集装箱码头出口箱堆场分配方法组成比例

本发明专利技术公开了集装箱码头出口箱堆场分配方法，其包括以下步骤：首先为各船的出口箱分配箱区，然后为各船的出口箱各箱组计划箱位，最后为具体的出口箱选择箱位。本发明专利技术对出口箱箱区分配、箱位计划、进场自动选位进行深入研究和对提高双４０装船的比例的初步考虑，有利于提高既定堆场密度下出口箱堆垛的有序性，具有为后续装船作业的有序组织奠定良好基础的重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种集装箱码头的出口箱堆场的分配方法，特别涉及一种集装箱码头出口箱堆场分配模型的建立。
技术介绍
随着经济全球化进程的加快，越来越多的生产经营活动和资源配置过程在整个世界范围内进行，现代港口在社会经济发展中的作用与地位也由此发生了深刻的变化，成为一个国家经济能否有效地参与经济全球化并保持在国际竞争中主导地位的重要依托。 港口作为物流系统中的重要节点，是远洋、内河船舶以及内陆运输(卡车和火车)的枢纽。港口地区汇集有货主、货运代理、船东、船舶代理、商品批发零售、包装公司、陆上运输公司、海关、商检等各种机构。港口不仅是不同运输方式汇集的关键节点，而且也是各种信息、经济和技术的汇集点。现代集装箱码头已从纯粹的运输中心(运输+转运+存储)发展为配送中心(运输+转运+存储+拆装箱+仓储管理+加工)，再发展为如今的综合物流中心(运输+转运+存储+拆装箱+仓储管理+加工十信息处理)。现在集装箱码头已经成为一个集商品流、资金流、技术流、信息流、人才流于一体物流中心。 凭借规模化的集散能力，集装箱码头最有可能成为整个物流链的枢纽和增值服务中心。集装箱码头物流是海洋运输的起点与终点，是海陆货物运输的重要节点，在整个运输链中是货物最大的集散地。集装箱码头是国际贸易中的服务基地和货物物流的分配中心，是货物和航运业的信息中心。集装箱码头地理位置得天独厚，通常位于经济、贸易、金融、信息较为发达的城市，为综合物流的大量生成与发展提供了有利支撑。 近年来，我国集装箱码头伴随着集装箱运量的增加，其吞吐量也得到了较快地增长，取得了骄人的成绩，但其生产组织技术与吞吐量增加的矛盾日益突出，主要表现如下 (1).码头通过能力不足。由于土地资源越来越昂贵，码头不可能无限制的扩大占地面积，因此在现有的码头土地规模下，随着集装箱运量的日益增加，其设计的通过能力就显得愈发不足。 (2).堆场管理水平较低。我国集装箱码头堆场管理大部分还是属于经验管理，但随着码头吞吐量的增加和到港船舶数量的增加，以及到港船舶的大型化趋势，以前的经验管理方式许多已不适用。 (3).码头装卸成本较高。由于我国集装箱码头基本上还是靠人工管理，集装箱在堆场中的位置并不是最佳，且设备调度可能不合理，从而导致集装箱装卸作业时，设备移动距离较长，翻箱率较高，从而导致了码头装卸成本较高。 (4).计算机自动决策水平较低。我国集装箱码头中堆场计划、道口选位、船舶配载、作业线调度等需要决策的功能基本都是靠人工来完成的，计算机在其中只起到了辅助管理的作用，这在吞吐量较低，来港船舶的较少的情况下，还能适应，但随着吞吐量和来港船舶的增加，以及港船舶的大型化趋势下，再用人工方式将可能导致决策时间较长、决策结果不佳等问题，从而造成船舶在港时间较长，码头服务质量不高等问题。 集装箱码头堆场由多个箱区组成(如箱区A，箱区B等)，每个箱区内通常有多个贝位，其平面布局如图1所示。奇数贝位为20英尺倍，相邻的2个20英尺倍可组倍为偶数倍以堆存40英尺集装箱，每个倍位可堆垛6排，每排最大堆高为4层。每个集装箱堆存箱位可用“箱区-贝位-排-层”唯一标识。如图2所示。 集装箱堆场作业涉及到出口箱集港、出口箱装船、进口箱卸船、进口箱提箱等业务。其中出口箱在相应船舶到港前4天开始集港，由外部集卡将集装箱分散运进堆场，到港前6小时停止集港，以便根据集装箱在场信息进行船舶配载和制定装船计划。装船时，通过场地机械(场桥)将出口箱装上水平运输机械，再经过水平运输机械运输至码头前沿，再由岸边集装箱起重机(岸桥)将出口箱装进船舶。进口箱在船舶到港后，由岸桥将其卸至水平运输机械，再由水平运输机械运进堆场，由场桥将其堆存在具体的箱位，客户可在一定的期限内(一般为7天)，通过外部集卡提箱出场。 集装箱堆场作为衔接海运系统和内陆系统的物理缓冲区域，对合理安排装卸船舶计划，减少装卸船时间具有重要的意义。但限于空间和资金等条件，堆场对于码头来说是稀缺资源。而近年来不断增加的集装箱货流量给码头堆场系统的管理提出了更高的要求。因此，如何对码头堆场有效地分配和管理，进而提高码头服务水平和装卸效率已成为码头管理者和学术界广泛关心的问题。 从堆场的主要业务可以看出，进口箱是集中进场，分散提箱，这样对于进口箱的堆场分配，由于其信息准确，且对于进口箱提箱出场没有严格的时间限制，所以其堆场作业也相对简单。而出口箱是分散进场，集中装船，对于出口箱的堆场分配，由于相应船舶还未到达，其相关信息不够准确，且装船时有严格的时间限制和空间限制，所以合理的出口箱的堆场分配难度较大。因此本文将以出口箱的堆场分配为研究核心。 出口箱堆场分配决策是出口箱业务中最基础和核心的环节。合理的出口箱堆场分配将为装船时设备的调度、船舶配载奠定良好的基础，相反，出口箱的无序堆存将为设备调度带来很大困难。特别是双40英尺装卸设备的出现，要如何提高能够双40作业的比例，给出口箱堆场分配带来了更大的难度。 内陆承运商通常会在船舶抵港前一段时间将出口箱提交码头，在船舶离开码头一段时间后才将进口箱拖离码头，因此集装箱堆场实际上是船舶装卸作业和内陆集港、提箱作业的一个缓冲区。堆场系统资源的优化配置直接关系到该系统得的作业效率。影响堆场空间分配的因素包括船舶停靠的位置、装卸箱量、作业线的分布、挂靠港的数量、吨级数量等。堆场空间分配包括两个层次①堆场箱区的分配，②具体箱位的选择。过去的研究多集中在第一个层次，采用的优化方法主要包括整数规划、动态规划、二次规划等数学规划技术，但由于求解算法的规模限制，这些方法经常遇到困难，同时对于具体箱位分配的优化研究较少，导致翻箱率始终不能有效地降低。另外针对双四十集装箱运输的堆场分配策略研究目前为零。 堆场分配主要因进口箱卸船和出口箱集港而发生。下面主要分析有关这2种堆场分配的相关研究成果。 (1)进口箱堆场分配 进口箱卸船作业是船舶到达事件引起的，此时集装箱批量到达，堆场空间资源分配问题往往和堆场设备资源的调度交织在一起。优化的目标大多集中在高的堆场利用率、少的卸船(船舶在港)时间和高的机械作业效率。解决该问题时，需要考虑以下几个方面 ①船舶达到规律和需要卸载的集装箱的相关特征 ②堆场空间的制约； ③外卡随机提取进口箱时的期望倒箱数。 (2)出口箱堆场分配 外卡进箱作业的发生是一系列离散随机事件，时间跨度是预定班次班轮到港一前的载入期，该作业的最终目的是为集装箱出口装船作准备，优化的目标包括高的堆场利用率、少的预期后续装船时间、低的后续装船作业时的翻倒率，需要考虑的是堆场作业原则。 (3)堆场分配的综合研究 当前在众多的优化算法中，遗传算法GA、禁忌搜索法TS、模拟退火算法SA和启发式方法得到越来越多的关注。遗传算法GA、禁忌搜索法TS、模拟退火算法SA与启发式算法相结合也受到了许多学者的研究。 遗传算法是基于适者生存的一类高度并行、随机和自适应优化算法，它的优越性主要表现为具有固有的并行性，通过对种群的遗传处理可处理大量的模式，容易并行实现；算法进行全空间并行搜索时，将搜索重点集中于性能高的部分，从而提高效率且不易陷入局部极小。近年来，在解决NP-hard问题上，得到了广泛的应用，但在避免早熟收敛方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
集装箱码头出口箱堆场分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：首先为各船的出口箱分配箱区，然后为各船的出口箱各箱组计划箱位，最后为具体的出口箱选择箱位。

【技术特征摘要】
CN 2008-5-20 200810043377.X1、集装箱码头出口箱堆场分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤首先为各船的出口箱分配箱区，然后为各船的出口箱各箱组计划箱位，最后为具体的出口箱选择箱位。2、根据权利要求1所述的集装箱码头出口箱堆场分配方法，其特征在于，所述方法中还建立基于双40尺的出口箱堆场分配模型。3、根据权利要求1所述的集装箱码头出口箱堆场分配方法，其特征在于，所述为各船的出口箱分配箱区首先给各船分配集港箱区段，然后通过决策模型决策各船出口箱堆存区段。4、根据权利要求3所述的集装箱码头出口箱堆场分配方法，其特征在于，所述各船对应区段数的确定方法(1).若装船时每个区段配备1台轮胎吊，则一个作业线分配两个堆场箱区；由于装船时只要一个箱区内只有1台轮胎吊，一个堆场区段只允许对应某船舶的1条作业线，堆场箱区数为作业线数的2倍；(2).若堆存箱区数不足，则可计划最接近2倍作业线的箱区，然后将计划的每个箱区分成两部分，两部分之间至少隔开一个大贝，这样可以保证同一箱区内如果有两台场桥能够同时作业。5、根据权利要求3所述的集装箱码头出口箱堆场分配方法，其特征在于，所述决策模型包括以下部分决策函数TP决策周期需要预做堆存计划的时段；决策周期为4天，12个小时为一个计划时段，TP＝8，每个计划时段用t表示，每次只有t＝1的计划时段的决策被执行；NA普通箱区数；P当前决策周期(每个决策周期开始时更新当前决策周期为P)；VPt决策周期P内计划时段t预做堆存计划的船舶集合；VPjt当前决策周期P内的计划时段t内的船舶j；NVPti计划时段t内区段i中已有船舶或已计划船舶的集合；Bjt船VPjt的预靠泊位(由于船舶要到港后才靠泊，所以出口箱集港时船舶泊位只能是预考泊位，且当前集装箱码头所靠船舶一般为班轮，班轮所靠泊位一般都是固定的，所以预靠泊位一般与实际靠泊泊位是一致的)位置，以船舶的中心位置为准；dijt堆场区段i与计划时段t内船舶j预靠泊位之间的距离(平均距离，参考点为连续泊位的中部，且考虑港口内交通布局及区段到泊位的行驶路径等)；N20jt计划时段t内的船舶j出口箱普通20尺的数量；N40jt计划时段t内的船舶j出口箱普通40尺的数量；Rowi箱区i内允许堆放的排数；Tieri箱区i内允许堆放的层数；OPLj船舶j装船时预计的作业线数；Kjt计划时段t内的船舶j处于集港的第几个时段(每条船集港分8个时段)；STHit计划时段t时箱区i内所有船舶的作业(装船或卸船)开始时间集合(包括已有船舶和已计划船舶)，STHit＝{STHit1，STHit2，…，STHitn}；ETHit计划时段t时箱区i内所有船舶的作业(装船或卸船)结束时间集合(包括已有船舶和已计划船舶)，ETHit＝{ETHit1，ETHtit2，…，ETHitn}；STtj计划时段t内的船舶j的装船开始时间；ETtj计划时段t内的船舶j的装船结束时间；N_20ijtk计划时段t之前的时段k内船舶j计划到箱区i的20尺出口箱箱量；N_40ijtk计划时段t之前的时段k内船舶j计划到箱区i的40尺出口箱箱量；NUi(t-1)当前决策周期的t-1时段末时，区段i的空贝数(根据船舶的离港时间和提箱的统计规律预测)；NUBi(t-1)当前决策周期的t-1时段末时，区段i的空大贝数(根据船舶的离港时间和提箱的统计规律预测)，大贝为一个箱区中连续相邻的两个贝组合而成，空大贝即为箱区中连续相邻的两个空贝组成；λ宽泛系数(选择箱区时，箱区的空位数应不小于分到该箱区的箱量乘以宽泛系数)；Nlarge_ONlarge_O为较大的正实数，一般可设Nlarge_O＝1000，若N20jt+2*N40jt＞Nlarge_O表明船舶VPjt的出口箱量较多；Nsmall_ONsmall_O为较小的正实数，一般可设Nsmall_O＝200，若N20jt+2*N40jt＜Nsmall_O表明船舶VPjt的出口箱量较少；决策参数一旦确定了集港堆存区段，在集港过程中，相应的集装箱将堆存在该区段，其中1≤i ≤NA，VPjt∈VPtN_20ijt计划时段t内船舶j计划到箱区i的20尺出口箱箱量；N_40ijt计划时段t内船舶j计划到箱区i的40尺出口箱箱量；目标函数构建多目标规划Min{ω1*f1，ω2*ω2，ω3*f3}约束条件t∈TP，j∈VPt其中只要使得ALijt＝1，即可对于VPxt，VPyt∈VPt，若N20xt+2*N40xt＞Nlarge_O且N20yt+2*N40yt＞Nlarge_O，则ALixt.ALiyt＝0，1≤i≤NA。6、根据权利要求1所述的集装箱码头出口箱堆场分配方法，其特征在于，所述为各船的出口箱各箱组计划箱位，需要根据当前时段内为每条船分配箱区的实际情况，决策各船在各箱区的贝计划，各船各卸货港在不同箱区的分布计划，贝与箱组匹配计划，贝内排计划。7、根据权利要求6所述的集装箱码头出口箱堆场分配方法，其特征在于，所述贝计划中的贝分配模型由以下部分组成决策函数Q_allv当前时段分配给船舶v的出口箱区集合；NBi箱区i内空贝的集合；贝分配时只能分配空的贝(空贝是指当该船的出口箱集港时，该贝是空的，且未计划给别的船)；Lijk箱区i内第j贝和第k贝之间的距离；Dis一个贝的宽度；N40iv箱区i内计划船v的40尺的箱量；N20iv箱区i内计划船v的20尺的箱量；Rowi箱区i内允许堆放的排数；Tieri箱区i内允许堆放的层数；Bnoj箱区i内第j贝的贝号；Blsniv箱区i内分配给船舶v的左边界贝的贝号；Breniv箱区i内分配给船舶v的右边界贝的贝号；Bblsniv箱区i内之前分配给船舶v的左边界贝的贝号；Bbreniv箱区i内之前分配给船舶v的右边界贝的贝号；Bvalliv箱区i内分配给船舶v的贝集合；OPij判断箱区i内第j贝与其相邻贝是否属于同一条作业线；Badniv箱区i中给船v计划的贝中连续贝的块集合，块为一个箱区中连续相邻的几个贝组合而成；Bnbiv箱区i中给船v计划的块b的贝数；Sadij箱区i内第j贝相邻贝的作业开始时间；(指装船或卸船的开始时间)Eadij箱区i内第j贝相邻贝的作业结束时间；(指装船或卸船的开始时间)Sij箱区i内第j贝的装船开始时间；Eij箱区i内第j贝的装船结束时间；λ贝分配时的宽泛系数；决策变量目标函数Min(ω1*f1+ω2*f2)约束条件i∈Q_allv，j∈NBi，v∈VP1其中Badniv＝Bvallivλ＞1Lijk＞0，Dis＞0。8、根据权利要求6所述的集装箱码头出口箱堆场分配方法，其特征在于，所述各船各卸货港在不同箱区的分布计划中的卸货港分配模型保证并行发箱...

【专利技术属性】
技术研发人员：宓为建，严伟，苌道方，何军良，张艳伟，谢尘，陆后军，边志成，王红湘，沈银娟，王朝霞，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]