CN104555473B - 整体规划和控制集装箱码头中集装箱流操作的系统及方法 - Google Patents

整体规划和控制集装箱码头中集装箱流操作的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于整体规划和控制集装箱码头中集装箱箱流操作的系统及方法。公开了一种用于自动地规划和控制例如位于港口处的那些大规模集装箱码头海运集装箱运输和存储码头中的集装箱箱流操作的系统及方法。该系统及方法预先在多个不同的时间窗口中以整体的方式自动地调度集装箱码头的操作，其中，在最前范围时间窗口、候选范围时间窗口以及邻近范围时间窗口中调度操作。

Description

整体规划和控制集装箱码头中集装箱流操作的系统及方法
技术领域
本发明大体上涉及例如位于港口处的那些海运集装箱运输和存储码头，在海运集装箱运输和存储码头处，货物在远洋船舶与陆地运输例如货车和火车之间被转移，并且更具体地，涉及用于自动规划和控制大规模的集装箱码头中的集装箱箱流操作的系统及方法。
背景技术
未被陆地连接的国家之间的商品的进口和出口通过海洋运输来实现，海洋运输还被用作更适合海洋运输而不是陆地运输的同一国家中的区域之间的运输的优选方式，港口处的船舶与港口处的陆地运输之间的接合点在大海运集装箱运输与存储码头处来实现。大多数商品被装进符合一个或更多个国际标准组织(“ISO”)标准尺寸的大集装箱中并被运输，所有集装箱具有八英尺的标准宽度，绝大多数这样的集装箱是二十英尺长的集装箱(一个“二十英尺标准单位”，或TEU)或者四十英尺长的集装箱(两个TEU)。一些这样的集装箱针对其经常运输的具体货物而被专门定制，例如，用于易腐商品的冷藏集装箱、用于液体的罐式集装箱以及用于运输机动车辆的汽车集装箱。
这样的标准化集装箱由大集装箱运输船舶在海洋中运输并且由货车或火车在陆地上运输。鉴于国际海洋海运和国内海洋海运的量级，要理解的是，位于港口处的大海运集装箱运输和存储码头的大小和规模是很大的，大量的海运集装箱通过船舶、货车和火车到达这样的海运集装箱运输和存储码头。虽然海运集装箱中的一些海运集装箱将会通过海运集装箱运输和存储码头被快速地转移，但是其他的海运集装箱在其到达上述码头至其离开所述码头之前必须暂时存储一段时间。
大海运集装箱运输和存储集装箱码头可以认为具有三个基本要素：近水侧港口接合点，在滨水侧港口接合点处，海运集装箱在港口处被装载到船舶上并从船舶上卸载；近陆侧陆地运输接合点，在近陆侧陆地运输接合点处，海运集装箱被装载到货车和火车上或者从货车和货车上卸载；以及位于港口接合点与陆地运输接合点之间的海运集装箱运输和存储区域或场地(也已知为甲板)。在这一点，这样的集装箱码头可以认为是具有装载/卸载子系统、转移子系统、存储子系统以及接收/传送子系统的系统。
海运集装箱运输和存储区域包括多个集装箱堆叠区(yard block)，多个集装箱堆叠区中的每个集装箱堆叠区包括按照纵向方向暂时存储在集装箱堆叠区中的大量的海运集装箱。这样的集装箱堆叠区可以为例如约四十个存储集装箱长、八个存储集装箱宽，并且存储集装箱可以被堆叠至五个存储集装箱高。每个集装箱堆叠区通常由有时被称为自动化轨道式龙门起重机(“ARMG’s”)的两个自动堆垛起重机(“ABC’s”)服务，即，近水侧堆垛起重机和近陆侧堆垛起重机，上述两个自动堆垛起重机在位于集装箱堆叠区的相反侧的轨道上移动，并且可以在港口接合点与陆地运输接合点之间运输和存储集装箱。例如，也可以使用其他类型的ARMG’s，例如交叉ARMG’s。
港口接合点包括港岸起重机(“QC’s”，包括具有自动入口悬挂式小车(portaltrolley)的港岸起重机以及具有半自动主悬挂式小车的港岸起重机)和自动水平运输系统(“AHT”)，港岸起重机在港口处将存储集装箱装载到船舶上并且将存储集装箱从船舶上卸载下来，自动水平运输系统(“AHT”)在港岸起重机与集装箱堆叠区的港口端部之间运输集装箱。自动水平运输系统包括可以运输或者一个或者两个存储集装箱的自动车辆例如自动往返搬运器(“ASH’s”)和自动导引车辆(“AGV’s”)以及用于海运集装箱运输和存储码头的其他类型的自动车辆。陆地运输接合点包括位于集装箱堆叠区的陆地运输端部的货车门和装载区以及火车装载区和在港岸起重机与火车装载区之间运输集装箱的自动水平运输系统。自动水平运输系统是用于在点到点的短距离之间往返运送集装箱的机器人操作的、无人驾驶车辆。
如可以期望的那样，多次试图促进这样的大海运集装箱运输和存储码头的操作。例如，Ward等人在美国专利第7,972,102号中提供了对自动堆垛起重机和自动水平运输系统的操作的良好的总体描述，并且Amoss等人在美国专利第8,118,534号中提供了对港岸起重机的操作的良好的描述。从而，美国专利第7,972,102号和美国专利第8,118,534号通过引用其全部内容而并入本文中。用作大海运集装箱运输和存储码头的构建和操作的背景的其他专利是Zanovello等人的美国专利第8,376,658号、Buzzoni等人的美国专利第8,306,649号、De Jong等人的美国专利第8,225,946号、Tian的美国专利第8,087,867号、Jung的美国专利第7,547,173号、Fantuzzi的美国专利第5,951,219号以及Brickner等人的美国专利第4,973,219号，从而，所有这七个专利通过引用其全部内容而并入本文中。
大海运集装箱运输和存储码头中的集装箱箱流操作遍及近水侧、场地和近陆侧，并且可以在场地和水平运输系统是机器人操作的情况下是自动的(机器人操作)，在场地是机器人操作的而水平运输系统是手动操作的(由驾驶员操作的)情况下是半自动的(机器操作但是存在观察每个机器操作的部件的操作员)，或者在由机器进行一些操作(处理自动化、货物处理设备(“CHE”)以及集装箱位置和标识检测)而由操作员主动控制每个操作并且遵循经由无线电数据终端(“RDT”)装置自动分派的命令的情况下是部分自动的。当前的最先进的海运集装箱和存储码头操作实际上独立地控制这样的处理，由于操作的间歇性质和变化性质以及不能从最后时刻的优化时机中获益，所以对大多数这样的处理不存在任何明显程度的预先规划并且也不具有实时改变计划的能力。
本发明背景部分中讨论的主题不应当仅由于在发明背景部分中提及而被认为是现有技术。类似地，本发明背景部分的中提及的问题或者与本发明背景部分的主题相关联的问题不应当被认为在现有技术中被预先认识到。本发明背景部分中的主题仅表示不同的方法，该方法本身也可以是发明。
发明内容
本发明支持一种用于管理海运集装箱运输和存储码头的操作的系统及方法，所述系统和方法展示了集装箱箱流操作的完整的总体规划和控制，同时将用于涉及的所有的关键集装箱箱流子处理的步骤的预先规划步骤和实时操作调度步骤进行无缝组合，并且还促进并改进每个潜在的处理中的现存方法和实践。这基于下述实现：海运集装箱运输和存储码头实际上比之前相信的更具有预测性，并且因此比在实际执行的一个小时至两个小时以前的事件范围的当前的海运集装箱运输和存储码头操作可能具有更显著的可调度性。本发明的完整集装箱码头流程规划和控制系统及方法的调度功能可以被认为确定并优化规划(驶入和驶出的集装箱)与整个处理的整体执行之间的差距。
本发明的完整的集装箱码头流程规划和控制系统及方法提供了关键规划和控制处理的紧凑且整体的集成，包括支持本发明所需要的船舶、货车和轨道规划，实时集装箱甲板位置分配以及集装箱处理设备控制。如此，本发明的完整集装箱码头流程规划和控制系统及方法使下述操作受到人类分派员和计划者的更少的影响：完全自动的机器人操作，以及根据需要在机器处存在人类操作员的部分自动的远程半自动机器操作(并且有时由预先存在的劳动合同规定)。
在系统实施例中，提供一种用于规划和控制下述集装箱码头中的集装箱箱流操作的系统，该集装箱码头具有：至少一个集装箱堆叠区，该至少一个集装箱堆叠区适于存储集装箱，每个集装箱堆叠区在集装箱堆叠区的港岸侧与集装箱堆叠区的陆地运输侧之间延伸；每个集装箱堆叠区具有两个自动堆垛起重机，两个自动堆垛起重机位于轨道上，适于使自动堆垛起重机能够在每个集装箱堆叠区的港岸侧与陆地运输侧之间行驶，自动堆垛起重机适于在每个集装箱堆叠区中的港岸侧与陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在每个集装箱堆叠区中；至少一个港岸起重机，该至少一个港岸起重机适于将集装箱转移到船舶上或将集装箱从船舶上转移走；多个自动车辆，该多个自动车辆适于在至少一个集装箱堆叠区的港岸侧与港岸起重机之间以及在至少一个集装箱堆叠区的陆地运输侧与轨道运输系统之间运输集装箱；其中，规划和控制系统包括：至少一个处理器装置；第一数据库，该第一数据库适于存储与存储在至少一个集装箱堆叠区中的集装箱中的每个集装箱的标识和位置有关的信息；第二数据库，该第二数据库适于存储与到达集装箱码头的集装箱有关的信息；第三数据库，该第三数据库适于存储与从集装箱码头离开的集装箱有关的信息；自动整体调度器，该自动整体调度器操作地连接至第一数据库、第二数据库和第三数据库，并且适于从第一数据库、第二数据库和第三数据库获得信息，自动整体调度器还适于：指引每个港岸起重机的顺序操作以将集装箱转移到船舶上或者将集装箱从船舶上转移走，指引堆垛起重机的顺序操作以在每个集装箱堆叠区的港岸侧与陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在至少一个集装箱堆叠区中，以及指引自动车辆的顺序操作以在至少一个集装箱堆叠区的港岸侧与港岸起重机之间以及在至少一个集装箱堆叠区的陆地运输侧与轨道运输系统之间运输集装箱；其中，自动整体调度器被布置成预先在至少三个不同的时间窗口中按照从最长的时间窗口到最短的时间窗口的顺序自动地调度集装箱码头的操作，该操作包括：在最前范围时间窗口中的第一组操作；在候选范围时间窗口中的第二组操作；以及在邻近范围时间窗口中的第三组操作；并且其中，至少一个处理器装置操作地连接至第一数据库、第二数据库、第三数据库和自动整体调度器中至少之一。
在另一个系统实施例中，提供一种用于规划和控制下述集装箱码头中的集装箱箱流操作的系统，该集装箱码头具有：至少一个集装箱堆叠区，该至少一个集装箱堆叠区适于存储集装箱，每个集装箱堆叠区在集装箱堆叠区的港岸侧与集装箱堆叠区的陆地运输侧之间延伸；每个集装箱堆叠区具有两个自动堆垛起重机，两个自动堆垛起重机位于轨道上，适于使自动堆垛起重机能够在每个集装箱堆叠区的港岸侧与陆地运输侧之间行驶，自动堆垛起重机适于在每个集装箱堆叠区中的港岸侧与陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在每个集装箱堆叠区中；至少一个港岸起重机，该至少一个港岸起重机适于将集装箱转移到船舶上或将集装箱从船舶上转移走；以及多个自动车辆，该多个自动车辆适于在至少一个集装箱堆叠区的港岸侧与港岸起重机之间以及在至少一个集装箱堆叠区的陆地运输侧与轨道运输系统之间运输集装箱；其中，规划和控制系统包括：至少一个处理器装置；第一数据库，该第一数据库适于存储与存储在至少一个集装箱堆叠区中的集装箱中的每个集装箱的标识和位置有关的信息；第二数据库，该第二数据库适于存储与到达集装箱码头的集装箱有关的信息；第三数据库，该第三数据库适于存储与从集装箱码头离开的集装箱有关的信息；港岸起重机调度模块，该港岸起重机调度模块被布置成指引每个港岸起重机的顺序操作以将集装箱转移到船舶上或者将集装箱从船舶上转移走；堆垛起重机调度模块，该堆垛起重机调度模块被布置成指引堆垛起重机的顺序操作以在每个集装箱堆叠区的港岸侧与陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在至少一个集装箱堆叠区中；水平运输系统调度模块，该水平运输系统调度模块被布置成指引自动车辆的顺序操作以在至少一个集装箱堆叠区的港岸侧与港岸起重机之间以及在至少一个集装箱堆叠区的陆地运输侧与轨道运输系统之间运输集装箱；整体调度模块，该整体调度模块操作地连接至第一数据库、第二数据库和第三数据库并且适于从第一数据库、第二数据库和第三数据库获得信息，该整体调度模块还适于指引港岸起重机调度模块、堆垛起重机调度模块以及水平运输系统调度模块的操作；其中，该整体调度模块被布置成预先在至少三个不同的时间窗口中按照从最长的时间窗口到最短的时间窗口的顺序自动地调度集装箱码头的操作，该操作包括：在最前范围时间窗口中的第一组操作；在候选范围时间窗口中的第二组操作；以及在邻近范围时间窗口中的第三组操作；并且其中，至少一个处理器装置操作地连接至第一数据库、第二数据库、第三数据库、港岸起重机调度模块、堆垛起重机调度模块、水平运输系统调度模块和整体调度模块中至少之一。
在又一系统实施例中，提供一种用于规划和控制下述集装箱码头中的集装箱箱流操作的系统，该集装箱码头具有：集装箱堆叠区，该集装箱堆叠区适于存储集装箱，该集装箱堆叠区在集装箱堆叠区的港岸侧与集装箱堆叠区的陆地运输侧之间延伸；两个自动堆垛起重机，两个自动堆垛起重机位于轨道上，适于使自动堆垛起重机能够在每个集装箱堆叠区的港岸侧与陆地运输侧之间行驶以及适于在集装箱堆叠区的港岸侧与陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在集装箱堆叠区中；港岸起重机，该港岸起重机适于将集装箱转移至船舶上或将集装箱从船舶上转移走；以及自动车辆，该自动车辆适于在集装箱堆叠区的港岸侧与港岸起重机之间以及在集装箱堆叠区的陆地运输侧与轨道运输系统之间运输集装箱；其中，规划和控制系统包括：处理器装置；至少一个数据库，该至少一个数据库适于存储下述信息：与存储在至少一个集装箱堆叠区中的集装箱中的每个集装箱的标识和位置有关的信息、与到达集装箱码头的集装箱有关的信息以及与从集装箱码头离开的集装箱有关的信息；以及自动整体调度器，该自动整体调度器适于：指引港岸起重机的顺序操作以将集装箱转移到船舶上或者将集装箱从船舶上转移走；堆垛起重机在集装箱堆叠区的港岸侧与陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在集装箱堆叠区中；以及自动车辆在集装箱堆叠区的港岸侧与港岸起重机之间以及在集装箱堆叠区的陆地运输侧与轨道运输系统之间运输集装箱，其中，自动整体调度器操作地连接至第一数据库、第二数据库和第三数据库，并且其中，自动整体调度器适于在至少三个时间窗口中自动调度集装箱码头的操作；并且其中，处理器装置操作地连接至第一数据库、第二数据库、第三数据库和自动整体调度器中至少之一。
在方法实施例中，一种用于规划和控制集装箱码头中的集装箱箱流操作的方法包括：在第一数据库中存储与存储在至少一个集装箱堆叠区中的多个集装箱中的每个集装箱的标识和位置有关的信息，其中，至少一个集装箱堆叠区适于存储集装箱，并且其中，每个集装箱堆叠区在集装箱堆叠区的港岸侧与集装箱堆叠区的陆地运输侧之间延伸；在第二数据库中存储与到达集装箱码头的集装箱有关的信息；在第三数据库中存储与从集装箱码头离开的集装箱的信息；利用港岸起重机调度模块指引至少一个港岸起重机的顺序操作以将集装箱转移至船舶上或者将集装箱从船舶上转移走，其中，每个港岸起重机适于将集装箱转移到船舶上或者将集装箱从船舶上转移走；利用堆垛起重机调度模块指引多个堆垛起重机的顺序操作以在每个集装箱堆叠区的港岸侧与陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在至少一个集装箱堆叠区中，其中，每个集装箱堆叠区具有两个自动堆垛起重机，两个自动堆垛起重机位于轨道上，适于使自动堆垛起重机在每个集装箱堆叠区的港岸侧与陆地运输侧之间行驶，并且其中，自动堆垛起重机适于在每个集装箱堆叠区的港岸侧与陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在每个集装箱堆叠区中；利用水平运输系统调度模块指引多个自动车辆的顺序操作，自动车辆适于在至少一个集装箱堆叠区的港岸侧与港岸起重机之间以及在至少一个集装箱堆叠区的陆地运输侧与轨道运输系统之间运输集装箱；从第一数据库、第二数据库和第三数据库获得信息并且利整体调度模块指引港岸起重机调度模块、堆垛起重机调度模块和水平运输系统调度模块的操作；预先在至少三个不同的时间窗口中按照从最长的时间窗口到最短的时间窗口的顺序自动调度集装箱码头的操作，该操作包括：在最前范围时间窗口中的第一组操作；在候选范围时间窗口中的第二组操作；以及在邻近范围时间窗口中的第三组操作；并且其中，至少一个处理器装置操作地连接至第一数据库、第二数据库、第三数据库、港岸起重机调度模块、堆垛起重机调度模块、水平运输系统调度模块和整体调度模块中至少之一。
本发明的完整集装箱码头流程规划和控制系统及方法提供了自动规划和控制集装箱码头中的集装箱箱流操作的系统及方法。本发明的完整集装箱码头流程规划和控制系统及方法在实际执行集装箱移动之前的多个时间段中整体地进行规划和控制。最后，本发明的完整集装箱码头流程规划和控制系统及方法在不引起任何实质性相关缺点的情况下实现了许多优点。
附图说明
参照附图能最好的理解本发明的这些及其他优点，在附图中：
图1是位于远洋船舶与货车和火车陆地运输之间的示例性海运集装箱运输和存储码头的一部分的简化示意性平面视图；
图2是图1中所示的海运集装箱运输和存储码头的一部分的等距视图，示出了位于集装箱堆叠区的港岸侧以用于将集装箱存储在海运集装箱运输和存储码头中的自动堆垛起重机；
图3是图1中所示的海运集装箱运输和存储码头的一部分的等距视图，示出了在船舶与自动水平运输系统之间移动海运集装箱的港岸起重机；
图4是图1中所示的海运集装箱运输和存储码头的一部分的等距视图，示出了在海运集装箱运输和存储码头的港岸起重机与港岸侧之间移动的自动水平运输系统；
图5是图1中所示的海运集装箱运输和存储码头的一部分的等距视图，示出了将货物转移至自动堆垛起重机或者接收从自动堆垛起重机转移的货物以用于将集装箱存储在海运集装箱运输和存储码头中，自动堆垛起重机处于位于集装箱堆叠区的陆地转移侧的货车和火车转移车道上。
图6是示出了图1中所示的海运集装箱运输和存储码头的一部分以及图2至图5中所示的各种元件的示意性侧视图，示意性地示出了在由自动堆垛起重机服务的船舶、存储区域与货车和火车转移区域之间的货物的自动转移；
图7是示出了将货物集装箱通过自动水平运输系统从由自动堆垛起重机服务的集装箱堆叠区转移到港岸起重机并且随后被装载到船舶上的示意性平面视图；
图8是示出了由自动水平运输系统将使用自动堆垛起重机从船舶上卸载的货物集装箱转移到由自动堆垛起重机服务的存储区域的示意性平面视图；
图9是示出了可以由本发明的完整集装箱码头箱流规划和控制系统及方法使用以操作图1至图8中所示的海运集装箱运输和存储码头的示例性系统的概述的示意性框图；
图10是示出了可以由图9中所示的完整集装箱码头箱流规划和控制系统及方法使用以操作图1至图8中所示的海运集装箱运输和存储码头的整体调度处理的概述的示意性框图；
图11是示出了由图1中所示的完整集装箱码头箱流规划和控制系统及方法的自动整体调度器进行的整体调度的概念的高级流程图；
图12是示出了到图10中所示的示意性框图的整体调度模块的示例性部件的输入的示意性框图；
图13是示出了由图11中所示的高级流程图的最前范围堆垛起重机调度步骤和工作点操作规划和集装箱作业铺放步骤进行的示例性操作的更详细的流程图；
图14是示出了由图11中所示的高级流程图的候选范围整体调度步骤进行的示例性操作的更详细的流程图；
图15是示出了由图11中所示的高级流程图的邻近范围水平运输系统调度步骤进行的示例性操作的更详细的流程图；以及
图16是示出了由图11中所示的高级流程图的邻近范围堆垛起重机调度步骤进行的示例性操作的更详细的流程图。
具体实施方式
在对本发明的完整集装箱码头流程规划和控制系统及方法的创建和操作进行讨论之前，有用的是，对由完整集装箱码头流程规划和控制系统操作的各种部件进行简要的讨论。首先，参照图1，在简化的平面视图中描绘了集装箱码头40的一部分。位于图1的中心的是由如图1中所示的从左向右延伸的附图标记42大体上指示的多个集装箱堆叠区。
集装箱堆叠区42各自位于一对轨道44之间，每个集装箱堆叠区42对位于轨道之间的大量的集装箱46提供空间。例如，集装箱46可以被放置在十个宽且五或六个高的纵向阵列中，限制集装箱46的数量的集装箱堆叠区42的长度是单个集装箱堆叠区42。该配置将使用端式装载自动堆垛起重机(下面将要讨论)并且可以被认为是垂直配置。集装箱堆叠区42中的每个集装箱堆叠区42具有在一对轨道44上行驶的一对自动堆垛起重机48。
集装箱堆叠区42位于陆地转移侧的货车/火车转移车道50(在图1中的集装箱堆叠区42的左侧示出)与港岸侧的转移车道52(在图1中的集装箱堆叠区42的右侧示出)之间。集装箱堆叠区42包括冷藏货架54、与货车/火车转移车道50相邻的进口存储区56以及与转移车道52相邻的出口存储区58。位于货车/火车转移车道50的与集装箱堆叠区42相对的侧的是排队空间60。
冷藏货架54用于存储冷藏集装箱46(其需要电源以保持冷却)。进口存储区56一般用于暂时存储从货车62或火车64到达集装箱码头40的集装箱46。出口存储区58一般用于暂时存储从船舶66到达集装箱码头40的集装箱46。
此外，许多自动水平运输系统68用在转移车道52以及在货车/火车转移车道50与火车64中间的排队空间60的一部分二者中。自动水平运输系统68是起满足码头货车的作用的移动平台。集装箱46与自动堆垛起重机48在转移中的交换可以同步和/或不同步(使用货架或直接转移或使用二者)，并且集装箱46与港岸起重机70的交换总是同步。自动水平运输系统68各自具有其自带的导航系统，虽然用于集装箱码头40的控制系统管理自动水平运输系统68的整队的运输量。
转移车道52中的自动水平运输系统68用于在自动堆垛起重机48与港岸起重机70之间转移集装箱46，自动堆垛起重机48位于集装箱堆叠区42的港岸侧，港岸起重机70将集装箱46装载到船舶66上并且将集装箱从船舶66上卸载。排队空间60中的自动水平运输系统68用于在位于集装箱堆叠区42的陆地运输侧的自动堆垛起重机48与火车64之间转移集装箱46。虽然在图1中未示出，但是位于火车64附近的起重机可以用于将集装箱46装载到火车64上并且将集装箱46从火车64上卸载。货车62通过一系列编号门72被允许进入排队空间60以及离开排队空间60。
接下来，参考图2，各自位于一对轨道44上的集装箱堆叠区42中的两个集装箱堆叠区42被示出位于集装箱堆叠区42的港岸侧附近。要理解的是，要被转移至船舶66(图1中所示)的集装箱46被从集装箱堆叠区42带到转移车道52(也在图1中示出)，在转移车道52处，集装箱46被自动水平运输系统68(也在图1中示出)拾起并转移至港岸起重机70(也在图1中示出)。同样地，要理解的是，要从船舶66转移的集装箱46被自动水平运输系统68从港岸起重机70带到位于集装箱堆叠区42的港岸侧的转移车道52，在转移车道52处，集装箱46将被自动堆垛起重机48拾起。
现在，参考图3，港岸起重机70用于在与集装箱堆叠区42(图1和图2中均示出)的港岸侧相邻的转移车道52与船舶66之间转移集装箱46。港岸起重机70包括用于在船舶66与港岸起重机70上的升降平台82之间移动集装箱46的主悬挂式起重小车(trolley and hoist)80。港岸起重机70还包括用于在港岸起重机70的升降平台与位于转移车道52(图1中所示)中的自动水平运输系统68之间移动集装箱46的入口悬挂式起重小车84。
主悬挂式起重小车80通常是半自动悬挂式小车，其中，港岸起重机驾驶员针对第一次移动经过船舶66的港湾来校准主悬挂式起重小车80，随后移动到由主悬挂式起重小车80自动驱动的同一载重堆。集装箱46可以通过入口悬挂式起重小车84和自动水平运输系统68来自动转移。主悬挂式起重小车80和入口悬挂式起重小车84可以被一起操作以在船舶66与自动水平运输系统68之间自动移动集装箱46。
港岸起重机70也可以具有自动光学特征识别(“OCR”)组件86以自动读取集装箱编号，并且可能地，当集装箱被放置在升降平台82上时读取位于集装箱46上的其他信息。可选择地，人也可以根据需要被部署在升降平台82处的港岸起重机70上或者被部署在另外的位置。另外地，OCR处理也可以在下述情况下发生：通过将OCR读取器安装在主悬挂式起重小车80或者升降平台82的升降部分来由主悬挂式起重小车80或升降平台82移动时。
接下来，参考图4，许多自动水平运输系统68被示出为在集装箱堆叠区42的港岸侧的港岸起重机70与自动堆垛起重机48之间运输集装箱46。示出的自动水平运输系统68是通常使用的1在1个上(一个集装箱在一个集装箱上升起)的自动往返搬运器(“ABC’s”)。虽然自动往返搬运器通常在自动堆垛起重机48与港岸起重机70交换区域之间搬运集装箱46，但是自动往返搬运器还可以根据需要直接管理1个高跨式类型(1-high straddle-type)堆叠区域。通常还使用的自动水平运输系统68是可以处理3个高(three-high)存储区域的1在2个上(一个集装箱在两个集装箱上升降)。他们还需要定期地进行与集装箱处理无关的驾驶，例如访问加油区和维修区，或者如果不被需要则到停车区。
现在，参考图5，示出了两辆货车62停在位于集装箱堆叠区42中的一个集装箱堆叠区42的陆地转移侧的排队空间60(图1中所示)中。位于该集装箱堆叠区42(图1中所示)的自动堆垛起重机48将用于从货车62卸载集装箱46或者将集装箱46装载到货车62上。人一般用于辅助将集装箱46最后装载到货车62上或者辅助从货车62升起集装箱46。虽然未在图5中示出，但要理解的是，自动水平运输系统68还用在集装箱堆叠区42的陆地转移侧以在自动堆垛起重机48与火车64(图1中所示)之间运输集装箱46。可选择地，自动水平运输系统68还用在集装箱堆叠区42的陆地转移侧以在自动堆垛起重机48与互换区域之间运输集装箱46，在互换区域中，货车62传送以及接收集装箱46。
接下来，参考图6，示出了集装箱在使用港岸起重机70的船舶、自动水平运输系统68、由自动堆垛起重机48服务的集装箱堆叠区42以及货车和火车转移区域之间转移的自动化程度。远程操作员可以用于(并且常常用于)操作港岸起重机70。
现在，参考图7和图8，分别示出了执行集装箱46从集装箱堆叠区42到船舶66以及集装箱46从船舶到集装箱堆叠区42的规划移动的示例。首先，除了图7之外，参考图1和图3，来自集装箱堆叠区42的集装箱46被按照五个步骤移动至船舶66。在第一步骤90中，集装箱46被从其在集装箱堆叠区42中的位置移动(使用自动堆垛起重机48(图1中所示))至集装箱堆叠区42的港岸侧的位置。在第二步骤92中，自动水平运输系统68被移动至集装箱46上方的位置来将集装箱46拾起以用于运输。
在第三步骤94中，自动水平运输系统68将集装箱46搬运到与港岸起重机70相邻的位置(其中，自动水平运输系统68将集装箱46放置在地面上，然后自动水平运输系统68离开)。在第四步骤96中，港岸起重机70的入口悬挂式起重小车84(图3中所示)拾起集装箱46并且将集装箱46放置在港岸起重机70的升降平台82(图3中所示)上。在第五步骤中，港岸起重机70的主悬挂式起重小车80(图3中所示)将集装箱46从升降平台82上拾起并且将集装箱46放置在船舶66上的所期望的位置。
现在，除了图8之外，参考图1和图3，船舶66上的集装箱46被按照五个步骤移动至集装箱堆叠区42中所期望的存储位置。在第一步骤100中，港岸起重机70的主悬挂式起重小车80(图3中所示)将集装箱46从其在船舶66上的位置拾起并且将集装箱46放置在港岸起重机70的升降平台82(图3中所示)上。在第二步骤102中，港岸起重机70的入口悬挂式起重小车84(图3中所示)将集装箱46从升降平台82拾起并且将集装箱46放置在与港岸起重机70相邻的地面上的位置。
在第三步骤104中，自动水平运输系统68被移动至集装箱46上方的位置来拾起集装箱以用于运输。在第四步骤104中，自动水平运输系统68将集装箱46搬运到位于集装箱堆叠区42的港岸侧的位置。在第五步骤108中，集装箱46被从其位于集装箱堆叠区42的港岸侧的位置移动(使用自动堆垛起重机48(图1中所示))到集装箱堆叠区42中所期望的位置。
接下来，参考图9，由图1中的示意性框图方式中所示的系统提供了本发明的完整集装箱码头流程规划和控制系统及方法的示例性实施例，该示例性实施例示出了集装箱箱流规划和控制系统110及集装箱码头112的元件。集装箱码头112包括上面特别参考图1讨论的许多元件，包括自动堆垛起重机48、货车62、火车64、船舶66、自动水平运输系统68和港岸起重机70，以及下面要讨论的其他元件。完整集装箱码头流程规划和控制系统包括处理器单元114，各种系统硬件和系统模块操作地互连至该处理器单元114。处理器单元114经由网络服务器116连接至网络118，网络118将集装箱箱流规划和控制系统110操作地链接至集装箱码头112，并且网络118可以是有线的或无线的或者部分有线的或部分无线的。
程序数据库120操作地互连至处理器单元114以存储由集装箱箱流规划和控制系统110使用的未被存储在固件中的软件。存储器122也操作地互连至处理器单元114以存储由集装箱箱流规划和控制系统110使用的瞬态信息。输入装置124操作地互连至处理器单元114以对集装箱箱流规划和控制系统110提供操作员输入，并且输入装置124可以包括例如键盘和鼠标。显示器126也操作地互连至处理器单元114以由操作员使用。
集装箱箱流规划和控制系统110包括限定集装箱码头112的特征的若干部件，其中的每个部件操作地互连至处理器单元114。码头配置数据库128包括限定集装箱码头112的配置的信息，例如集装箱堆叠区42(图1中所示)的数目、大小和位置以及集装箱码头112的各种操作元件。集装箱位置数据库130包括关于存储在集装箱码头112中的每个集装箱46的标识和位置的信息。设备位置数据库132包括关于集装箱码头112中的每个部件的位置的信息，集装箱码头112中的部件包括自动堆垛起重机48、货车62、火车64、船舶66、自动水平运输系统68和港岸起重机70，以及用于在火车64与自动水平运输系统68之间转移集装箱46的任何轨道起重机134。
集装箱箱流规划和控制系统110还包括具有与驶入集装箱46和驶出集装箱46有关的信息的许多数据库，该许多数据库中的每个数据库操作地互连至处理器单元114。船舶驶入集装箱数据库136包括与在所有船舶66上驶入的所有的集装箱46有关的识别每个集装箱46以及每个船舶66上的该集装箱46的准确位置的信息。船舶驶出集装箱数据库138包括与在船舶66上驶出的所有的集装箱46有关的识别要放置在每个船舶66上的所有的集装箱46以及每个船舶66上的每个集装箱46的准确位置的信息。
轨道驶入集装箱数据库140包括与在所有的火车64上驶入的所有的集装箱46有关的识别每个集装箱46以及识别集装箱46在每个火车64上的准确位置的信息。轨道驶出集装箱数据库142包括与在火车64上驶出的所有的集装箱46有关的识别要放置在每个火车64上的所有的集装箱46以及每个火车64上的每个集装箱46的准确位置的信息。
货车驶入集装箱数据库144包括与在所有的货车62上驶入的所有的集装箱46有关的识别每个集装箱46以及识别集装箱46所位于的货车62的信息。货车驶出集装箱数据库146包括与在货车62上驶出的所有的集装箱46有关的识别要放置在所有的货车62上的所有的集装箱46以及识别集装箱46所要放置的货车62的信息。集装箱箱流规划和控制系统110的所有的数据库可以是单独的数据库或者包括在多个数据库中的所有的信息的一些信息可以包括在单个数据库中。
各自操作地互连至处理器单元114的许多控制器用于将操作指令经由网络服务器116和网络118提供给集装箱码头112的元件中的每个元件，包括：港岸起重机70、自动堆垛起重机48、自动水平运输系统68和船舶驶入集装箱数据库136。港岸起重机控制器148用于将操作指令提供给港岸起重机70。港岸侧码头水平运输系统控制器150用于将操作指令提供到自动水平运输系统68，自动水平运输系统68在集装箱堆叠区42(图1中所示)的港岸侧的转移车道52中工作。
自动堆垛起重机控制器152用于将操作指令提供至自动堆垛起重机48。陆地侧码头水平运输系统控制器154用于将操作指令提供给自动水平运输系统68，自动水平运输系统68在集装箱堆叠区42(图1中所示)的陆地侧的排队空间60中工作。轨道起重机控制器156用于将操作指令提供至轨道起重机134。
操作地互连至处理器单元114的转换通信模块158用于将通信从集装箱箱流规划和控制系统110经由网络服务器116和网络118传递至集装箱码头112中的任何操作员，通信包括指引货车62在集装箱码头112中的移动的货车通信160。最后，操作地互连至处理器单元114的自动整体调度器162用于控制图9中所示的集装箱箱流规划和控制系统110的所有的流程规划和各种控制系统元件。
现在，参考图10，示出了可以由自动整体调度器162(图9中所示)使用以用于规划和实现集装箱码头112(也在图9中示出)中的集装箱46的流程操作的概述。自动整体调度器162的中心是整体调度模块170，整体调度模块170如其名称所暗示的那样规划(调度)和控制(引导)在集装箱码头112中进行的所有的操作以及操作中的每个操作的具体时间。至少三个受控模块用于控制在集装箱码头112的操作中进行的不同类型的操作的原理。
操作地连接至整体调度模块170的堆垛起重机调度器模块172用于实现自动堆垛起重机48(图1中所示)的调度。操作的连接至整体调度模块170的港岸起重机调度器模块174用于实现港岸起重机70(也在图1中示出)的调度。操作地连接至整体调度模块170的水平运输系统调度器模块176用于实现自动水平运输系统68(也在图1中示出)的调度，以及用于协调货车62(也在图1中示出)、火车64(也在图1中示出)及轨道起重机134(在图9中所示)的移动。
堆垛起重机调度器模块172为自动堆垛起重机48提供一系列命令作为其输出，这在图10中被示出为堆垛起重机队列178。港岸起重机调度器模块174为港岸起重机70提供一系列命令作为其输出，这在图10中被示出为港岸起重机队列180。水平运输系统调度器模块176为自动水平运输系统68(以及对货车62、火车64和轨道起重机134)提供一系列命令作为其输出，这在图10中被示出为水平运输系统队列182。
此外，堆垛起重机调度器模块172、港岸起重机调度器模块174和水平运输系统调度器模块176提供队列信息以补充由整体调度模块170提供的一系列命令，这在图10中被示出为转移区队列184。转移区队列184由整体调度模块170按照下述方式来提供：整体地确保集装箱码头112的所有元件的所有移动按照使得不存在有害交互的方式进行并且可能按照时间上最有效的方式进行。
接下来，参考图11，管理图10的自动整体调度器162的操作的原理被以图形的形式示出为五个处理步骤，五个处理步骤中的四个处理步骤是调度处理步骤。五个步骤大体上按照其被执行的时间顺序从最先被执行的顶部处理步骤(或者预先最长的时间段的)到最后被执行的底部两个处理步骤(或者预先最短时间的)被示出。
第一处理步骤是工作点操作规划和集装箱作业铺放处理190。在该处理步骤中，初始船舶和轨道工作点操作(以及预期道路操作的初始想法)预先被规划并且集装箱铺放(decking)(集装箱46在集装箱堆叠区42中的位置和放置)也预先被规划。工作点操作规划和集装箱作业铺放处理190被预先约一个小时到一个半小时来进行。
接下来的四个步骤用于预先在三个不同的时间窗口中调度集装箱码头112中的操作，最后两个步骤在大约同一时间窗口期间被使用。第二处理步骤是在最前范围时间窗口中进行的最前范围堆垛起重机调度步骤192。在该处理步骤中，规划自动堆垛起重机48(图1中所示)和轨道起重机134(图9中所示)的操作以利用可以促进的潜在的内务处理和有利移动。最前范围堆垛起重机调度步骤192被预先在最前范围时间窗口中进行了大约三十分钟到大约一个小时。
第三处理步骤是在候选范围时间窗口中进行的候选范围整体调度步骤194。在该处理步骤中，对整个集装箱码头112的所有的操作的想法考虑到每个可能的移动对所有其他移动以及对集装箱码头112的整体的有效的操作的影响。候选范围整体调度步骤194被预先在最前范围时间窗口中进行了十分钟到大约三十分钟。
第四处理步骤是在邻近范围时间窗口中进行的邻近范围水平运输系统调度步骤196。在该处理步骤中，自动水平运输系统68的操作调度及分派连同在第五处理步骤(下面将描述)被同时调度的自动堆垛起重机48(图1中所示)和轨道起重机134(图9中所示)的操作一起被规划。邻近范围水平运输系统调度步骤196被预先在邻近范围时间窗口中进行了达到大约十分钟。
第五处理步骤是也在邻近范围时间窗口中进行的邻近范围堆垛起重机调度步骤198。在该处理步骤中，自动堆垛起重机48(图1中所示)和轨道起重机134(图9中所示)的操作调度和分派连同在如上所讨论的邻近范围水平运输系统调度步骤196中同时调度的自动水平运输系统68(图1中所示)的操作一起被规划。如上面所提及，邻近范围堆垛起重机调度步骤198被预先在邻近范围时间窗口中进行了达到大约十分钟。
现在，参考图12，与提供集装箱码头112的操作所基于的信息的许多输入一起示出了图11的整体调度模块170的实现的示例性框图。码头配置/设备特性输入202提供与集装箱码头112的配置以及集装箱码头112中的集装箱处理设备的特性有关的信息，该信息可以从码头配置数据库128(图1中所示)获得。集装箱处理设备位置输入204提供与集装箱处理设备在集装箱码头112中的位置有关的信息，该信息可以从集装箱位置数据库130(图1中所示)获得。
铺放集装箱位置信息输入206提供与存储在集装箱堆叠区42(图1中所示)中的集装箱46有关的信息，该信息可以从集装箱位置数据库130(图1中所示)获得。驶入集装箱信息输入208提供与通过船舶66、火车64和货车62到达集装箱码头112的集装箱46有关的信息，该信息可以从船舶驶入集装箱数据库136、轨道驶入集装箱数据库140和货车驶入集装箱数据库144(所有均在图1中示出)获得。驶出集装箱信息输入210提供与通过船舶66、火车64和货车62运输离开集装箱码头112的集装箱46有关的信息，该信息可以从船舶驶出集装箱数据库138、轨道驶出集装箱数据库142和货车驶出集装箱数据库146(所有均在图1中示出)获得。
参考图11讨论的五个处理步骤使用整体调度模块170中的五个模块来实现，五个模块中的每个模块操作地互连至主调度模块200。港岸队列和移动列表创建模块212制定初始船舶、轨道和道路工作点操作及集装箱铺放预先调度。最前范围堆垛起重机调度模块214制定可以在自动堆垛起重机48(图1中所示)和轨道起重机134(图9中所示)的操作中促进的内务处理和有利移动。
候选范围整体调度模块216制定整个集装箱码头112的所有元件的可能的移动以增强集装箱码头112的整体优点和有效操作。邻近范围自动水平运输系统调度模块218制定自动水平运输系统68(图1中所示)连同自动堆垛起重机48(图1中所示)和轨道起重机134(图9中所示)的同时操作的调度和分派。邻近范围堆垛起重机调度模块220制定自动堆垛起重机48(图1中所示)和轨道起重机134(图9中所示)连同自动水平运输系统68(图1中所示)的同步操作的调度和分派。
五个另外的模块提供另外的增强以及针对集装箱码头112的所有设备的操作指令，五个另外的模块中的每个模块还操作地互连至主调度模块200。集装箱路线计算模块222针对集装箱码头112中的每个集装箱46制定有效地且合适的定时移动。集装箱防撞模块224确保集装箱码头112中的设备的移动均不会引起不同的设备的碰撞。
集装箱移动顺序模块226确保将集装箱46装载到船舶66、火车64和货车62上的顺序。集装箱时机移动模块228用于利用空闲设备资源来预先将集装箱46朝向其最终的位置移动。最后，集装箱处理设备命令生成模块230生成集装箱处理设备指令232以操作各种设备控制器，包括港岸起重机控制器148、港岸侧码头水平运输系统控制器150、自动堆垛起重机控制器152、陆地侧码头水平运输系统控制器154、轨道起重机控制器156和转换通信模块158(所有均在图9中示出)。
接下来，参考图13，示出了在图11的工作点操作规划和集装箱作业铺放处理190和最前范围堆垛起重机调度步骤192中进行的示例性步骤的扩展的细节。工作点操作规划和集装箱作业铺放处理190具有示出的五个这样的示例性步骤。占据港岸侧工作点队列步骤240、占据轨道工作点队列步骤242和估计道路工作点装载244规划初始队列并开始创建工作命令以分别如下述来移动集装箱46：港岸侧集装箱移动、陆地侧集装箱移动至火车或从火车移动走以及陆地侧集装箱移动至货车或从货车移动走。
基于占据港岸侧工作点队列步骤240、占据轨道工作点队列步骤242及估计道路工作点装载244，在规划装载步骤246中初始地规划装载。基于到达的或安排在下一个大约一小时至大约一个半小时到来的船舶66和火车64，在预铺放指定步骤248中规划在被放置在集装箱堆叠区42(图1中所示)之前的集装箱46的移动。这完成了工作点操作规划和集装箱作业铺放处理190，这预先大约一小时至大约一个半小时来进行。
最前范围堆垛起重机调度步骤192具有示出的七个这样的步骤。基于在工作点操作规划和集装箱作业铺放处理190的预铺放指定步骤248中规划的集装箱46的移动，在分配和铺放堆垛起重机移动步骤250中规划分配和铺放堆垛起重机移动。基于资源的任何预期盈余，在生成内务处理移动步骤252中规划可能的内务处理。来自分配和铺放堆垛起重机移动步骤250和生成内务处理移动步骤252以及来自工作点操作规划和集装箱作业铺放处理190的估计道路工作点装载244的信息用于在将最前作业加入到堆垛起重机作业列表中的步骤254中针对自动堆垛起重机48(图1中所示)规划最前作业。
响应于来自将最前作业加入到堆垛起重机作业列表步骤254的信息，堆垛起重机移动在重复堆垛起重机规划模型步骤256中被重复，并且被设置为分配和铺放堆垛起重机移动步骤250的反馈。由将最前作业加入到堆垛起重机作业列表步骤254提供的堆垛起重机移动还被设置成促进其中进行设置移动的将最前作业转到候选步骤258、生成移动的命令队列的更新起重机队列列表步骤260以及查询要被促进的最前堆垛起重机移动步骤262，其中通过促进起重机时机移动来使用未充分利用的资源。这完成了最前范围堆垛起重机调度步骤192，这被预先大约三十分钟至大约一个小时进行。
现在，参考图14，示出了在图11的候选范围整体调度步骤194中进行的示例性步骤的扩展的细节。候选范围整体调度步骤194具有十一个这样的示例性步骤，开始于其中利用在工作点操作规划和集装箱作业铺放处理190以及最前范围堆垛起重机调度步骤192中生成的长期移动信息的三个步骤。向针对集装箱码头112整体地计算调度移动的重复整体调度器模块步骤276提供下述信息：在查询所有起重机队列步骤270中获得的起重机队列信息、在查询并行缓冲区占用步骤272中获得的与被调度成进行同时的多个移动有关的信息以及在查询转移区预订步骤274中获得的与被调度成在转移车道52(图1中所示)和排队空间60(也在图1中示出)中进行的移动有关的信息。
该整体移动调度信息被提供至下述步骤：提供与预期移动的速度有关的信息的建议生产(推动)速率步骤278、提供与预期移动的窗口有关的信息的建议移动时间窗口步骤280、提供与同时预期移动有关的信息的建议转移区和并行缓冲区拥挤水平步骤282以及提供与鉴于预期移动的原动机设备可用时间有关的信息的建议原动机计数和读取次数步骤284。
另外，铺放前门货车转到道路作业步骤286提供与通过门72(图1中所示)的货车62(也在图1中示出)中的集装箱46的规划移动有关的信息。从建议生产(推动)速率步骤278、建议移动时间窗口步骤280、建议转移区和并行缓冲区拥挤水平步骤282、建议原动机计数和读取次数步骤284及铺放前门货车转到道路作业步骤286提供的信息被提供至重复堆垛起重机规划模型288，重复堆垛起重机规划模型288在更新起重机队列步骤290中针对堆垛起重机的操作生成更新的起重机队列。候选范围整体调度步骤194被预先大约十分钟至大约三十分钟进行。
接下来，参考图15，示出了在图11的邻近范围水平运输系统调度步骤196中进行的示例性步骤的扩展的细节。邻近范围水平运输系统调度步骤196具有七个这样的示例性步骤，开始于其中利用在候选范围整体调度步骤194中生成的队列信息和状态信息的两个步骤。在查询起重机调度步骤300中获得的起重机调度信息以及在查询自动水平运输系统进度步骤302中获得的与自动水平运输系统的当前进度有关的信息被提供至重复整体调度器模型步骤276，重复整体调度器模型步骤276针对集装箱码头112中的自动水平运输系统68(图1中所示)的移动整体地计算调度的移动，该信息被提供至其中提供自动水平运输系统68的移动的重复作业步骤模型步骤304。
来自重复作业步骤模型步骤304的信息以及与由获得建议整体调度器数据步骤306提供的整体调度有关的信息被提供至生成用于所有的自动水平运输系统68(图1中所示)的调度的重复自动水平运输系统调度器步骤308。该信息被提供至在分派原动机步骤312中初始化自动水平运输系统操作的建议原动机起重机转移类型和次数步骤310。邻近范围水平运输系统调度步骤196被预先在邻近水平时间窗口中进行了达到大约十分钟。
最后，参考图16，示出了与邻近范围水平运输系统调度步骤196同时进行的图11的邻近范围堆垛起重机调度步骤198中进行的示例性步骤的扩展的细节。邻近范围堆垛起重机调度步骤198具有九个这样的示例性步骤，开始于查询门货车到达步骤320和获得集装箱互换次数步骤322这两个步骤，其中，分别利用在候选范围整体调度步骤194中生成的货车到达信息和集装箱互换信息。在查询门货车到达步骤320和获得集装箱互换次数步骤322中生成的信息被提供至重复转移点铺放324和促进候选移动转移至邻近步骤326这两个步骤，重复转移点铺放324生成到集装箱堆叠区42(图1中所示)、离开集装箱堆叠区42(图1中所示)以及集装箱堆叠区42(图1中所示)中的转移，促进候选移动转移至邻近步骤326促进将集装箱46的移动整体规划成马上要进行的起重机移动的顺序。
由重复转移点铺放步骤324和促进候选移动转到邻近步骤326生成的信息以及由原动机作业步骤模型步骤328和由从堆垛起重机控制系统获得更新的步骤330生成的信息一起，原动机作业步骤模型步骤328从邻近范围水平调度步骤196获得信息，从堆垛起重机控制系统获得更新的步骤330与整体堆垛起重机调度的当前进度有关。
来自重复转移点铺放324、促进候选移动转到邻近步骤326、原动机作业步骤模型步骤获得更新的步骤328及从堆垛起重机控制系统获得更新的步骤330的信息被提供至生成用于所有的堆垛起重机的调度的重复堆垛起重机邻近分派模型步骤332。该信息被提供至对实现起重机的操作的分派堆垛起重机移动步骤336进行初始化的更新堆垛起重机队列步骤334。邻近范围堆垛起重机调度步骤198被预先在被进行了大约十分钟的邻近水平时间窗口中进行。
因此，从本发明的优选实施例的上述详细描述中要理解的是，本发明提供了自动规划和控制集装箱码头中的集装箱流操作的系统及方法。本发明的完整集装箱码头流规划和控制系统及方法在实际执行集装箱移动之前的多个时间周期中是整体地进行。最后，本发明的完整集装箱码头流规划和控制系统及方法在不发生任何实质性相关缺点的情况下实现了多种优点。
虽然参考本发明的具体实施例和应用示出并描述了本发明的之前的描述，但是示出和描述的目的不意图是全面的或者不意图将本发明限制为公开的具体实施例和应用。本领域技术人员要明白的是，可以对本文中所描述的发明进行不背离本发明的精神和范围的多种变化、修改、变体或替代。选定并描述具体实施例和应用是为了提供对本发明及其实际应用的原理的最好的描述，从而使本领域技术人员能够在各种实施例中利用本发明并且根据具体用途作出各种修改。因此，当根据所有这样的变化、修改、变体或替代被平等地、合法地且公平地赋予的宽度来理解所有这样的变化、修改、变体或替代时，所有这样的变化、修改、变体或替代应当被如所附权利要求确定的那样在本发明的范围内。
虽然当前的应用在所附权利要求中提出了特征的组合，但是本发明的实施例涉及本文中描述的特征的任何特征的任何组合，不管是否当前要求这样的组合，以及在本应用或将来的应用中是否要求了特征的任何这样的组合。上面讨论的示例性实施例的任何实施例的特征、元件或部件中的任何特征、元件或部件可以被单独要求或者与上面讨论的其他实施例的任何实施例的特征、元件或部件中的任何特征、元件或部件进行组合。

Claims (16)

1.一种用于规划和控制下述类型的集装箱码头中的集装箱箱流操作的系统，所述类型的集装箱码头具有：
至少一个集装箱堆叠区，所述至少一个集装箱堆叠区适于存储集装箱，每个所述集装箱堆叠区在所述集装箱堆叠区的港岸侧与所述集装箱堆叠区的陆地运输侧之间延伸；
每个所述集装箱堆叠区具有两个自动堆垛起重机，两个所述自动堆垛起重机位于轨道上，适于使所述自动堆垛起重机能够在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间行驶，所述自动堆垛起重机适于在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在每个所述集装箱堆叠区中；
至少一个港岸起重机，所述至少一个港岸起重机适于将集装箱转移到船舶上或者将集装箱从所述船舶上转移走；以及
多个自动车辆，所述多个自动车辆适于在至少一个集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述港岸起重机之间以及在所述至少一个集装箱堆叠区的所述陆地运输侧与轨道运输系统之间运输集装箱；
其中，所述自动堆垛起重机、所述至少一个港岸起重机和所述自动车辆通过经由网络从所述系统接收到的操作指令来控制，其中，所述系统包括：
港岸起重机控制器，适于将所述操作指令提供给所述港岸起重机；
港岸侧码头水平运输系统控制器，适于将所述操作指令提供给所述至少一个集装箱堆叠区的港岸侧和所述港岸起重机之间的自动车辆；
自动堆垛起重机控制器，适于将所述操作指令提供至自动堆垛起重机；
陆地侧码头水平运输系统控制器，适于将所述操作指令提供给所述至少一个集装箱堆叠区的陆地侧和所述轨道运输系统之间的自动车辆；
至少一个处理器装置，互连至港岸起重机控制器、港岸侧码头水平运输系统控制器、自动堆垛起重机控制器和陆地侧码头水平运输系统控制器，其中所述处理器装置适于将所述操作指令发送至所述网络，并且其中，所述操作指令指引所述自动堆垛起重机、所述至少一个港岸起重机和所述自动车辆执行顺序操作；
第一数据库，所述第一数据库适于存储与存储在所述至少一个集装箱堆叠区中的集装箱中的每个集装箱的标识和位置有关的信息；
第二数据库，所述第二数据库适于存储与到达所述集装箱码头的集装箱有关的信息；
第三数据库，所述第三数据库适于存储与从所述集装箱码头离开的集装箱有关的信息；
自动整体调度器，所述自动整体调度器操作地连接至所述第一数据库、所述第二数据库和所述第三数据库，并且适于从所述第一数据库、所述第二数据库和所述第三数据库获得信息，所述自动整体调度器还适于：指引每个所述港岸起重机的顺序操作以将集装箱转移到船舶上或者将集装箱从所述船舶上转移走，指引所述堆垛起重机的顺序操作以在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在所述至少一个集装箱堆叠区中，以及指引所述自动车辆的顺序操作以在所述至少一个集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述港岸起重机之间以及在所述至少一个集装箱堆叠区的所述陆地运输侧与所述轨道运输系统之间运输集装箱；
其中，所述自动整体调度器被布置成预先在至少三个不同的时间窗口中按照从最长的时间窗口到最短的时间窗口的顺序自动地调度集装箱码头的顺序操作，所述操作包括：
在最前范围时间窗口中的第一组操作；
在候选范围时间窗口中的第二组操作；以及
在邻近范围时间窗口中的第三组操作；
其中所述自动整体调度器包括：
最前范围堆垛起重机调度模块，所述最前范围堆垛起重机调度模块适于在所述最前范围时间窗口期间制定所述自动堆垛起重机的操作中的内务处理和有利移动；
候选范围整体调度模块，所述候选范围整体调度模块适于在所述候选范围时间窗口期间制定所述自动堆垛起重机、所述至少一个港岸起重机和/或所述自动车辆的可能移动，考虑每个可能移动对所有其他移动以及对集装箱码头的整体的有效的操作的影响；
邻近范围自动水平运输系统调度模块，所述邻近范围自动水平运输系统调度模块适于在所述邻近范围时间窗口期间制定对所述自动水平运输系统的调度和分派；以及
邻近范围堆垛起重机调度模块，所述邻近范围堆垛起重机调度模块适于在所述邻近范围时间窗口期间制定对所述自动堆垛起重机的调度和分派；以及
其中，所述至少一个处理器装置操作地连接至所述第一数据库、所述第二数据库、所述第三数据库和所述自动整体调度器中至少之一。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：
码头配置数据库，所述码头配置数据库适于存储与所述集装箱码头和/或所述堆垛起重机、所述港岸起重机和所述自动车辆的配置中至少之一有关的信息。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二数据库包括：
船舶驶入集装箱数据库，所述船舶驶入集装箱数据库适于存储与在所述船舶上驶入的集装箱有关的信息；
轨道驶入集装箱数据库，所述轨道驶入集装箱数据库适于存储与在火车上驶入的集装箱有关的信息；以及
货车驶入集装箱数据库，所述货车驶入集装箱数据库适于存储与在货车上驶入的集装箱有关的信息。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第三数据库包括：
船舶驶出集装箱数据库，所述船舶驶出集装箱数据库适于存储与在船舶上驶出的集装箱有关的信息；
轨道驶出集装箱数据库，所述轨道驶出集装箱数据库适于存储与在火车上驶出的集装箱有关的信息；以及
货车驶出集装箱数据库，所述货车驶出集装箱数据库适于存储与在货车上驶出的集装箱有关的信息。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述自动整体调度器包括：
港岸起重机调度器模块，所述港岸起重机调度器模块被布置成指引每个所述港岸起重机的顺序操作以将集装箱转移到水上船只上或者将集装箱从水上船只上转移走；
堆垛起重机调度器模块，所述堆垛起重机调度器模块被布置成指引所述堆垛起重机的顺序操作以在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在所述至少一个集装箱堆叠区中；
水平运输系统调度器模块，所述水平运输系统调度器模块被布置成指引所述自动车辆的顺序操作以在所述至少一个集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述港岸起重机之间以及在所述至少一个集装箱堆叠区的所述陆地运输侧与货车和/或轨道运输系统之间运输集装箱；以及
整体调度模块，所述整体调度模块操作地连接至所述第一数据库、所述第二数据库和所述第三数据库，并且适于从所述第一数据库、所述第二数据库和所述第三数据库获得信息，所述整体调度模块还适于指引所述港岸起重机调度器模块、所述堆垛起重机调度器模块和所述水平运输系统调度器模块的操作。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述港岸起重机调度器模块适于针对所述至少一个港岸起重机提供一系列排队的命令作为输出；以及
其中，所述堆垛起重机调度器模块适于针对所述自动堆垛起重机提供一系列排队的命令作为输出；以及
其中，所述水平运输系统调度器模块适于针对所述自动车辆提供一系列排队的命令作为输出。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述整体调度模块，连同所述港岸起重机调度器模块、所述堆垛起重机调度器模块和所述水平运输系统调度器模块针对转移区队列提供一系列排队的命令作为输出。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括比所述最前时间窗口预先更早发生的可选择的一组操作；
其中，所述自动整体调度器还包括：
起重机队列和移动列表创建模块，所述起重机队列和移动列表创建模块适于制定初始船舶、轨道和/或道路工作点操作以及集装箱铺放预先调度。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述最前范围时间窗口、所述候选范围时间窗口和所述邻近范围时间窗口是唯一且连续的。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述最前范围时间窗口是至少在三十分钟以前，其中，所述邻近范围时间窗口不早于十分钟以前，并且所述候选范围时间窗口在所述最前范围时间窗口与所述邻近范围时间窗口之间。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述最前范围时间窗口在预先三十分钟到一个小时，其中，所述候选范围时间窗口在预先十分钟到三十分钟，并且其中，所述邻近范围时间窗口在预先零分钟到十分钟。
12.根据权利要求10所述的系统，还包括比所述最前时间窗口预先更早发生的可选择的一组操作；
其中，所述可选择的一组操作发生在预先一个小时到九十分钟。
13.一种规划和控制集装箱码头中的集装箱箱流操作的方法，包括：
在第一数据库中存储与存储在至少一个集装箱堆叠区中的多个集装箱中的每个集装箱的标识和位置有关的信息，其中，所述至少一个集装箱堆叠区适于存储集装箱，并且其中，每个所述集装箱堆叠区在所述集装箱堆叠区的港岸侧与所述集装箱堆叠区的陆地运输侧之间延伸；
在第二数据库中存储与到达所述集装箱码头的集装箱有关的信息；
在第三数据库中存储与从所述集装箱码头离开的集装箱有关的信息；
利用港岸起重机调度模块指引至少一个港岸起重机的顺序操作以将集装箱转移到水上船只上或者将集装箱从水上船只上转移走，其中，每个所述港岸起重机适于将集装箱转移到船舶上或者将集装箱从船舶上转移走；
利用堆垛起重机调度模块指引多个堆垛起重机的顺序操作以在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在所述至少一个集装箱堆叠区中，其中，每个所述集装箱堆叠区具有两个自动堆垛起重机，所述两个自动堆垛起重机位于轨道上，适于使所述自动堆垛起重机能够在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间行驶，并且其中，所述自动堆垛起重机适于在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在每个所述集装箱堆叠区中；
利用水平运输系统调度模块指引多个自动车辆的顺序操作，所述自动车辆适于在所述至少一个集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述港岸起重机之间以及在所述至少一个集装箱堆叠区的所述陆地运输侧与所述轨道运输系统之间运输集装箱；
从所述第一数据库、所述第二数据库和所述第三数据库获得信息并且利用整体调度模块指引所述港岸起重机调度模块、所述堆垛起重机调度模块和所述水平运输系统调度模块的操作；
预先在至少三个不同的时间窗口中按照从最长的时间窗口到最短的时间窗口的顺序自动地调度所述集装箱码头的操作，所述操作包括：
在最前范围时间窗口中的第一组操作；
在候选范围时间窗口中的第二组操作；以及
在邻近范围时间窗口中的第三组操作；以及
其中，所述至少一个处理器装置操作地连接至所述第一数据库、所述第二数据库、所述第三数据库、所述港岸起重机调度模块、所述堆垛起重机调度模块、所述水平运输系统调度模块和所述整体调度模块中至少之一，
其中，所述自动堆垛起重机、所述至少一个港岸起重机和所述自动车辆通过经由网络从所述系统接收到的操作指令来控制，
其中，港岸起重机控制器将所述操作指令提供给所述港岸起重机；港岸侧码头水平运输系统控制器将所述操作指令提供给所述至少一个集装箱堆叠区的港岸侧和所述港岸起重机之间的自动车辆；自动堆垛起重机控制器将所述操作指令提供给自动堆垛起重机；以及陆地侧码头水平运输系统控制器将所述操作指令提供给所述至少一个集装箱堆叠区的陆地侧和所述轨道运输系统之间的自动车辆；
其中，所述至少一个处理器装置互连至港岸起重机控制器、港岸侧码头水平运输系统控制器、自动堆垛起重机控制器和陆地侧码头水平运输系统控制器，并且将所述操作指令经由所述网络发送至所述自动堆垛起重机、所述至少一个港岸起重机和所述自动车辆，所述操作指令指引所述自动堆垛起重机、所述至少一个港岸起重机和所述自动车辆执行顺序操作，其中，利用所述整体调度模块指引所述港岸起重机调度模块、所述堆垛起重机调度模块和所述水平运输系统调度模块的操作的步骤包括：
在所述最前范围时间窗口期间制定所述自动堆垛起重机的操作中的内务处理和有利移动；
在所述候选范围时间窗口期间制定所述自动堆垛起重机、所述至少一个港岸起重机和/或所述自动车辆的可能移动，考虑每个可能移动对所有其他移动以及对集装箱码头的整体的有效的操作的影响；
在所述邻近范围时间窗口期间制定对所述自动水平运输系统的调度和分派；以及
在所述邻近范围时间窗口期间制定对所述自动堆垛起重机的调度和分派。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述最前范围时间窗口、所述候选范围时间窗口和所述邻近范围时间窗口是唯一且连续的。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述最前范围时间窗口是至少在三十分钟以前，其中，所述邻近范围时间窗口不早于十分钟以前，并且所述候选范围时间窗口在所述最前范围时间窗口与所述邻近范围时间窗口之间。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括调度比所述最前时间窗口预先更早发生的可选择的一组操作；
其中，所述可选择的一组操作发生在预先一个小时到九十分钟。
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