考虑港区碳排放的集装箱码头核心作业区域集成调度研究

摘要

随着全球性的能源紧张日益凸显，节约能源和减少环境污染已成为人类生存及可持续性发展的必然要求。交通运输作为国民经济发展中的支柱性产业，其能源消耗巨大，也是温室气体排放的重要来源，尤其是承担世界贸易运量80％以上的航运业所造成的污染排放不容小觑。其中，港口作为航运网络中关键性节点，港口区域的污染物排放已发展成为沿江沿海城市的主要污染来源之一。因此，本文以整个港区为研究对象，以港区碳排放及港口设备服务效率为优化目标，对码头核心资源设备集成调度问题进行研究及分析。 首先，对文章研究问题涉及的理论基础进行详细阐述，通过对港区资源构成要素（设施资源、设备资源）分析及集装箱码头核心作业区域作业（泊位分配作业、岸桥装卸作业、集卡运输作业、场桥装卸作业）流程的分析，了解港区要素构成及作业流程，以便进一步分析港区碳排放来源;同时对多目标规划及决策问题的求解算法进行归纳整理，主要分为传统的多目标优化算法与多目标进化算法两类，并结合本文模型特征，确定最终选取的优化算法。 其次，以港区整体碳排放量最小化及港口设备服务效率最大化为优化目标，构建多目标集装箱码头核心作业区域资源设备（泊位、岸桥、集卡、场桥）集成调度（Multi-objective berth-quay crane-yard truck-yard crane integrated scheduling,简写为MO-B-QC-YT-YCIS）模型。其中，港区CO2排放量包含港区水域CO2排放及港区陆域CO2排放;港口服务效率以研究周期内所有到港船舶的平均在港等待及离港延误时间来反映，该值越小，则表示服务效率越高。模型采用改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行求解。 最后，结合具体的数值案例分析，进一步验证模型及算法的有效性，并对两个目标进行了权衡分析。结果表明，在港区碳排放量和港口服务效率两个目标之间确实存在着负相关关系，也就是说降低港区碳排放量的同时，会适当降低港口服务效率，即导致船舶更高的平均在港等待时间以及离港延误;反之，如果港口一味地追求更高的服务效率，则必须以牺牲港区环境为代价，从而导致港区碳排放量增多。因此，港口管理者需要权衡考虑港区碳排放量和港口服务效率两个目标，进而采取恰当的优化调度方案。

目录

声明

摘要

1．1研究背景及意义

1．1．1研究背景

1．1．2研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1泊位、岸桥、集卡、场桥的单一调度问题

1．2．2泊位、岸桥、集卡、场桥的联合调度问题

1．2．3低碳港口建设研究

1．2．4现有研究的不足与研究机会

1．3主要研究内容与方法

1．3．1研究内容及框架结构

1．3．2研究方法及技术路线

1．4本文主要创新点

2研究的理论基础

2．1港区资源构成要素分析

2．1．1港区设施资源

2．1．2港区设备资源

2．2集装箱码头核心作业区域作业流程分析

2．2．1泊位分配作业

2．2．2岸桥装卸作业

2．2．3集卡运输作业

2．2．4场桥装卸作业

2．3港区碳排放来源分析

2．3．1港区水域碳排放

2．3．2港区陆域碳排放

2．4多目标问题求解方法

2．4．1传统的多目标优化算法

2．4．2多目标进化算法比较分析

2．4．3优化方法确定

2．5本章小结

3基于NSGA-Ⅱ的多目标码头核心资源集成调度模型

3．1问题描述及模型参数

3．1．1问题描述

3．1．2参数及变量

3．2港口碳排放量计算

3．2．2港口碳排放计算公式

3．3多目标码头核心资源集成调度模型构建

3．4 NSGA-Ⅱ算法介绍及改进

3．4．1种群初始化

3．4．2非支配排序

3．4．3拥挤距离排序

3．4．4选择，交叉和变异算子

3．4．5种群更新

3．5本章小结

4算例分析

4．1案例介绍

4．2案例求解

4．3结果分析

4．4本章小结

5总结与展望

5．1文章总结

5．2不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢