集装箱码头泊位调度问题的启发式算法研究
《集装箱码头泊位—岸桥—集卡调度优化研究》范文
《集装箱码头泊位—岸桥—集卡调度优化研究》篇一一、引言集装箱码头作为全球物流网络的重要节点，其泊位、岸桥和集卡等设备的调度效率直接关系到整个物流系统的运行效率。
近年来，随着全球贸易的快速发展和港口吞吐量的持续增长，集装箱码头的调度问题愈发突出。
本文旨在研究集装箱码头泊位、岸桥和集卡调度优化问题，以提高码头的整体作业效率和降低物流成本。
二、研究背景及意义在全球化的背景下，集装箱码头作为连接海运和陆运的关键节点，其作业效率直接影响到整个物流网络的运行效率。
然而，由于船舶大型化、货物流量增加等因素的影响，集装箱码头的调度问题日益复杂。
泊位、岸桥和集卡的调度优化对于提高码头作业效率、降低物流成本、增强港口竞争力具有重要意义。
因此，对集装箱码头泊位—岸桥—集卡调度优化进行研究，具有迫切的现实需求和重要的理论价值。
三、集装箱码头泊位调度优化研究泊位调度是集装箱码头作业的核心环节之一。
本研究通过建立数学模型，分析泊位分配、船舶靠泊顺序等问题，提出优化策略。
首先，根据船舶大小、预计作业时间等因素，合理分配泊位，确保作业的连续性和高效性。
其次，通过优化靠泊顺序，减少船舶在港停留时间，提高码头吞吐能力。
此外，还考虑了风、浪、潮等自然因素对泊位调度的影响，以提高调度的灵活性和适应性。
四、岸桥调度优化研究岸桥是集装箱码头装卸作业的关键设备。
本研究通过分析岸桥作业流程、装卸效率等因素，提出优化岸桥调度的策略。
首先，根据船舶类型、货物种类等因素，合理配置岸桥数量和位置，确保装卸作业的顺利进行。
其次，通过优化岸桥作业顺序和装卸策略，提高装卸效率，减少作业时间。
此外，还研究了岸桥的维护保养策略，以保障设备的正常运行和延长使用寿命。
五、集卡调度优化研究集卡是集装箱码头运输的重要工具。
本研究通过分析集卡运输路线、等待时间等因素，提出优化集卡调度的策略。
首先，根据货物种类、目的地等因素，合理规划集卡运输路线，减少运输距离和时间。
其次，通过优化集卡等待和装载策略，提高集卡的使用效率和作业效率。
集装箱码头岸桥调度优化模型及算法
集装箱码头岸桥调度优化模型及算法一、背景介绍集装箱码头是现代物流系统中的重要组成部分，其岸桥调度质量直接影响着码头的生产效率和经济效益。
传统的岸桥调度方法主要基于人工经验和规则，难以适应复杂多变的实际情况，因此需要利用现代优化算法来提高调度效率和准确性。
二、相关研究近年来，国内外学者对集装箱码头岸桥调度问题进行了广泛研究。
其中，基于遗传算法、模拟退火算法、禁忌搜索算法等优化算法的岸桥调度模型得到了广泛应用，并取得了较好的实验结果。
三、集装箱码头岸桥调度模型1. 岸桥任务分配模型该模型旨在将待处理的任务分配给可用的岸桥，以最大程度地满足各项约束条件。
可采用线性规划或整数规划等方法求解。
2. 岸桥作业时间安排模型该模型主要考虑如何合理安排每个岸桥的作业时间，以最小化总作业时间或最大化作业效率。
可采用贪心算法或动态规划等方法求解。
3. 岸桥路径规划模型该模型旨在确定每个岸桥的行驶路径以及最佳停靠点，以最小化运输时间和成本。
可采用模拟退火算法或遗传算法等方法求解。
四、岸桥调度优化算法1. 遗传算法遗传算法是一种基于自然选择和遗传机制的优化算法，其主要思想是通过随机生成初代种群，并利用交叉、变异等操作产生新的种群，最终得到适应度较高的优秀解。
该算法具有全局搜索能力强、收敛速度快等优点，在岸桥调度中得到了广泛应用。
2. 模拟退火算法模拟退火算法是一种基于物理学中固体物质结晶过程的启发式优化算法，其主要思想是通过随机扰动当前解，并以一定概率接受较差解，从而实现全局搜索。
该算法具有快速收敛、易于实现等特点，在岸桥调度中也得到了广泛应用。
3. 禁忌搜索算法禁忌搜索算法是一种基于邻域搜索和禁忌表机制的优化算法，其主要思想是通过定义邻域结构和禁忌表规则，避免陷入局部最优解。
该算法具有全局搜索能力强、易于实现等特点，在岸桥调度中也得到了广泛应用。
五、结论与展望集装箱码头岸桥调度优化模型及算法的研究是提高码头生产效率和经济效益的重要途径。
集装箱码头泊位岸桥优化调度模型与策略研究
集装箱码头泊位岸桥优化调度模型与策略研究作为集装箱码头的主要稀缺资源,泊位和岸桥的调度是影响整个码头生产作业最为关键的一个环节,其优化问题的研究受到学术界的广泛关注,取得的研究成果对码头实际调度具有十分重要的理论和实践指导意义。
本文针对集装箱码头泊位岸桥调度问题进行了系统的国内外研究综述,发现大多数研究都是在确定性环境假设下进行的,对干扰环境下的优化调度问题的研究较为缺乏。
然而,在码头实际生产作业中,无论船舶状态还是船公司需求亦或是码头状态等都处于时刻变化中,这使得原调度计划极易受不确定性因素(如船舶推迟到港、设备故障或恶劣天气等)的干扰而不宜甚至无法实施。
本文围绕泊位岸桥优化调度这一问题进行研究,具体研究内容如下:(1)离散泊位布局下的泊位岸桥优化调度研究。
考虑到现有的模型多是以最小化船舶总的在港时间为目标,这类模型虽然能够提高码头通过率,但也极有可能会损害船公司一方的利益,从而降低船公司客户的满意度。
为了提高船公司客户对码头服务的满意度,本文以船舶总的码头服务成本最小为目标建立模型。
鉴于模型约束较多,为了降低模型求解难度,基于经典遗传算法流程,将模型约束条件尽可能多的嵌入到种群个体编码结构中,设计了改进遗传算法。
最后,通过数值实验验证了模型和算法的可行性和有效性。
(2)连续泊位布局下的泊位岸桥优化调度研究。
为进一步提高码头资源利用率,将离散泊位布局下的泊位岸桥优化调度问题拓展至连续泊位布局下进行研究,并建立了非线性混合整数规划调度模型。
提出可拓遗传算法对该模型求解,算法主要针对经典遗传算法极易陷入局部最优的缺点进行改进,分别对初始种群和迭代种群设计了多样性维持策略。
最后,设计了多个算例对模型和算法的性能进行验证。
(3)基于干扰管理的泊位岸桥优化调度研究。
为了提高码头应对干扰的能力,对干扰环境下的泊位岸桥优化调度问题进行研究。
针对船舶推迟到港和船舶甩港两类不确定性因素对码头生产作业造成的消极影响,提出了基于干扰管理理论的泊位岸桥优化调度策略。
基于启发式算法的集装箱空箱调运
２ ０ 年 ，Ｉ Ａ等人Ⅲ ０４ Ｌ Ｊ 研究一个港 口内的空箱调运 问题 ， 内能够使 用 的空 箱量 ；Ｚ‘ ｌ 为港 口 ｉ 每个决策期 内进 在
：
∑ 。 Ｚ） ２ Ｐ‘ １；Ｚ‘ （ 为港 口 ｉ 在每个 决策期 内出 口的空
为 Ｚ 的分布 函数 ， 中 ｌ 其 （ ≤ｚ ）：
箱量 ； ２ 尸 为 的概率密度 ， 中 Ｐ ＝Ｚ） ２ｚ） 其 ２ （ ２＝ｐ＇ ， （
本文 在此基础 上 ， 这个结论 运用于解 决多个 港 ０ ２ 将 ≤Ｚ≤ ；
在 世界海运服务业迅速 发展起来 ， 并逐 渐走 向规范化 。 由于国际 贸易活动 的不 平衡性 ， 同港 口之 间的集装 不
箱空 箱供需模式 并不相 同 。例如 ， 中东地 区积 压大量
研究 假设如下 ：１ 集装箱规格 相 同， （） 都是 ２ 英 尺 ０
的空 箱 ， 而在 以出 口为主 的港 口如香港 港却经 常面临 的标 准箱 ；２ 调运 的空箱能 即刻 满足当前需求 ；３ 如 （） （） 空箱短 缺 的问题 。在集 装箱需求港 ， 运企业 为 了降 果进行 空箱调运后还 不能满足 当前 的需 求 ， 航 必须租 箱。 低费用并 快速满 足托运人 的需求 ， 必须成 功地从 供应
港 向需求 港调运空 箱 ， 或从 租箱公 司租用空 箱 。
本文使用 的符号 ： 为决策期 ； Ⅳ为港 口总数 ； ￣ Ｍ３ Ｊ 空箱 总数 ；Ｘ 为港 口 ｉ 在决策期 末 所拥有 的空箱数
近年来 ， 运业有关集装箱空箱调运 问题的研究为 量 ； 为决策变量 ， 口ｉ 航 港 需进 口或 出口的空 箱量 ， 口 进
基于启发式算法的集装箱码头堆场优化模型研究的开题报告
基于启发式算法的集装箱码头堆场优化模型研究的开题报告一、研究背景和意义随着全球化的加速和贸易的不断发展，集装箱作为一种现代化的物流运输方式已经成为世界各国贸易的主要手段之一。
而集装箱码头则是集装箱运输物流体系中最重要、最核心的组成部分之一，它不仅关系到物流效率和成本，还牵涉到国际间贸易的竞争力问题。
因此，如何优化集装箱码头的堆场管理，提高装卸效率和降低运输成本已成为当今全球物流和运输领域研究的热点之一。
目前，集装箱堆场优化问题已成为多学科交叉研究的焦点，涉及到运筹学、数学建模、操作研究、智能计算等多方面的知识领域。
在研究方法上，启发式算法作为一种基于经验的优化算法，具有全局搜索能力和高效的求解效果，因此在集装箱码头堆场优化问题的研究中得到了广泛的应用。
因此，本研究将基于启发式算法对集装箱码头堆场优化模型进行深入研究，旨在提高集装箱码头的物流效率和运输成本的优化。
二、研究内容和方法1. 研究内容本研究将以集装箱码头堆场优化问题为研究对象，以提高装卸效率和降低运输成本为优化目标，主要研究内容包括：（1）对集装箱堆场装卸流程进行分析，建立集装箱码头堆场优化模型。
（2）针对集装箱码头堆场优化模型的特点，选择合适的启发式算法求解方法，包括模拟退火算法、遗传算法、粒子群算法等。
（3）设计实验方案，采用实际数据进行模型仿真分析，检测模型的可行性和优化效果。
2. 研究方法本研究将采用如下研究方法，完成对集装箱码头堆场优化问题的研究：（1）文献综述法。
对国内外相关文献和研究成果进行综述和分析，了解集装箱码头堆场优化问题的研究现状和发展趋势。
（2）建模方法。
对集装箱码头堆场优化问题进行建模，包括对堆栈管理规则、装卸流程、精度控制等进行分析和抽象，得出可行的数学模型。
（3）启发式算法。
针对集装箱码头堆场优化模型的特点，选择合适的启发式算法求解方法，包括模拟退火算法、遗传算法、粒子群算法等进行尝试和比较，根据实验结果选取最佳的优化求解方式。
基于群体智能优化算法的大型集装箱码头调度优化研究
基于群体智能优化算法的大型集装箱码头调度优化研究随着国际贸易的不断发展，大型集装箱码头在国际贸易中扮演着至关重要的角色。
而集装箱码头的运营效率直接关系到国际贸易的顺利进行，因此集装箱码头调度优化问题成为了一个重要的研究领域。
为了解决集装箱码头调度优化问题，学者们进行了大量的研究。
在这些研究中，群体智能优化算法被广泛应用于大型集装箱码头调度优化问题中，并取得了不错的研究结果。
一、大型集装箱码头调度在大型集装箱码头中，一般都存在多个船舶进行装卸货物的操作。
集装箱码头调度是指对船舶、集装箱和设备进行合理的安排和调度，达到最佳的装卸效率和设备利用率。
集装箱码头调度优化问题的目标是在达到航线效益的基础上，合理地安排码头的装卸工作，提高码头的利用率和效益。
二、群体智能优化算法群体智能优化算法是一种模拟自然界中动物群体行为的计算方法。
该算法以种群为基本单位，利用启发式算法对种群中的每个个体进行优化搜索，并再通过模拟进化的方式逐步更新各个个体的参数。
常见的群体智能优化算法有遗传算法、粒子群优化算法和蚁群优化算法等。
三、大型集装箱码头调度优化研究以遗传算法为例，在大型集装箱码头调度优化问题中，遗传算法被应用于求解最优调度方案。
遗传算法将整个调度方案看作一个个体，通过对个体进行基因编码，再利用适应度函数对各个个体进行评价，从而获得适应度最高的调度方案。
遗传算法的应用使得大型集装箱码头的效率和设备利用率得到了明显提高。
除了遗传算法，粒子群优化算法也被广泛应用于大型集装箱码头调度优化问题中。
粒子群优化算法通过模拟鸟群的飞行行为，对每个个体进行优化搜索，在每次迭代中更新每个个体的速度和位置，从而找到全局最优解。
与遗传算法相似，粒子群优化算法的应用也使得大型集装箱码头的效率和设备利用率得到了提高。
四、结论综合上述研究可以得出，大型集装箱码头调度优化问题是一个复杂的组合优化问题，群体智能优化算法在大型集装箱码头调度优化问题中的应用不仅可以提高码头的效率和设备利用率，而且还可以有效地降低码头的运输成本，进一步促进国际贸易的顺利进行。
集装箱码头泊位-岸桥-集卡调度优化研究的开题报告
集装箱码头泊位-岸桥-集卡调度优化研究的开题报告一、选题背景随着国际贸易的快速发展，集装箱运输成为了主要的国际货物运输方式之一，而集装箱码头作为国际航运的关键节点，其高效运作对促进贸易和物流的发展具有重要作用。
针对集装箱码头的运作管理问题，目前已有许多研究，其中一个重要的方面是集装箱码头泊位-岸桥-集卡的调度问题。
泊位-岸桥-集卡是码头上三个重要的物流环节，它们的调度对于整个码头的运作效率和吞吐量有着至关重要的影响。
因此，对于泊位-岸桥-集卡的调度进行优化研究有着重要的实际意义。
二、研究目的本研究旨在针对集装箱码头泊位-岸桥-集卡的调度问题，探索调度优化方案，提高集装箱码头的运作效率和吞吐量，降低成本，提高集装箱码头的竞争力。
三、研究内容和研究方法1. 研究内容（1）泊位-岸桥-集卡的调度流程分析本研究将对集装箱码头泊位-岸桥-集卡的调度流程进行深入分析，掌握其运作规律和流程，明确各环节之间的关系和协同作用。
（2）泊位-岸桥-集卡调度模型构建在分析泊位-岸桥-集卡的调度流程的基础上，本研究将基于数学模型理论，构建泊位-岸桥-集卡调度模型，探索优化调度方案。
（3）泊位-岸桥-集卡调度算法设计在构建泊位-岸桥-集卡调度模型的基础上，本研究将设计泊位-岸桥-集卡调度算法，对模型进行求解，得到合理的调度方案。
2. 研究方法本研究将采用数学分析和模拟仿真的方法，具体包括：（1）调研和分析集装箱码头泊位-岸桥-集卡调度的实际情况，对其流程进行深入剖析。
（2）依据泊位-岸桥-集卡调度的特点和规律，利用运筹学、优化方法等数学理论，构建泊位-岸桥-集卡调度模型。
（3）根据构建的模型，设计泊位-岸桥-集卡调度算法，对模型进行求解，得到合理的调度方案。
（4）以某集装箱码头为案例，利用仿真软件对优化后的泊位-岸桥-集卡调度方案进行验证和评估，分析其优点和缺点，总结经验和教训。
四、研究意义本研究的主要意义如下：（1）研究集装箱码头泊位-岸桥-集卡的调度问题，探索调度优化方案，提高集装箱码头的运作效率和吞吐量，降低成本，提高集装箱码头的竞争力。
集装箱码头泊位调度问题的启发式算法研究
泊 位作 为港 口运输 中一 种重 要 的资源 ， 是影 响港 口发 展 的关键 因素之 一 。随 着港 口之 间 的竞争 越 来越 激烈 ， 如何最 大 限度提 高泊位 的利 用率 、 加快 船舶 的装 卸速度 ， 高港 口作 业效 率 和服务水 平 ， 增强港 口竞 提 是
争 力 的 关 键 因 素 之 一 。 因 此 ， 位 调 度 问 题 成 为 港 口 运 输 中研 究 的 一 项 重 点 内 容 之 一 。 泊 位 分 配 问 题 根 据 泊
泊 位 的特点分 为离 散泊 位分 配和连 续泊 位分 配 ， 据作 业特 点 分 为静态 泊 位分 配 和 动态 泊位 分 配 。泊位 分 根
配 问 题 作 为 ＮＰ难 问 题 ， 以视 为 指 派 问题 或 者 划 分 问 题 ＿ ； ａ 等 ＿ 提 出 了 以先 到 先 服 务 为 准 则 的 动 态 泊 可 １ Ｌｉ ２
解 。 本 文 仅 考 虑 泊 位 一 种 因 素 ， 立 了连 续 的 动 态 泊 位 分 配 优 化 模 型 ， 出 了 一 种 启 发 式 算 法 可 以 求 得 模 型 建 提
的近 似最优 解 。
１ 以利 用 率最 高 为 目标 的泊 位调 度 模 型
泊位 调度 问题实 际是 如何安 排船 舶靠 泊 的时间 和靠 泊位 置 ， 某 一 时 问 内港 口泊位 的利 用率 最 高 。实 使 际上 泊位 的划分 主要是 逻辑 划分 而非物 理划 分 。 目前 国际 上的集装 箱运 输都 是采用 班轮 运输方 式 ， 因此 ， 为
靠泊位 置无关 ； 设船 舶都 能按 照预计 时 间到达 目的 港 ， 以根据 船 舶 的预 计 到达 时 间对 船 舶进 行 分 配靠 假 可
泊位置 。
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第25卷第4期 青岛大学学报(工程技术版) Vol.25No.4 2010年12月JOURNAL OF QING DAO UNIVERSIT Y (E &T)Dec.2010文章编号:1006-9798(2010)04-0057-04集装箱码头泊位调度问题的启发式算法研究张海滨,张纪会,宣金钊(青岛大学复杂性科学研究所,山东青岛266071)摘要:为优化集装箱码头泊位的分配,提高泊位的利用率,把码头泊位的调度问题转化为带有约束条件的特殊二维装箱问题。
通过建立连续泊位调度的非线性规划模型,提出了一种求解集装箱码头连续泊位分配问题启发式算法。
仿真算例结果表明该算法能在实际的集装箱码头泊位调度中有效的提高泊位的利用率。
关键词:泊位分配;装箱问题;启发式算法中图分类号:U692.4文献标识码:A收稿日期:2010-09-11基金项目:国家自然科学基金项目(70671057);山东省自然科学基金项目(ZR2010GM006)作者简介:张海滨(1982-),男,硕士研究生,主要从事集装箱码头泊位调度的研究。
泊位作为港口运输中一种重要的资源,是影响港口发展的关键因素之一。
随着港口之间的竞争越来越激烈,如何最大限度提高泊位的利用率、加快船舶的装卸速度,提高港口作业效率和服务水平,是增强港口竞争力的关键因素之一。
因此,泊位调度问题成为港口运输中研究的一项重点内容之一。
泊位分配问题根据泊位的特点分为离散泊位分配和连续泊位分配,根据作业特点分为静态泊位分配和动态泊位分配。
泊位分配问题作为N P 难问题,可以视为指派问题或者划分问题[1];Lai 等[2]提出了以先到先服务为准则的动态泊位调度的启发式算法;Imai [3-5]提出了一种离散泊位下静态和动态泊位分配的启发式算法;Cordeau 等[6]利用禁忌搜索方法对动态泊位分配问题进行了求解;K im 等[7]建立了惩罚策略下的最小费用泊位动态分配模型,并利用模拟退火算法进行了求解;Monaco 等[8]通过考虑船舶总的在港时间,建立了一种连续泊位动态分配模型并进行求解;Hansen 等[9]基于在港时间和在港费用综合考虑建立了相应的模型,并进行了仿真求解。
本文仅考虑泊位一种因素,建立了连续的动态泊位分配优化模型,提出了一种启发式算法可以求得模型的近似最优解。
1 以利用率最高为目标的泊位调度模型泊位调度问题实际是如何安排船舶靠泊的时间和靠泊位置,使某一时间内港口泊位的利用率最高。
实际上泊位的划分主要是逻辑划分而非物理划分。
目前国际上的集装箱运输都是采用班轮运输方式,因此,为建立模型作如下假设:模型中的泊位是连续的,进入待泊区域的集装箱船舶都可以进入泊位作业区域进行作业;根据集装箱采取班轮运输的特点,假设船舶的作业时间由所在目的港装卸箱子的数量决定,与船舶的靠泊位置无关;假设船舶都能按照预计时间到达目的港,可以根据船舶的预计到达时间对船舶进行分配靠泊位置。
建立x -y 直角坐标系,x 轴表示作业时间,y 轴表示离散泊位长度。
则连续泊位调度的模型可以描述为:1) 某一时间段内通过合理安排船舶靠泊作业顺序和作业位置使泊位的利用率最大,其模型为max F =∑j ∈Vl j t nj/S (1)式中,l j 表示船舶j 安全作业需要的泊位长度(其中包括船舶的长度和船舶安全作业之间的距离);t nj 表示船青岛大学学报(工程技术版)第25卷舶j 作业需要的时间;S 表示二维坐标下某一时间内船舶靠泊作业所占的面积(泊位长度和时间的乘积),V 表示等待靠泊船舶的集合。
2)任意时刻所有正在作业船舶占用泊位的长度不超过连续泊位的总长度,其模型为s.t.∑j ∈Vl jX tj≤L , Πt ∈T (2)3)相同位置同一时刻只能允许一艘船舶靠泊作业,也就是船舶不能重叠作业,其模型为Z x ij +Z x ji +Z y ij +Z yji ≥1, Πi ,j ∈V(3)式(2)和(3)中,X tj ,Z x ij 和Z yij 为0～1决策变量。
决策变量X tj =1,表示t 时刻船j 正在装卸作业,否则,X tj =0;Z xij =1,表示船i 靠泊的位置在船j 靠泊位置的左边,否则,Z xij =0;Z yij =1,表示船i 比船j 的靠泊时间早,否则,Z y ij =0。
4)船舶到达港口后才能进入泊位作业,其模型为t bj >t aj , Πj ∈V(4)式中,t aj ,t bj 分别表示船舶j 的到达及开始作业的时刻。
5)船j 的吃水要小于泊位允许最大吃水,其模型为d j ≤D(5)式中,d j 表示船舶j 的吃水;D 表示泊位允许的最大吃水。
6)表示船j 等待泊位的时间不能超过C 个小时,其模型为(b j -a j )≤C , Πj ∈V ,C >0(6)式中,C 为常数。
2 将泊位调度模型转化为二维装箱模型图1 模型中的船舶作业示意图 根据船舶靠泊作业的特点,把船舶作业过程转化为特殊二维矩形装箱模型,如图1所示。
目标函数就变为把待装物品转入箱子,使箱子被占用的面积最小。
把连续泊位的长L 视为矩形箱子的宽W ,时间T 看做箱子的高。
根据装箱模型,把待靠泊的船舶看做小矩形物品,这里船j 占用泊位的长度l i 看做小矩形物品i 的宽W i ,所需作业时间t ni 看做为矩形的高h i ;矩形箱子的宽为W ,高为H 。
在装箱过程中,待装矩形物块直角放入且不能进行旋转。
3 模型求解把靠泊船舶看作矩形物品集合P ={B 1,B 2,…,B n },将P 中的元素按照3.2中的算法描述进行排放,使矩形箱子内浪费的空间最小。
3.1 约束条件1) B i ,B j 互不重叠,i ≠j ,i ,j =1,2,…,n 。
2) B i 必须放在P 内,只能放一次,且在放置的过程中,B i 不能进行翻转,i =1,2,…,n 。
3) 排列过程利用一刀切分层[10]思想对剩余区域进行确定,对矩形物品进行分层放置。
所谓“一刀切”思想是指在工业生产中,对原料进行切割时每切一刀必须把原来的一个矩形分成两个,切割分为横切和竖切,这里采用的是横切(如图1所示),沿着B 1的上边界横切,剩余空间分成S 1和S 2两部分。
4) 在排列过程中,所有船舶的等待时间不能超过C 小时,当出现某一物品必须放在某一层时,选择高度差最小的位置放置该物品。
3.2 算法描述1) 根据初始化相关参数,把等待和预计到达的船舶看做是装箱的物品,对已经到达和预计到达港口的85 第4期 张海滨,等:集装箱码头泊位调度问题的启发式算法研究船舶按照到达时间先后顺序进行编号。
2) 根据船舶在港装卸货物需要时间长短进行排列,即对装矩形箱子要根据高度由高到低进行排列。
3) 从待装矩形物品集合中选择高度最大的物品(假设为B1)置于箱子的左下角(如图1所示)。
4) 沿着B1上边所在的直线横向切,把剩余的空间分成S1和S2两部分,切线下方S1作为装箱的第一层(如图1所示)。
5) 在剩余的有效集合P中扫描寻找与B1高度差最小的物品;如果高度相差最小的小物品有多个,选择排号最小的物品,假设为B2,把B2放在S1区域内,紧靠B1向右进行排列,继续扫描集合P,寻找与B2高度差最小的物块向右排列,直到无法排入为止。
6) 以上B2边所在的直线横向切,重新扫描集合P,寻找集合P中与B1和B2高度差相差最小的物品,在B2的上方靠右排列,重复以上过程,直到有效集合P中的矩形物块无法装入第一层为止。
7) 在排列下一层时,根据船舶预计到达时间看是否能排入该层更新集合P,重复2)～6)步,选择合适的矩形物品放入箱内。
上述过程中,为保证每艘船舶等待时间不超过10h,当确定了每一层的第一艘船舶后,计算所有船舶在下一排排列所需的等待时间,如果出现船舶在下一层排列的等待时间超过10h,就优先考虑把这些船舶放入该层。
同时,在排列的过程中,可以根据船舶预计到达时间看是否能排入某层对集合进行更新。
4 算例分析以青岛前港湾集装箱码头No81,No82,No83为例,泊位长度分别为340,330,330m,吃水均为17m,设计靠泊能力均为100000dwt。
由于它们最大吃水和靠泊能力相同,故看为连续泊位,假设连续泊位吃水大于所有到港船舶的最大吃水。
取某时刻在港待泊及预计到达的船舶数据,为满足规定的时间格式和便于计算,分配船舶靠泊时间从00:00时刻开始,每艘船舶的等待时间不能超过10h。
船舶数据如表1所示。
表1 靠泊作业船舶的主要初始参数船舶占泊长度/m作业时间/h到港时刻船舶占泊长度/m作业时间/h到港时刻1270617∶35 2120417∶41 3300819∶26 4150320∶08 5115223∶06 6130223∶20 7250523∶24 8160223∶43 9310923∶51 10180223∶53 11120300∶40 12120402∶41 13200503∶47 14210204∶19 15150305∶58 16130206∶16 17230207∶1218190208∶10 19160611∶28 20310812∶42 21240513∶30 22150213∶35 23280614∶46 24180315∶20 25250516∶11 26150318∶28 27290619∶45 28140320∶34 29220421∶24 30200222∶35 31300822∶50 32140223∶39 33200523∶54采用基于先到先服务规则的启发式算法和本文提出的启发式算法对本例进行求解,得到了约束条件下两种不同的泊位分配方案,如图2所示。
取T=24h为界,把数据代入式(1)计算出两个利用率分别为8618%和8911%。
通过多次测试表明,随着时间的延长和泊位长度的增加,采用本文提出的算法能够更加有效的提高泊位的利用率。
95图2 两种不同的泊位分配方案5 结束语通过把集装箱码头泊位分配问题转化为带有约束条件的特殊二维装箱问题,根据二维装箱思想和船舶靠泊作业的实际情况,提出了一种解决集装箱码头连续泊位分配问题的启发式算法。
该算法在船舶时间的约束条件下按照参数标量递减排序、时间分割等优化策略来确定船舶的靠泊时间、靠泊位置。
本文的不足之处是没有考虑船舶到港出现延误的情况,并且提出的算法只能得到近似最优解,但这种思想能够使船舶动态分配过程直观地反映在平面上,提出的算法在应用上具有操作简单、实用性强等优点,同时,其思想对其他类型码头和机场停机分配调度问题有一定的借鉴意义。
最后应指出:本文是在假设所有船舶都能在预计的时间内到达的基础上,只考虑泊位一种因素对集装箱码头泊位调度问题进行讨论的。