊过程中靠泊顺序以及靠泊时间.利用泊位和岸桥的耦合思想建立模型,通过船舶的作业量确定船舶的优先权,并将优先权作为泊位分配的目标函数的影响因子.在优先权的影响下首先确定泊位分配计划,在耦合过程中,泊位分配计划影响岸桥分配计划.这样,优先权就影响了整个船舶的泊位分配以及岸桥分配的作业情况.通过对具体算例的分析,验证了优先权对实际作业港口的影响.结果对港口具有实际应用的价值,拓展了泊位和岸桥耦合优化的研究.     

考虑服务公平性的连续泊位-岸桥集成分配

泊位和岸桥是集装箱码头非常最要的资源,合理的分派与调度可以有效地提高作业效率.目前泊位和岸桥的集成调度模型中大多以最小化船舶在港总时间或最小惩罚成本为目标函数,忽略了码头对船舶服务的公平性.为此,通过扩展现有的连续泊位分配模型,兼顾船舶惩罚成本及船舶等待与岸桥分配的公平性,建立多目标的连续泊位分配模型.设计一个三阶式邻域搜索算法, 该启发式算法包括邻域搜索安排船序列、停泊位置搜索和分配调整岸桥3个阶段.实验结果显示,不同的邻域策略取得的最优解不同,通过设置最优的邻域策略可以获取最优的目标函数值.实验表明,该模型与算法可以在接受的时间内取得最优解,相关成果可以为码头对船舶服务的公平性研究提供理论依据.     

基于船舶作业损失评价的连续泊位与岸桥分配模型研究

为研究在船舶靠泊作业过程中使港口因船舶偏离作业计划而产生的总损失最小,考虑的船舶作业偏离计划的具体情况包括：船舶到港时间偏差、船舶偏离最佳靠泊位置和船舶延迟离港这几个方面,任何一种船舶不规范作业都会导致相应的港口损失．综合考虑以上各港口损失产生的直接影响因素和基于船舶靠泊历史数据的评价性指标,进行合理的港口损失费率设定．然后,针对连续性泊位分配问题中船舶到港时间、靠泊位置以及离港时间的随机性,建立连续性泊位与岸桥分配模型,目标函数是使港口总损失最小．最后,利用CPLEX软件求解,算例结果表明模型的有效性．     

基于混合算法的多目标连续泊位-岸桥集成调度研究

为了多角度考虑,合理地提高码头作业效率和客户满意度.针对集装箱码头连续泊位,考虑船舶动态到达且船舶有优先级条件下的泊位-岸桥集成调度优化问题.首先,建立了基于船舶总在港时间最少、总等待时间最少,泊位偏离惩罚最小、超出计划离港时间惩罚最小的多目标泊位-岸桥集成调度一阶段模型和最小化岸桥移动成本的岸桥具体分配二阶段模型.然后,提出了一种将细菌觅食、粒子群、克隆免疫、变领域搜索相结合的混合算法.最后,用提出的算法和Cplex软件对模型算例进行求解,针对不同目标,得出具体调度方案.实验表明:混合算法比细菌觅食算法、粒子群算法和克隆免疫算法有更好的精度并且具有较快求解速度;同时具体调度方案会随着目标函数的不同而发生相应的变化,各个目标之间存在约束关系,验证了混合算法和模型的有效性.     

不规则型泊位与岸桥集成分配问题的优化建模和算法研究

泊位和岸桥作为港口的有限资源,对其进行优化分配有利于提高港口的作业效率,加快船舶的离港时间.由于地理条件的限制,一些港口的泊位线不呈一条直线型,而是呈“L”或“F”等形状,岸桥无法在这些不连续的泊位线上自由移动,该类泊位无法按照连续型泊位分配问题进行优化,而按照离散泊位进行优化会极大浪费泊位线的空间.本文针对不规则型泊位和岸桥集成分配问题,根据船舶停靠的相对位置和时间建立了线性规划数学模型,结合问题特性和变量关系,提炼出三个有效不等式,并采用CPLEX软件对加入不等式前后的模型分别进行求解.针对问题规模增加后,CPLEX求解时间较长的问题,本文采用了粒子群算法进行求解,并提出具有随机搜索策略的速度更新方式,避免算法陷入局部最优.实验结果表明,加入有效不等式后,模型的求解时间降低了83.39%;改进的粒子群算法比标准粒子群算法获得的优化解降低了25.21%.     

基于多目标烟花算法的泊位-岸桥整合调度研究

泊位和岸桥是集装箱港口的两种相互关联的稀缺资源,也是船舶在港口停泊时间长短的两个决定因素。其合理的分配与调度一直是制约港口发展的重要问题,如何合理地提高泊位与岸桥的使用效率是提高集装箱码头的接纳力,提升集装箱码头生产力和服务水平的前提。本文以集装箱码头泊位-岸桥为研究对象,结合港口的实际运营情况,给出了泊位-岸桥联合调度的一个混合整数非线性规划的多目标优化模型,设计改进的多目标烟花算法对此模型进行求解,通过对爆炸产生的火花进行最优判定、变异操作,并对Pareto前端解应用外部档案机制进行存储。并进一步以国内某港口的某段时间内的实际运营情况为例,检验模型和算法的正确性。     

集装箱码头泊位生产运作优化模型

为提高集装箱码头泊位各类设备配置在生产运作中的衔接效率,研究了在装卸岸桥-搬运集卡-堆场吊桥作业系统下的设备优化配置问题.以时间为度量,综合考虑泊位作业收益最大和各类设备的闲置成本与运行费用整体最低确定设备配置数量,并运用数学分析的方法构建了描述集装箱码头泊位生产运作的非线性整数优化模型.实例验证该优化模型对于描述集装箱码头泊位的实际生产运作情况具有很好的实用性和合理性.     

基于吸引子布局算法求解码头泊位岸桥分配问题

泊位和岸桥资源是港口码头的重要稀缺资源,如何合理的安排调度船舶靠泊和岸桥工作对港口码头的作业效率有极其重要的影响.同时研究了泊位分配与岸桥调度分配问题,通过将靠泊时间、岸桥使用以及泊位占用进行抽象化,成为一种矩形评价块,并将整体靠泊作业过程转化为一种新的三维矩形布局问题进行研究.计算表明,将传统建模方法转化为空间布局模型可全面考虑靠泊过程中各类型资源的占用,并可有效提高各类资源在靠泊作业中的总体宏观效率,与传统建模和算法相比有明显的优越性和更全面的统筹性.     

基于Memetic算法的集装箱码头泊位应急调度策略

针对集装箱码头因船舶压港产生的应急调度问题,提出一种基于Memetic算法的泊位应急调度策略.首先,通过人机交互方式确定一系列不同长度的恢复时间;其次,在每段恢复时间内采用Memetic算法对相应船舶集合进行重调度,以实现甩港船舶数最少的优化目标;最后,通过综合分析恢复时间和优化结果确定最终方案.试验结果表明,该优化策略可使集装箱码头在尽量完成船舶作业的同时,以最快速度恢复到正常生产秩序,可供集装箱码头应急决策时参考.     

集装箱码头集卡与岸桥协调调度优化

在同时装卸集装箱作业的情况下,考虑了集装箱卡车的运输时间和岸桥的作业时间,建立基于时间最少的优化模型.利用进化计算的特点,设计求解此优化模型的进化算法,进行了数值仿真试验,在合理时间内获得了最优数值结果.此模型和方法为码头集卡线路优化问题提供了决策支持.     

抵港时间不确定的多目标泊位-岸桥分配

针对不确定性因素造成的船舶提前或延迟到港的问题,考虑船舶抵港时间不确定性,建立以船舶在港时间和港口装卸成本最小化为目标的泊位-岸桥分配非线性混合整数多目标规划模型,利用优化技术处理非线性多目标问题.研究结果表明:模型能有效减少船舶抵港时间不确定性对港口运营造成的损失,优化船舶装卸操作成本和船舶在港作业时间,为集装箱码头提供了更合理的解决方案.     

岸桥干涉和作业量均衡的岸桥调度模型

为解决岸桥调度中岸桥之间的干涉问题,改善岸桥作业不均衡现象,建立以最小化岸桥的作业完成时间和作业时间标准差为目标函数的多目标混合整数规划模型,使用?-法确定权系数,将多目标问题转化为单目标问题,采用CPLEX求解.将两个单目标方案分别和多目标方案进行比较,结果表明:多目标方案的作业完成时间相较于以作业时间最平衡为目标的调度方案减少了近17.3%,岸桥作业时间标准差比以作业完成时间最小化为目标的调度方案减少了近33.33%,验证了模型在岸桥调度中的有效性.     

不确定性集装箱码头泊位与岸桥分配问题

泊位和岸桥是集装箱码头至关重要的战略资源,如何合理有效地分配泊位和岸桥资源,受到了研究者的重视.文章对不确定环境下的泊位分配和岸桥分配的联合鲁棒调度问题进行了研究,在传统泊位分配和岸桥分配模型的基础上建立了该模型的鲁棒对应式,并将其转化为鲁棒优化模型.针对模型特点设计了分支定界算法,最后通过具体算例,给出了分支定界算法的求解结果,分析了得到的泊位与岸桥调度计划的鲁棒性.实验结果说明,本文所建立的鲁棒性泊位与岸桥调度模型可以通过调节保护水平参数控制解的鲁棒性,具有很强的实际意义.     

集装箱码头岸桥结构的动力相似分析与试验验证

基于动力相似理论,推导了集装箱码头岸边起重机（简称岸桥）原型结构和1∶50缩比模型的相似比例因子;利用锤击模态试验和地震振动台试验分别获取了1∶50缩比模型的动态特性和地震响应;同时,使用ANSYS软件对原型结构相应的动态行为也进行了系统地分析.研究结果表明,1∶50缩比模型能够准确地预测出其原型结构的动态特性和地震响应,并能为后续的研究提供一个可靠的试验模型.