基于装卸协调作业的集装箱码头集卡路径优化研究

论文摘要

集装箱码头作为集装箱运输的枢纽,连接着水、陆的集装箱运输,是现代物流的重要节点,发展集装箱码头对促进码头所在城市及区域的经济发展具有不可替代的作用。集装箱码头为了提高经济效益,就必须相应的提高码头的运营效率,充分利用码头的各种装卸作业设备,增加企业的收益。近年来,国际上的很多集装箱码头都致力于移动设备最优路径的研究,以通过优化设备的行驶距离,提高效率,节约成本。目前,路径优化调度在国外的跨运车和自动化码头的作业中已经得到很好的应用。但是国内码头在路径优化方面更多的限于理论研究和定性的探讨上,在码头作业中的实际运用较少。本文主要研究集装箱码头的集装箱卡车路径优化问题,考虑我国集装箱码头对集卡的要求,以及集卡资源配置的复杂性,主要研究了采用“作业面”工艺时集装箱码头集卡的路径优化问题。论文从装卸作业流程的整体出发,以降低集卡在码头的装卸作业过程中的空驶距离为目标,根据实际情况将集卡调度同岸桥作业相结合,分别建立了基于集卡行驶路径最短的数学模型。首先,以进出口集装箱积载计划未知为假设条件,建立装卸混合作业的集卡调度模型,通过装货船舶与卸货船舶的协同调度实现集卡在不同“作业线”间的共享。并对模型进行数值模拟,通过NCL语言建模对模型进行求解,得到基于“作业面”的集卡行驶路径的最优路线。并在此基础上以岸桥等待时间最短估算了此次作业需要配备的最佳集卡数量。在上述模型的基础上,考虑到集装箱码头实际的装卸作业情况,以进出口集装箱积载计划已知为假设条件,建立了基于集装箱船舶配载的集卡路径优化模型,并对模型进行数值模拟,设计了蚁群算法对模型进行求解。结果表明,该模型不但能降低集卡在装卸作业过程中的空驶距离,而且对于集装箱的具体装卸顺序有一定的指导意义。通过模拟现实集装箱码头集卡同时服务于不同船舶的案例,本文所建立的求解方法都能够很好的收敛,得到了基于“作业面”装卸工艺时的集卡行走最优路线。数据结果表明本文所提出的集卡路径优化模型及求解算法对解决集装箱码头集卡路径优化问题具有一定的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容和方法
• 1.3.1 本文研究的主要内容
• 1.3.2 研究方法
• 第2章 集装箱码头作业概况
• 2.1 集装箱码头的简介
• 2.1.1 集装箱码头概述
• 2.1.2 集装箱码头的布局
• 2.2 集装箱码头主要的作业机械设备
• 2.3 集装箱码头装卸工艺
• 2.3.1 底盘车装卸工艺系统
• 2.3.2 跨运车装卸工艺系统
• 2.3.3 轮胎式龙门起重机装卸工艺系统
• 2.3.4 轨道式龙门起重机装卸工艺系统
• 第3章 集装箱码头集卡调度模式
• 3.1 集装箱码头现行集卡调度模式分析
• 3.1.1 集卡"作业线"调度模式
• 3.1.2 集卡作业模式分析
• 3.2 集装箱码头理论状态下的集卡调度模式
• 3.2.1 集卡"作业面"调度模式
• 3.2.2 集卡作业模式分析
• 3.3 集装箱码头两种集卡调度模式的比较
• 第4章 基于装卸协调调度的集卡路径优化模型
• 4.1 集卡路径优化模型概述
• 4.2 集卡路径优化模型要素分析
• 4.2.1 配载计划要素分析
• 4.2.2 岸桥作业要素分析
• 4.2.3 集卡调度要素分析
• 4.3 集装箱堆存位置-集卡路径优化模型
• 4.3.1 问题描述
• 4.3.2 模型建立
• 4.4 集装箱船舶配载-集卡路径优化模型
• 4.4.1 问题描述
• 4.4.2 模型建立
• 第5章 集卡调度模型算例分析
• 5.1 集装箱堆存位置-集卡路径优化模型算例
• 5.1.1 求解算法介绍
• 5.1.2 算例设计
• 5.1.3 模型求解
• 5.2 集装箱船舶配载-集卡路径优化模型算例
• 5.2.1 蚁群算法简介
• 5.2.2 蚁群算法求解原理
• 5.2.3 算例设计及模型求解
• 第6章 总结
• 参考文献
• 附录A 堆场箱区间的距离矩阵
• 附录B 模型1程序
• 附录C 船舶与堆场箱区以及箱区与箱区之间的距离矩阵
• 附录D 模型2程序
• 致谢