基于稳定约束的集装箱配载计划启发式方法研究

论文摘要

本文主要研究集装箱船舶配载问题,配载的好坏主要由两个标准决定,它们是倒箱次数多少和船舶稳定性情况,这两个标准总是相矛盾的,也就是说当一个标准得到优化时,另一个标准必然远离优化方向。由于集装箱以堆码的形式配载在船上行位中,因而对集装箱的装卸必须从堆码顶端进行,因此这个时候经常会发生倒箱操作。例如,当需要卸载某个集装箱时,往往需要对同一堆码上面箱位中的集装箱实施倒箱操作。另外在集装箱配载时还必须考虑到船体稳定性要求以及其他船舶和箱体的特殊要求,这对安全运输非常重要,也是倒箱产生的另一个重要来源。这里仅仅考虑船舶的稳定性对配载规划和倒箱次数的影响。在配载问题上,通过降低重心高度来获得合理的稳定性,同时尽可能减少倒箱次数。为了在模型中考虑到配载问题的两个目标,本文首先分析了不考虑稳定性但能够减少倒箱次数的单目标数学模型及其求解的采用悬挂策略的启发式算法。然后在此基础上,考虑稳定性因素的描述方法。在上面分析的基础上提出了配载问题的多目标线性规划模型,即基于稳定约束的数学规划模型。由于配载规划问题的NP本质,问题的求解严重受限于研究问题的规模,因此,本文第四章提出了基于稳定约束的启发式算法并利用C++编码进行了模拟仿真,通过对算法的重要参数进行分析,可实现两个目标在可接受范围内权衡取得较优。最后还通过大量实验,分析了模型中各参数对配载问题两目标的影响情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究思路与方法
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 基于稳定约束的集装箱船舶配载问题理论基础
• 2.1 船舶配载相关概念
• 2.1.1 集装箱分类
• 2.1.2 船舶配载原则
• 2.2 简化的船舶空间结构
• 2.3 船舶配载稳定性因素及其衡量方法
• 2.3.1 船舶稳定性基础概念
• 2.3.2 船舶稳定性因素的数学表达方法
• 2.3.3 稳定性估算
• 2.4 不考虑稳定约束的数学规划模型
• 2.4.1 问题条件及变量定义
• 2.4.2 线性规划模型
• 2.5 基于船舶稳定约束的数学规划模型
• 2.5.1 问题条件及变量定义
• 2.5.2 多目标规划模型
• 2.6 本章小结
• 第三章 不考虑稳定约束的启发式算法
• 3.1 不考虑稳定约束的启发式算法
• 3.1.1 采用悬挂策略的启发式算法中的概念定义
• 3.1.2 采用悬挂策略的启发式算法的规则
• 3.1.3 采用悬挂策略的启发式算法步骤
• 3.2 仿真实验分析
• 3.2.1 运输矩阵类型
• 3.2.2 参数分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于稳定约束的集装箱船舶配载问题启发式方法
• 4.1 启发式方法中稳定性因素的衡量
• 4.2 基于稳定约束的启发式算法规则
• 4.3 基于稳定约束的启发式方法
• 4.3.1 港口1 的集装箱配载规划
• 4.3.2 其它港口的集装箱配载规划
• 4.4 算法举例说明
• 4.5 本章小结
• 第五章 参数分析
• 5.1 模型参数对倒箱次数影响的分析
• 5.2 模型参数对重心高度影响的分析
• 5.3 稳定性要求对倒箱次数的影响分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢