集装箱码头“岸桥—集卡—堆场”作业计划的优化

【摘要】集装箱码头是海陆联运的枢纽站,在全球化经济中起着非常重要的作用。提高码头上装卸设备的作业计划水平,合理配置码头的装卸资源可以提高集装箱码头的整体效率,降低码头、船公司及货主的作业成本。本文分别从不同的层面及应用的角度研究了集装箱码头作业计划,主要研究内容包括：(1)集装箱码头作业过程中,需要泊位、岸桥、集卡及堆场等装卸资源协同配合,才能使码头的效率达到最优。针对装卸设备的作业计划,研究了集装箱码头的作业计划方面的协同,考虑调度过程中可能出现的各种突发情况,应用滚动计划法实施作业计划的调整,应用信息技术实现对装卸设备实施协同调度,达到装卸设备作业效率的最优,从而提高集装箱港口的服务水平和竞争能力。(2)泊位和岸桥是集装箱码头的紧缺资源,如何对其进行合理分配是码头生产领域优化的热点问题,针对现有集装箱码头泊位和岸桥的实际指派情况,本文建立了泊位与岸桥作业计划的协同模型,该模型不仅对日常的泊位调度和岸桥分配适用,而且适用于应急情况下泊位与岸桥作业计划的协同,并基于遗传算法对模型进行了求解。(3)考虑集装箱码头采用新装卸设备,对采用双小车岸桥的集装箱码头作业系统的计划协同问题进行了研究,构建了集装箱码头岸桥与集卡装卸计划协同模型,目标是使船舶完成作业的时间最小,同时使集卡的空驶里程最小。并对该问题设计了两阶段禁忌搜索算法,对集卡采用“作业面”的调度方式,并将集卡调度结果反馈到岸桥调度,实现岸桥与集卡的协同优化。(4)研究了针对应急船舶作业的“岸桥-集卡-堆场”单向作业计划的协同。为了提高集装箱码头装卸作业设备的效率,减少集装箱船舶在港的等待时间,对集装箱码头不同类型的装卸设备(岸桥、集卡和龙门吊)的作业计划进行并行考虑、联合调度。考虑应急船舶对作业时限要求严的特点及不同装卸设备相互之间的制约影响,构建了岸桥-集卡-堆场单向作业协同优化模型,运用启发式算法得到综合调度问题的近似解。(5)研究了集装箱码头岸桥、集卡与堆场双向作业的协同优化。在规划周期范围内,综合考虑岸桥、堆场龙门吊的装卸序列,以及内陆客户提取箱、集港的业务需求,建立了以集装箱流为主线的岸桥-集卡-堆场双向作业计划协同优化模型,设定场内集卡在所有的船舶间共享,以减少内部集卡在码头区域的空驶率,从而实现系统整体优化。鉴于模型的复杂性,设计了智能遗传算法对其求解。综上所述,本文通过对码头作业计划进行系统分析,对装卸作业计划的协同性进行了研究,并在此基础上分别建立了集装箱码头装卸作业的泊位与岸桥、岸桥与集卡、岸桥集卡与龙门吊等的作业计划协同模型,以获得不同装卸设备的作业调度计划。在算法方面,应用遗传算法、改进规则的启发式算法、禁忌搜索算法、神经网络等对调度模型进行求解,对集装箱码头作业效率的量化研究具有较强的借鉴意义。最后,通过实例分析对模型和算法进行了验证,为提高集装箱码头总体作业效率以及装卸作业设备作业计划优化等提供了非常有益的参考。
【作者】钱继锋；
【导师】朱晓宁；
【作者基本信息】北京交通大学，交通运输规划与管理，2014，博士
【关键词】集装箱码头；装卸设备；作业计划；协同优化；

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