不确定条件下港口堆场出口集装箱作业调度综合优化研究

摘要

我国经济的高速发展，推动了集装箱货运量的快速增加，在促进我国港口集装箱发展的同时，也加剧了不同港口间竞争的激烈程度。受空间资源的限制，港口堆场规模难以随着集装箱吞吐量的增加而不断扩大，因此，以提高堆场空间的利用效率为目标，对集装箱堆存作业调度进行优化，一直是集装箱码头自动化领域的重要研究课题之一。
　　由于出口集装箱的集港时间普遍具有较高的不确定性，进一步加剧了堆场堆存作业调度的复杂性。为了改善出口集装箱堆场堆存的作业效率，提高集装箱港口的竞争力，本文针对不确定条件下港口堆场出口集装箱作业调度综合优化问题进行了深入研究，在如下三个方面取得了明显进展。
　　第一，提出了一种可进一步减少翻箱作业次数的单贝位出口集装箱动态堆存作业调度优化模型与算法。在出口集装箱集港时间不确定的情况下，以待堆存策略为基础，基于动态规划思想，以总的翻箱次数最少为目标函数，建立了单贝位出口集装箱动态堆存作业优化模型，并设计了相应的动态求解算法。实证分析表明，所提出的模型和求解算法能够实现出口集装箱在堆场单个贝位上的动态堆存作业调度，而且在不同贝位规模条件下，所需要的翻箱次数均小于已有文献。
　　第二，提出了一种可进一步缩短整体作业时间的单箱区多贝位出口集装箱动态堆存作业综合调度优化模型与算法。在出口集装箱集港时间不确定的情况下，分析影响单箱区多贝位出口集装箱堆存作业效率的作业环节，并对所有作业环节进行综合调度，以减少出口集装箱在单箱区多贝位堆存中需要的整体作业时间。因此，本文综合外集卡运输作业、场桥翻箱作业和场桥移动作业，以单个出口集装箱在箱区堆存过程中整体作业时间最短为目标函数，构建单箱区多贝位出口集装箱堆存作业综合调度优化模型，并设计了相应的动态求解算法。实证分析表明，所提出的模型和求解算法能够实现出口集装箱在堆场单箱区多贝位上的动态堆存作业调度优化，而且堆存中需要的整体作业时间小于对比方案。
　　第三，提出了一种可进一步提升堆场作业效率的跨箱区多贝位出口集装箱动态堆存作业综合调度优化模型与算法。在出口集装箱集港时间不确定的情况下，出口集装箱在堆场不同箱区间堆存的作业量不均衡会降低堆场堆存作业效率。因此，本文提出了以均衡不同箱区间不同贝位上的堆存作业时间为前提条件，综合调度影响出口集装箱跨箱区多贝位堆存作业效率的作业环节。以单个出口集装箱在可堆存箱区间的最小完成堆存时间为目标函数，构建出口箱在跨箱区多贝位堆存作业综合调度优化模型，并设计了相应的动态求解算法。实证分析表明，所提出的模型和求解算法能够实现出口集装箱在堆场跨箱区多贝位上的动态堆存作业调度优化，而且堆存中需要的整体作业时间小于对比方案。
　　本论文中涉及到的研究内容、研究方法和研究结论是对集装箱港口堆场作业调度优化方法研究的拓展补充和有益探索，所取得的研究成果，对于深化出口箱动态堆存作业调度优化方法具有重要的学术意义，同时对于改善集装箱港口的运行效率和竞争力具有显著的实用价值。

目录

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与结构框架

2 出口箱堆存作业调度的基础与影响因素分析

2.1 概述

2.2 集装箱码头的布局及功能

2.3 出口箱动态堆存作业调度的基础

2.4 出口箱堆存作业的流程与堆存原则

2.5 出口箱动态堆存作业调度影响因素分析

2.6 小结

3 单贝位出口箱动态堆存作业调度优化模型

3.1 概述

3.2 出口箱堆存优先级别的确定方法

3.3 问题描述与基本假设

3.4 符号定义

3.5 优化模型设计

3.6 优化模型的算法设计

3.7 实证分析

3.8 小结

4 单箱区多贝位出口箱动态堆存作业综合调度优化模型

4.1 概述

4.2 问题描述与基本假设

4.3 符号定义

4.4 优化模型设计

4.5 优化模型的算法设计

4.6 实证分析

4.7 小结

5 跨箱区多贝位出口集装箱动态堆存作业综合调度优化

5.1 概述

5.2 计划期启动的场桥台数确定方法

5.3 问题描述与基本假设

5.4 符号定义

5.5 优化模型设计

5.6 优化模型的算法设计

5.7 实证分析

5.8 小结

6 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 主要创新点

6.3 展望

参考文献

在学研究成果

附录A 随机入港出口箱的信息表

附录B Matlab编码

致谢