基于船时效率的岸桥配置优化

在集装箱码头系统中,对船舶进行有效的岸桥配置有助于缓解岸边资源紧张的现状,提高码头的运营效率。针对连续泊位下动态到港船舶的泊位分配和岸桥配置的集成优化问题,对船舶的岸桥配置进行基于船时效率的动态调整,以最小化包括船舶延迟靠泊成本、偏离偏好泊位成本、延迟离港成本和岸桥重新配置成本在内的总成本为目标建立模型,并根据基于船时效率的岸桥配置的调整规则设计了启发式算法,结合遗传算法（GA）对问题进行求解。最终通过算例分析,验证了提出的模型和算法在解决实际港口中泊位分配和岸桥配置问题上的有效性,并通过与未考虑岸桥配置进一步调整的传统GA计算的结果进行比较,证实了提出算法的优化效果。     

考虑泊位偏好和岸桥移动的泊位岸桥联合调度

为了更高效地利用码头资源,同时考虑泊位资源和岸桥资源,建立了考虑泊位偏好和岸桥移动频数的泊位岸桥联合调度两阶段模型.第一阶段模型采用船舶到港时间可变的到港策略,建立了以船舶等待成本、泊位偏离成本、延迟离港成本之和最小为目标的混合整数规划模型.第二阶段模型考虑了岸桥的干扰约束,建立了以岸桥移动频数最小为目标的整数规划模型...     

离散泊位布局下的泊位岸桥动态协调调度

为了制定合理的集装箱码头泊位岸桥资源调度计划,提高码头作业效率和客户满意度,基于离散泊位布局,建立了以在港集装箱船总的服务成本最小为优化目标的动态泊位岸桥协调调度模型。设计了遗传算法对模型求解,通过将部分约束条件嵌入算法结构简化了模型求解难度,并对算法迭代过程中的不可行解采用逐时刻基因调整策略进行修复。经过若干算例的数值实验,验证了模型和算法的可行性和有效性。     

不确定环境下集装箱码头泊位与岸桥联合调度

在集装箱码头操作系统中,有效的泊位岸桥调度计划有助于提高码头的运营效率和客户满意度。针对船舶到港时间和装卸作业时间随机的泊位岸桥联合调度问题,综合考虑了连续泊位下船舶偏离偏好泊位产生的惩罚时间,并通过添加延缓时间的方法来吸收不确定性因素带来的影响。为了体现调度计划的鲁棒性,将延缓时间添加在目标函数中,建立了以船舶在港总时间、偏离偏好泊位的惩罚时间、客户满意度和延缓时间之和最小化为目标的混合整数规划模型,提出一种自改变遗传算法和启发式靠泊相结合的改进遗传算法对模型进行求解;通过算例分析,证明了提出的改进遗传算法在计算不确定环境下的泊位岸桥联合调度问题的有效性。     

基于作业链的泊位与岸桥协同调度研究

针对泊位与岸桥协同调度问题,引入"链式优化"思路,用作业链的方法分析集装箱装卸作业过程,首先将泊位计划作为开始链单元,采用资源节点优化策略进行分析,以最小化船舶在港总成本为目标建立模型;然后将岸桥卸船作业作为结束链单元,采用任务节点优化策略进行分析,以最小化岸桥最大完工时间为目标建立模型.考虑到作业链的整体性能,设计嵌...     

单船岸桥分配与调度集成优化模型

针对集装箱码头泊位确定条件下的单船岸桥(QC)分配和调度问题,建立了线性规划模型.模型以船舶在泊作业时间最短为目标,考虑多岸桥作业过程中的干扰等待时间与岸桥间的作业量均衡,并设计了嵌入解空间切割策略的改进蚁群优化(IACO)算法进行模型求解.实验结果表明:与可用岸桥全部投放使用的方法相比,所提模型与算法求得结果平均能够节省31.86%的岸桥资源;IACO算法与Lingo求得的结果相比,船舶在泊作业时间的平均偏差仅为5.23%,但CPU处理时间平均降低了78.7%,表明了所提模型与算法的可行性和有效性.     

潮汐影响下泊位和岸桥双目标联合调度仿真

针对集装箱船舶大型化导致的港口航道现有水深无法满足大型船舶安全吃水深度,需要借助潮水上涨进出航道的现状,研究了潮汐影响下连续型泊位和动态岸桥联合调度问题。建立了以最小化船舶周转时间和岸桥在船舶间移动次数的双目标混合整数规划模型。基于问题特点,设计了Epsilon约束精确算法和带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)分别求解小规模和大规模算例的Pareto最优解集,所得结果验证了模型和算法的正确性与有效性。通过潮汐周期灵敏度分析评估了潮汐周期长度对岸桥工作效率和港口服务质量的影响。仿真结果表明,建立的优化模型能够帮助港口企业有效降低潮汐对生产作业的影响,同时提供一组高效的Pareto最优泊位岸桥调度方案提高工作效率和经济效益。     

基于蚁群算法的泊位调度优化与仿真

在全球贸易经济聚焦在中国的同时,港口的吞吐能力成为目前港口业的主要矛盾。提高泊位这个环节的运作能力,减少船舶在港时间,增加港口的吞吐能力成为主要研究对象。本文采取仿真模型与优化算法相结合的研究方法,把泊位调度问题转化为旅行商问题,建立了一个泊位岸桥协调调度,通过蚁群算法建立数学模型,使船舶在港时间最短为目标建立函数,求得最佳调度方案。用ProModel建立船舶到港停泊及离港仿真模型。验证泊位调度优化的有效性,以便指导港口实际的泊位调度。     

多目标约束处理方法求解泊位岸桥联合分配问题

为了制定合理高效的泊位岸桥联合分配方案,加快船舶周转,本文针对船舶动态到港的连续泊位建立了以船舶总在港时间最短为目标的泊位岸桥联合分配混合整数非线性模型.通过多目标约束处理策略将复杂约束的违反程度转化为另一个目标,从而将原单目标优化模型转化为双目标优化模型,并用基于快速非支配排序的多目标遗传算法(NSGA-II)对其进行求解.同时,针对问题特点,分别设计了基于调整、惩罚函数、可行解优先和综合约束处理策略的单目标遗传算法对原模型进行求解.通过多组不同规模的标准算例对本文的方法进行测试,验证了基于多目标约束处理策略的方法求解效果相较于单目标约束处理策略的方法更加高效和稳定.     

基于改进遗传算法的泊位岸桥协调调度优化

针对集装箱码头资源调度不合理造成资源浪费的问题,在考虑岸桥装卸成本的基础上,以在港集装箱船总的作业成本最小为优化目标,建立了基于非线性混合整数规划的泊位岸桥协调调度优化模型。为使模型更加接近码头操作的实际情况,模型假设船舶装卸时间依赖于为其分配的岸桥数。采用基于可拓关联函数的改进遗传算法对模型进行求解。改进算法强调了不可行解的重要性,用可拓关联度来衡量种群中不可行解的优劣程度,通过在种群迭代中始终保持一定数量的不可行解来维持种群多样性,从而克服传统算法局部搜索能力较差的缺陷。数值实验验证了模型和算法的可行性和有效性,与不考虑岸桥装卸成本的模型相比,能够有效减少港口资源的浪费。     

自动化码头双小车岸桥与AGV协调调度问题研究

为研究自动化集装箱码头中自动导引运输车（Automated Guided Vehicle，AGV）与双小车岸桥（Double-Trolley Quay Crane，QC）的协调调度问题，考虑双小车岸桥中转平台及其容量限制，并以双小车岸桥门架小车时间窗为约束，建立以集装箱任务最大完工时间最小化为目标的混合整数规划模型。设计启发式算法，由中转平台的容量求得岸桥门架小车操作集装箱任务的时间窗，并采用遗传算法进行求解，给出相应的AGV调度优化方案，解决两大设备的协调调度问题。最后，以10组实验为例，比较了遗传算法与粒子群算法的优化结果。结果表明两种算法一致，且基于遗传算法的模型求解收敛速度更快，从而验证了该算法的可行性。     

An Integrated Quay Crane Assignment and Scheduling Problem

As maritime container transport is developing rapidly, the need arises for efficient operations at container terminals. One of the most important determinants of container handling efficiency is the productivity of quay cranes, which are responsible for unloading and loading operations for container vessels. For this reason, the Quay Crane Assignment Problem (QCAP) and the Quay Crane Scheduling Problem (QCSP) have received increasing attention in the literature and the present paper deals with the integration of these interrelated problems. A formulation is developed for the Quay Crane Assignment and Scheduling Problem (QCASP), which accounts for crane positioning conditions and a Genetic Algorithm (GA) is developed to solve the QCASP. Both the model formulation and the solution methodology are presented in detail and computational analysis is conducted in order to evaluate the performance of the proposed GA. The results obtained from the GA are compared with the results from an exact technique, thus providing complete information about the performance of the heuristic in terms of solution quality.     

时间窗下单船岸桥调度——基于数学规划和规则的启发式算法

在考虑任务属性中的任务优先顺序和不可同时执行要求,岸桥属性中的岸桥时间窗、转移时间、初始位置、安全距离和装卸速度等因素下,以单艘船舶的最短岸桥作业时间为目标函数,建立单艘船舶岸桥调度的混合整数线性模型P1。计算数据采集于宁波某集装箱港口,通过简化模型P2求解岸桥调度模型P1的下限边界值和排程数据,在此基础上,运用基于规则的启发式算法求解模型P1的岸桥调度时序表。计算结果表示本组合算法能较好地得到满意解,而且比较符合港口实际。     

The Quay Crane Scheduling Problem

The recent growth in worldwide container terminals’ traffic resulted in a crucial need for optimization models to manage the seaside operations and resources. Along with the recent increase in ship size and the container volume, the advancements in the field of Quay Crane Scheduling introduced the need for new modeling approaches. This is the motivation behind the current paper, which focuses on developing a novel yet simple formulation to address the Quay Crane Scheduling Problem (QCSP). The objective of the problem is to determine the sequence of discharge operations of a vessel that a set number of quay cranes will perform so that the completion time of the operations is minimized. The major contribution is attributed to the way that minimization is performed, which is by minimizing the differences between the container loads stacked over a number of bays and by maintaining a balanced load across the bays. Furthermore, important considerations are taken into account, such as the bidirectional movement of cranes and the ability to travel between bays even before completion of all container tasks. These realistic assumptions usually increase model complexity; however, in the current work this is offset by the novel simple objective. This paper presents a mixed-integer programming (MIP) formulation for the problem, which has been validated through multiple test runs with different parameters. Results demonstrate that the problem is solved extremely efficiently, especially for small problem sizes.     

自动化码头考虑缓冲区的设备协调调度优化

为研究自动化码头缓冲区的设置对装卸设备作业协调性的影响,针对“双小车岸桥+AGV+缓冲支架+自动化轨道吊”的装卸工艺,利用缓冲有限的柔性流水车间调度理论建立集成调度优化模型,设计了以NEH启发式算法产生初始解的遗传算法对模型进行求解,得出相应的设备调度优化方案与完工时间,并通过对比遗传算法与粒子群算法的运算结果验证了提出的模型与算法的有效性,进而分析了不同缓存区容量对完工时间以及设备使用率的影响。结果表明,设置缓冲区能有效提高不同设备之间的作业协调性,显著减少AGV的使用数量与作业完工时间。     

基于改进WNN的城市轨道交通客流量预测

针对城市轨道交通短时客流量预测问题,提出了一种基于自适应[t]分布变异的蝙蝠算法（ATM-BA）优化的小波神经网络（WNN）预测模型（ATM-BA-WNN）。在基本蝙蝠算法（BA）中引入带有线性递减控制因子的自适应[t]分布变异,使其具有变异机制,能够跳出早熟收敛。并将ATM-BA与WNN两者相互耦合,利用ATM-BA优化WNN的参数配置,进而提高WNN的预测精度。运用ATM-BA-WNN模型对郑州地铁1号线短时客流量进行预测,并与传统的WNN预测模型、BA优化的WNN（BA-WNN）预测模型以及支持向量机（SVM）预测模型进行比较。仿真结果表明,相较于其他3种模型,所建预测模型预测精度最高,拟合能力更强,误差最小,从而证明了该模型在短时客流量预测领域的可行性及优越性。     

A GRASP-based metaheuristic for the Berth Allocation Problem and the Quay Crane Assignment Problem by managing vessel cargo holds

Container terminals are open systems that generally serve as a transshipment zone between vessels and land vehicles. These terminals carry out a large number of planning and scheduling tasks. In this paper, we consider the problem of scheduling a number of incoming vessels by assigning a berthing position, a berthing time, and a number of Quay Cranes to each vessel. This problem is known as the Berth Allocation Problem and the Quay Crane Assignment Problem. Holds of vessels are also managed in order to obtain a more realistic approach. Our aim is to minimize the total waiting time elapsed to serve all these vessels. In this paper, we deal with the above problems and propose an innovative metaheuristic approach. The results are compared against other allocation methods.     

A heuristic for the quay crane scheduling problem based on contiguous bay crane operations

Quay cranes (QC) are key resources at container terminals, and the efficiency of QC operations is vital for terminal productivity. The Quay Crane Scheduling Problem (QCSP) is to schedule the work activities for a set of cranes assigned to a single berthed vessel with the objective of minimizing the completion time of all container handling tasks. The problem is complicated by special characteristics of QC operations. Considering QC moving time and interference constraints, the concept of contiguous bay operations is proposed and a heuristic is developed to generate QC schedules with this feature. The heuristic is efficient and effective: it has polynomial computational complexity, and it produces schedules with a completion time objective bounded above by a small increment over the optimal completion time. Importantly, the heuristic guarantees that no quay cranes are idle due to interference. Numerical experiments demonstrate that the optimality gap is small for practical instances.     

混堆集装箱箱区内场桥调度模型与算法

在混堆模式下的集装箱港口中,场桥（YC）调度是否合理直接影响着堆场的作业效率。考虑到混堆箱区内各任务对应的内集卡或外集卡到达时刻的不同,以及内外集卡优先级别的差异,构建了一个以所有集卡的等待成本和场桥的总移动成本最小为目标的场桥调度（YCS）模型,并设计了对应的遗传算法,给出了相应遗传算子的操作规则,通过算例的求解验证了模型与算法的有效性。     

基于能量的无标度网络模型的研究

近年来复杂网络成为一个新兴的研究课题,复杂网络研究对于理解复杂系统的结构和行为至关重要。研究发现很多复杂系统均具有无标度特性。针对BA模型仅关注节点年龄对网络拓扑结构的影响,提出了一种基于能量的无标度网络模型（EBSFN）。仿真结果表明,提出的EBSFN模型较之BA演化模型,具有更好的幂律分布和稳定性。