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HFSS的集装箱码头集成调度模型的建立与求解

集装箱码头作为连接水陆两方的集装箱运输枢纽,在物流环节中起着重要作用.集装箱码头的装卸作业过程可以看成一个由岸桥、集卡、场桥组成的三阶段混合流水车间调度系统.为了提高集装箱码头的装卸作业效率、缩短船舶的靠泊时间,本文根据混合流水车间调度策略(HFSS),建立了以最小完成时间为目标函数的三阶段集成调度模型.求解过程中将集卡的因素考虑进去,使用基于改进的johnson法则的启发式算法来求解该模型.最后与遗传算法求解结果进行对比,发现在相同条件下,基于改进的Johnson规则的启发式算法相比于传统的遗传算法得到的结果更优,得到的最优解距离下界只有4.1%的差距.     

单装单卸模式下集装箱装卸系统集成调度优化

从考虑三阶段作业的整体调度出发,对集装箱码头装卸设备调度进行集成优化,考虑了码头集装箱装卸作业中的设备的特点,以最小化系统所有集装箱作业的总完成时间（makespan）为目标函数,建立了一个混合整数规划模型.另一方面,考虑到大规模情况下不易求解的问题,以减少设备阻塞时间和空闲时间为目标,设计了基于岸桥阶段作业能力的轮廓适合启发式算法,求得集装箱码头集成调度问题的近最优解.通过数据实验,验证了算法的可行性和优越性.     

集装箱码头物流系统仿真

为提高集装箱码头的运营效率,基于Witness仿真软件模拟整体集装箱物流系统的方法,提出了集装箱(船舶)在港时间最短调度策略.计算该策略对应的总成本、泊位及设备利用率、船舶平均等待时间、船舶平均作业时间、集装箱滞留时间等指标,对集装箱码头瓶颈所在进行分析并优化.结果表明,该方法可以较好地改善集装箱码头的操作流程,且可实现可视化效果,具有广阔的应用价值.     

基于粒子群算法的泊位分配集成优化研究

泊位分配直接影响着港口船舶的进港靠泊时间和作业效率.为获得合理的集装箱码头泊位分配计划,建立了以最小化船舶在港时间和码头运营成本的集成优化模型,并应用粒子群算法进行求解.通过与Gurobi软件求解结果进行对比,发现在求解大规模的船舶调度问题时,粒子群算法在求解时间上比Gurobi更有效.     

考虑缓冲区容量的岸桥、AGV和堆场起重机集成调度

为了提高自动化集装箱码头装卸设备之间的协调程度和作业效率,针对码头卸船过程中岸桥、自动化导引车(automated guided vehicle,AGV)和堆场起重机的集成调度问题,考虑了堆场交接缓冲区的容量约束,以最小化卸船任务完工时间为目标,建立了考虑缓冲区容量约束的集成调度混合整数线性规划模型,确定各装卸设备作业序列并优化缓存位-任务的分配关系.设计了优先级偏随机密钥遗传算法和贪婪插入启发式对问题求解.实验结果验证了模型和算法的有效性,并得出适当的缓冲区容量能够缩短船舶在港时间,降低码头水平运输区域压力,提高AGV利用率.     

基于改进蚁群算法的集装箱装卸顺序优化研究

为缩短船舶在港时间,提高码头的作业效率,应用改进蚁群算法对集装箱装卸顺序的组合优化问题进行求解。首先结合柔性作业车间调度理论与集装箱装卸过程中船舶和岸桥的实际情形,建立集装箱装卸顺序调度模型;然后针对基本蚁群算法易出现早熟现象和收敛速度慢等问题,通过动态的改变信息素的挥发度与信息素强度,同时按照改进的信息素更新策略更新各路径的信息素,从而跳出局部最优;最后运用C#.NET语言对基于改进蚁群算法的集装箱装卸顺序问题进行仿真与步骤分析,验证了改进蚁群算法的有效性。实践证明,改进后的蚁群算法基本上克服了传统算法自身的不足,能够对集装箱装卸顺序优化,缩短作业时间。     

基于同贝同步装卸的岸桥与集卡协同调度

集装箱码头岸边装卸桥同贝同步装卸船模式下,岸桥装卸作业序列决策和集卡调度协同优化是保障同步装卸率的关键,属NP难问题。考虑集卡和岸桥作业之间的紧密衔接、堆场翻箱影响、船舶舱盖等空间约束,构建以岸桥装卸总次数及堆场翻箱次数最小化、岸桥最大完工时间最小化、集卡等待时间最小化为目标的岸桥装卸序列决策与集卡调度联合优化数学模型。设计改进遗传算法-改进非支配排序多目标遗传算法（IGA-INSGA-Ⅱ）两阶段算法,利用IGA求解船舶贝位内岸桥装卸集装箱作业序列;基于装卸作业序列优化方案和INSGA-Ⅱ,提出岸桥最早可作业时间优先的集卡任务指派策略,设计分段式编码及解码方法,求解集卡任务分配与指派问题。通过算例,将设计的算法与常见智能算法进行对比分析,验证了模型与算法的有效性。     

基于模拟退火算法的场桥调度研究

集装箱码头的运作效率受场桥调度作业的影响很大,场桥调度合理与否对集装箱码头的整体运作效率具有至关重要的影响。高效的场桥调度方案不仅要满足给定配载计划下的种类和数量需求,而且要最小化场桥行走距离。为确定场桥的行走顺序和取箱方案,建立了以总完成时间最短为目标的场桥装载调度作业混合整数规划模型。分别运用启发式算法和模拟退火算法,对模型进行求解,并通过算例分析验证了算法及模型,表明模拟退火算法的结果要优于启发式算法,如当堆场数量为55个时,模拟退火算法要比启发式算法节约46 min,随着贝和集装箱类型的增加,模拟退火算法可节约更多的时间,同时还减少了龙门吊行走的路径,从而有效地提高了集装箱码头的运营效率。     

泊位调度问题的GATS混合优化策略

在集装箱港口的运作中，泊位调度系统是制约集装箱港口降低船舶在港时间和运营成本的主要瓶颈之一．泊位调度问题是NP难问题，本文分别应用遗传算法GA和混合优化策略GATS对泊位调度问题的非线性规划模型进行了求解，与遗传算法相比，混合优化策略GATS增加了种群多样性，加速了进化过程，避免陷入局部极小解。     

基于蚁群算法的船舶过闸计划优化模型

针对船舶过闸计划生成的难题,提出了基于蚁群算法的船舶过闸计划生成方案,建立了船舶过闸排档问题的优化模型(包括目标函数和约束条件),给出了基于蚁群算法的船舶排档问题求解算法和船舶过闸排档计划生成的蚁群算法的构造过程,包括信息素策略、概率转移策略、约束条件的处理和算法步骤.依据该算法并结合三峡南线船闸的实际调度数据,给出了实验结果,证明船舶过闸计划生成方案是有效的.     

Aheuristic Algorithm for Berth Scheduling Problem in Container Ports

In this paper,the berth scheduling problem is transformed into a special two-dimensional packing problem with some constraints.A nonlinear programming model for the problem is established,and a heuristic algorithm is proposed to solve the model.Simulation results show that the algorithm can improve the utilization of berths on discrete berth scheduling in the container port.     

求解具有时空约束的板坯库天车调度问题Memetic算法

研究了钢铁企业板坯库天车调度问题,考虑了时间和空间以及热轧计划等实际限制,建立了一个板坯出库天车调度模型.针对天车调度问题具有实时性和不可交叉性的特点,设计了基于优先关系的天车分配编码方式、离散事件动态仿真解码、自适应交叉算子以及在交叉和变异后进行模拟退火局域搜索的Memetic算法.通过某钢厂板坯出库过程中天车调度的实际数据对模型和算法进行仿真测试,实验结果表明:该算法具有很高的收敛性和稳定性,满足实际生产需要.     

求解具有时空约束的天车调度问题Memetic算法

天车调度是一个NP难的多机多任务调度问题.针对炼钢-精炼-连铸生产过程中的天车调度问题,考虑时间和空间约束,建立了以钢水等待时间最少为目标的天车调度模型.提出了改进的Memetic算法,设计了采用任务分配规则和冲突处理规则的个体解码方式、PPX交叉算子和局域搜索算子;用该算法对模型进行求解,并与遗传算法进行比较.对某钢厂炼钢-精炼-连铸生产过程的天车调度问题的测试表明:与遗传算法相比,用该算法求解的等待时间最多减少1667%,并具有很高的稳定性.     

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%.     

散货码头排船计划优化研究

在散货码头中,小型船增多,排船调度系统有着重要的作用。优化过的调度系统可以最大限度的利用码头装载能力。因此,调度系统的优化方案是个重要的研究方向。本文给出了一种可行的优化方案。     

集装箱支线运输航次调度优化

为优化集装箱支线船舶运输调度,在分析其特点的基础上,提出航次串的概念,并利用其对集装箱支线运输船舶调度问题进行建模,开发了集采用深度优先搜索算法得到航次串组合及采用混合整数规划(MIP)模型求解航次串与船舶最优匹配于一体的两阶段混合算法.实证研究证明了模型及算法的有效性.     

舰载机出动回收调度策略生成方法

为了提高航母舰载机的出动回收能力,从提高出动回收调度过程的自动化程度入手,采用了最初在机器人导航和控制领域提出的学徒学习理论来解决调度优化问题。通过建立基于马尔科夫决策过程的舰载机出动回收过程仿真模型,以专家的示范调度操作为学习目标,采用学徒学习理论中的乘法权重法构建出动回收调度方法,并根据舰载机在集中出动和连续出动这两种典型调度工况下的具体算例研究,将得到的结果与专家示范操作结果进行对比,认为该方法具有较好的优化效果和较高的实用性。