CN105427075A - 一种用于港口集装箱卡车的混合式动态调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于港口集装箱卡车的混合式动态调度方法，其包括以下步骤：集装箱卡车在进口船舶进行重载集装箱，然后在出口船舶进行卸载集装箱；以总作业时间为基准建立集装箱卡车的动态调度模型，动态调度模型建立在岸桥装载计划和卸载计划已知的前提下；以总作业时间最少为依据，动态优化每一辆集装箱卡车的运行路径。采用动态调度的模式提高了集装箱卡车的利用效率,减少了集装箱卡车空载的行驶距离,按照路径优化和指令优先等原则分派下一个作业任务，对集装箱卡车运输的过程进行综合调度，集装箱卡车在任意时刻根据路径距离的选择在多项任务中被选用，集装箱卡车服务的对象动态地与整个码头的作业面进行搭配。

Description

一种用于港口集装箱卡车的混合式动态调度方法

技术领域

本发明涉及港口集装箱管理领域，尤其涉及一种用于港口集装箱卡车的混合式动态调度方法。

背景技术

随着经济的发展，现代港口在全球综合运输体系中发挥着日益重要的作用，其不仅是集装箱远洋运输的起点和终点，也是陆运与海运两种运输方式间集装箱转运的中转枢纽。集装箱的运输方式方便、价格低廉，大大提高了物流效率，现在的国际贸易运输特别是海上运输，大都采用集装箱的形式。目前大多数的集装箱码头，集装箱卡车将近50％的路径在空驶，利用率不高。为了保证岸桥的作业，在岸桥距离相应堆场比较远时，只能通过增加服务于岸桥的集装箱卡车来保证完成任务，而岸桥距离相应堆场比较近时，会造成集装箱卡车闲置。通过对集装箱卡车的合理调度和配置，集装箱卡车在满足岸桥服务要求的同时能够以较短的行驶路径完成任务，这样就节省了油耗从而降低成本。

集装箱码头作业模式是码头生产管理水平的一个直接反映，是指码头各类设备的资源配置方式、协调作业方式，具体表现为如何为靠泊船舶配备一定数量的岸桥、集装箱卡车和场桥，如何安排靠泊船舶装卸作业模式，如何安排集装箱卡车行驶路线等，集装箱卡车也可以称为集卡。集装箱码头按照资源配置方式、装卸作业模式可分为独立装卸作业模式和混合交叉作业模式。其中独立装卸作业模式多用于传统的集装箱码头，而混合作业模式因其效率高、资源利用率高、运营成本低、调度安排复杂等特点将适用于具备先进的电子信息系统、先进的作业管理水平的集装箱码头。主要包括独立装卸作业模式，主要是指集装箱卡车在泊位A搭载一个进口集装箱运送到进口集装箱堆场，然后空载返回泊位去卸载另一个进口集装箱；在装船过程中，集装箱卡车在出口集装箱堆场装载一个集装箱运送到泊位B，然后空载返回堆场去装载另一个出口集装箱这种作业模式使集装箱卡车的空载率达到50％左右，完成一定任务量集装箱卡车所行驶的距离也会增加很多，增加了集装箱卡车空驶距离，随着集装箱码头的发展，码头吞吐量越来越大，所需配备的集装箱卡车数量也不断增多，这就会造成交通的阻塞，燃料成本的增加，司机数量的增加等。

因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于港口集装箱卡车的混合式动态调度方法。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于港口集装箱卡车的混合式动态调度方法，其包括以下步骤：

集装箱卡车在进口船舶进行重载集装箱，然后在出口船舶进行卸载集装箱；

设定其运行路径为：集装箱卡车从进口泊位a重载至进口箱区i，空驶到出口箱区j，再重载至出口泊位b，然后空驶回上述进口泊位a；

以总作业时间为基准建立集装箱卡车的动态调度模型，根据每一架岸桥之装载计划列表和卸载计划列表动态分配集装箱卡车的步骤；

以总作业时间最少为依据，动态优化每一辆集装箱卡车的运行路径。

所述的混合式动态调度方法，其中，上述根据岸桥之装载计划列表和卸载计划列表动态分配集装箱卡车的动态调度模型的步骤包括：

A、定义参数和决策变量的步骤：

t_ai：为集装箱卡车从进口泊位a行驶到进口箱区i的时间；或者为集装箱卡车从进口箱区i行驶到进口泊位a的时间；

t_ij：为集装箱卡车从进口箱区i行驶到出口箱区j的时间；

t_jb：为集装箱卡车从出口箱区j行驶到出口泊位b的时间；或者为集装箱卡车从出口泊位b行驶到出口箱区j的时间；

t_ba：为空载的集装箱卡车从出口泊位b行驶到进口泊位a的时间；

t₁：为岸桥装、卸集装箱作业时间；

t₂：为场桥装、卸集装箱作业时间；

m：为进口箱区的数量；

n：为出口箱区的数量；

k：为进口泊位的数量；

l：为出口泊位的数量；

D_i：为计划从进口泊位卸到进口箱区i的进口集装箱数量；

L_j：为计划从出口箱区j运输到出口泊位的出口集装箱数量；

D_a：为从进口泊位a进口的集装箱总量；

L_b：为从出口泊位b出口的集装箱总量；

x_aijb：为集装箱卡车从进口泊位a重载至进口箱区i，卸载后集装箱卡车空驶至出口箱区j装箱后再重载至出口泊位b的次数；

x_ai：为集装箱卡车从进口泊位a重载至进口箱区i再空车返回到泊位a的次数；

x_jb：为集装箱卡车从出口箱区j重载至出口泊位b再空车返回到箱区j的次数；

B、建立集装箱卡车动态调度模型的步骤：

以总作业时间最少为依据建立集装箱卡车动态调度模型，总作业时间为集装箱卡车运输时间、等待时间与岸桥、场桥的作业时间之和；

$\begin{array}{c}T=\min \underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{a=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\underset{b=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}\[x_{aijb}.(t_1+t_{ai}+t_2+t_{ij}+t_2+t_{jb}+t_1+t_{ba})+x_{ai}.(t_1+t_{ai}+t_2+\\ t_{ai})+x_{jb}.(t_2+t_{jb}+t_1+t_{jb})\end{array}---\left(1\right);$

$\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{a=1}{\overset{k}{\Σ}}\underset{b=1}{\overset{l}{\Σ}}{X}_{aijb}+\underset{a=1}{\overset{k}{\Σ}}{x}_{ai}=D_i,i=1,2,...,m---\left(2\right);$

$\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{a=1}{\overset{k}{\Σ}}\underset{b=1}{\overset{l}{\Σ}}{x}_{aijb}+\underset{b=1}{\overset{l}{\Σ}}{x}_{jb}=L_j,j=1,2,...,n---\left(3\right);$

$\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{b=1}{\overset{l}{\Σ}}{x}_{aijb}+\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_{ai}=D_a,a=1,2,...,k---\left(4\right);$

$\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{a=1}{\overset{k}{\Σ}}{x}_{aijb}+\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_{jb}=L_b,b=1,2,...,1---\left(5\right);$

式(1)为集装箱卡车完成所有进、出口集装箱所用的运输时间、等待时间与岸桥、场桥的作业时间之和最小；式(2)为计划堆存在进口箱区i的集装箱由集装箱卡车从进口泊位a全部运送到进口箱区i；式(3)为划从出口箱区j运送到出口泊位b的集装箱由集装箱卡车从出口箱区j全部运送到出口泊位b；式(4)为集装箱卡车从进口泊位a运输到各个进口箱区的集装箱总数等于计划从进口泊位a进口的集装箱总数；式(5)为集装箱卡车从各个出口箱区运输到出口泊位b的集装箱总数等于计划从出口泊位b出口的集装箱总数；

根据式(1)至式(5)来完成进口船舶的卸载任务和出口船舶的装载任务。

所述的混合式动态调度方法，其中，上述动态优化每一辆集装箱卡车的运行路径包括以下步骤：

C、定义步骤：

C1、设置需要分配集装箱卡车的岸桥编号为i，i＝1,…,N_c，N_c为需要分配集装箱卡车的岸桥的数量；

C2、定义树节点L_di和L_li，其中L_di用于存储一个给定岸桥i未完成的卸载计划列表，L_li用于存储一个给定岸桥i未完成的装载计划列表；如果岸桥i的卸载计划列表L_di和装载计划列表L_li都不存在，则转到步骤F2；否则，返回L_di中集装箱数量N_cdi和L_li中集装箱数量N_cli；

D、集装箱卡车卸载集装箱的步骤：

D1、临时给岸桥i分配的集装箱卡车数量N_ti′，N_ti′＝允许给岸桥分配的最大集装箱卡车数量N_tm；

D2、如果目前被派往岸桥i卸载的集装箱卡车总数N_tdi+目前被派往岸桥i装载的集装箱卡车总数N_tli≥N_ti′，则转到步骤F2；其中N_tdi包括前往岸桥i和在岸桥i处等待的集装箱卡车，N_tli包括前往岸桥i和在岸桥i处等待的集装箱卡车；

D3、如果N_cdi>0，则岸桥i的初始卸载积分S_di＝0；否则转到步骤E1；

D4、如果当前集装箱卡车没在堆场并且已经分配给了岸桥i做卸载操作，则岸桥i的卸载积分S_di1＝岸桥初始卸载积分S_di+岸桥一次卸载操作积分S_d；否则，该岸桥的卸载积分S_di1＝卸载积分S_di+集装箱卡车行驶单位距离的权重w₁×集装箱卡车到达目的地岸桥i需要行驶的距离d_i；

D5、当前岸桥的卸载积分S_di2＝卸载积分S_di1+(卸载的堆放在岸桥i下的集装箱数量N_cdi′–目前派往岸桥i做卸载操作的集装箱卡车数量N_tdi)×卸载集装箱堆放权重W_d；

D6、如果S_di2>S₀，S₀为一个初始值，则S₀＝S_di，把当前集装箱卡车分配给岸桥i，岸桥i卸载L_di中第N_cdi个集装箱；

E、集装箱卡车装载集装箱的步骤：

E1、如果N_cli>0，则岸桥i的装载积分S_li＝0；否则转到步骤F2；

E2、岸桥i的装载积分S_li1＝装载积分S_li+(目前正被派往岸桥i装载的集装箱卡车数量N_tli+堆放在岸桥i下要装载的集装箱数量N_cli′)×装载集装箱堆放权重W_L；

E3、如果当前集装箱卡车在堆场，岸桥i装载积分S_li2＝装载积分S_li1+场桥一次装载操作积分S_L；否则，S_li2＝S_li1；

E4、设置需要装载的集装箱编号为j，j＝1，…，N_cli；

E5、返回装载计划列表中第j个集装箱所在箱区的信息，第j个集装箱所在箱区中的要装载集装箱数量N_bL＝指定的调度任务序列；

E6、临时装载积分S_li3＝装载积分S_li2+多个集装箱卡车行驶到同一个箱区的权重w₂×集装箱数量N_bL；

E7、岸桥i临时装载积分S_li4＝临时装载积分S_li3+集装箱卡车行驶单位距离的权重w₁×集装箱卡车到达目的箱区需要行驶的距离d；

E8、如果S_li4>S₀，S₀为一初始值，则S₀＝S_li4，把当前集装箱卡车分配给岸桥i，装载L_li中第j个集装箱；

F、判断步骤：

F1：j＝j+1，判断是否j≤N_cli，如果j≤N_cli，转到步骤E5；

F2：i＝i+1，判断是否i≤N_c，如果i≤N_c，转到步骤C2；

F3：判断N_cdi和N_cli是否大于0，若N_cdi>0或者N_cli>0，转到步骤C1，否则，结束。

本发明提供的一种用于港口集装箱卡车的混合式动态调度方法，在混合交叉作业模式下,集装箱卡车基于“作业面”的动态调度模式,即集装箱卡车根据作业船舶需要,动态地往返于整个集装箱码头,将进口集装箱交至堆场后直接选择出口集装箱运回岸边以待装船作业，由此可见,混合交叉作业模式能够有效提高集装箱卡车利用率、降低集装箱卡车空驶距离,集装箱卡车不再固定服务于某一岸桥或者某一艘船，而是根据待装卸箱在堆场箱区的实际位置，进行动态调配，采用动态调度的模式提高了集装箱卡车的利用效率,减少了集装箱卡车空载的行驶距离,按照路径优化和指令优先等原则分派下一个作业任务，对集装箱卡车运输的过程进行综合调度，集装箱卡车在任意时刻根据路径距离的选择在多项任务中被选用，集装箱卡车服务的对象动态地与整个码头的作业面进行搭配。

附图说明

图1为本发明中集装箱卡车在混合式动态调度方法调度下的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于港口集装箱卡车的混合式动态调度方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种用于港口集装箱卡车的混合式动态调度方法，其包括以下步骤：

集装箱卡车在进口船舶进行重载集装箱，然后在出口船舶进行卸载集装箱；

设定其运行路径为：集装箱卡车从进口泊位a重载至进口箱区i，空驶到出口箱区j，再重载至出口泊位b，然后空驶回上述进口泊位a；

以总作业时间为基准建立集装箱卡车的动态调度模型，动态调度模型包括建立每一辆集装箱卡车之装载计划列表和卸载计划列表的步骤；

以总作业时间最少为依据，动态优化每一辆集装箱卡车的运行路径。

更进一步的，上述动态调度模型包括建立每一辆集装箱卡车之装载计划列表和卸载计划列表的步骤包括：

A、定义参数和决策变量的步骤：

t_ai：为集装箱卡车从进口泊位a行驶到进口箱区i的时间；或者为集装箱卡车从进口箱区i行驶到进口泊位a的时间；

t_ij：为集装箱卡车从进口箱区i行驶到出口箱区j的时间；

t_jb：为集装箱卡车从出口箱区j行驶到出口泊位b的时间；或者为集装箱卡车从出口泊位b行驶到出口箱区j的时间；

t_ba：为空载的集装箱卡车从出口泊位b行驶到进口泊位a的时间；

t₁：为岸桥装、卸集装箱作业时间；

t₂：为场桥装、卸集装箱作业时间；

m：为进口箱区的数量；

n：为出口箱区的数量；

k：为进口泊位的数量；

l：为出口泊位的数量；

D_i：为计划从进口泊位卸到进口箱区i的进口集装箱数量；

L_j：为计划从出口箱区j运输到出口泊位的出口集装箱数量；

D_a：为从进口泊位a进口的集装箱总量；

L_b：为从出口泊位b出口的集装箱总量；

x_aijb：为集装箱卡车从进口泊位a重载至进口箱区i，卸载后集装箱卡车空驶至出口箱区j装箱后再重载至出口泊位b的次数；

x_ai：为集装箱卡车从进口泊位a重载至进口箱区i再空车返回到泊位a的次数；

x_jb：为集装箱卡车从出口箱区j重载至出口泊位b再空车返回到箱区j的次数；

B、建立集装箱卡车动态调度模型的步骤：

以总作业时间最少为依据建立集装箱卡车动态调度模型，总作业时间为集装箱卡车运输时间、等待时间与岸桥、场桥的作业时间之和；

$\begin{array}{c}T=\min \underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{a=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\underset{b=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}\[x_{aijb}.(t_1+t_{ai}+t_2+t_{ij}+t_2+t_{jb}+t_1+t_{ba})+x_{ai}.(t_1+t_{ai}+t_2+\\ t_{ai})+x_{jb}.(t_2+t_{jb}+t_1+t_{jb})\end{array}---\left(1\right);$

$\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{a=1}{\overset{k}{\Σ}}\underset{b=1}{\overset{l}{\Σ}}{x}_{aijb}+\underset{a=1}{\overset{k}{\Σ}}{x}_{ai}=D_i,i=1,2,...,m---\left(2\right);$

$\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{a=1}{\overset{k}{\Σ}}\underset{b=1}{\overset{l}{\Σ}}{x}_{aijb}+\underset{b=1}{\overset{l}{\Σ}}{x}_{jb}=L_j,j=1,2,...,n---\left(3\right);$

$\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{b=1}{\overset{l}{\Σ}}{x}_{aijb}+\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_{ai}=D_a,a=1,2,...,k---\left(4\right);$

$\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{a=1}{\overset{k}{\Σ}}{x}_{aijb}+\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_{jb}=L_b,b=1,2,...,1---\left(5\right);$

式(1)为集装箱卡车完成所有进、出口集装箱所用的运输时间、等待时间与岸桥、场桥的作业时间之和最小；式(2)为计划堆存在进口箱区i的集装箱由集装箱卡车从进口泊位a全部运送到进口箱区i；式(3)为划从出口箱区j运送到出口泊位b的集装箱由集装箱卡车从出口箱区j全部运送到出口泊位b；式(4)为集装箱卡车从进口泊位a运输到各个进口箱区的集装箱总数等于计划从进口泊位a进口的集装箱总数；式(5)为集装箱卡车从各个出口箱区运输到出口泊位b的集装箱总数等于计划从出口泊位b出口的集装箱总数；

根据式(1)至式(5)建立每一辆集装箱卡车之装载计划列表和卸载计划列表。

在本发明的另一较佳实施例中，上述动态优化每一辆集装箱卡车的运行路径包括以下步骤：

C、定义步骤：

C1、设置需要分配集装箱卡车的岸桥编号为i，i＝1,…,N_c，N_c为需要分配集装箱卡车的岸桥的数量；

C2、定义树节点L_di和L_li，其中L_di用于存储一个给定岸桥i未完成的卸载计划列表，L_li用于存储一个给定岸桥i未完成的装载计划列表；如果岸桥i的卸载计划列表L_di和装载计划列表L_li都不存在，则转到步骤F2；否则，返回L_di中集装箱数量N_cdi和L_li中集装箱数量N_cli；

D、集装箱卡车卸载集装箱的步骤：

D1、临时给岸桥i分配的集装箱卡车数量N_ti′，N_ti′＝允许给岸桥分配的最大集装箱卡车数量N_tm；

D2、如果目前被派往岸桥i卸载的集装箱卡车总数N_tdi+目前被派往岸桥i装载的集装箱卡车总数N_tli≥N_ti′，则转到步骤F2；其中N_tdi包括前往岸桥i和在岸桥i处等待的集装箱卡车，N_tli包括前往岸桥i和在岸桥i处等待的集装箱卡车；

D3、如果N_cdi>0，则岸桥i的初始卸载积分S_di＝0；否则转到步骤E1；

D4、如果当前集装箱卡车没在堆场并且已经分配给了岸桥i做卸载操作，则岸桥i的卸载积分S_di1＝岸桥初始卸载积分S_di+岸桥一次卸载操作积分S_d；否则，该岸桥的卸载积分S_di1＝卸载积分S_di+集装箱卡车行驶单位距离的权重w₁×集装箱卡车到达目的地岸桥i需要行驶的距离d_i；

D5、当前岸桥的卸载积分S_di2＝卸载积分S_di1+(卸载的堆放在岸桥i下的集装箱数量N_cdi′–目前派往岸桥i做卸载操作的集装箱卡车数量N_tdi)×卸载集装箱堆放权重W_d；

D6、如果S_di2>S₀，S₀为一个初始值，则S₀＝S_di，把当前集装箱卡车分配给岸桥i，岸桥i卸载L_di中第N_cdi个集装箱；

E、集装箱卡车装载集装箱的步骤：

E1、如果N_cli>0，则岸桥i的装载积分S_li＝0；否则转到步骤F2；

E2、岸桥i的装载积分S_li1＝装载积分S_li+(目前正被派往岸桥i装载的集装箱卡车数量N_tli+堆放在岸桥i下要装载的集装箱数量N_cli′)×装载集装箱堆放权重W_L；

E3、如果当前集装箱卡车在堆场，岸桥i装载积分S_li2＝装载积分S_li1+场桥一次装载操作积分S_L；否则，S_li2＝S_li1；

E4、设置需要装载的集装箱编号为j，j＝1，…，N_cli；

E5、返回装载计划列表中第j个集装箱所在箱区的信息，第j个集装箱所在箱区中的要装载集装箱数量N_bL＝指定的调度任务序列；

E6、临时装载积分S_li3＝装载积分S_li2+多个集装箱卡车行驶到同一个箱区的权重w₂×集装箱数量N_bL；

E7、岸桥i临时装载积分S_li4＝临时装载积分S_li3+集装箱卡车行驶单位距离的权重w₁×集装箱卡车到达目的箱区需要行驶的距离d；

E8、如果S_li4>S₀，S₀为一初始值，则S₀＝S_li4，把当前集装箱卡车分配给岸桥i，装载L_li中第j个集装箱；

F、判断步骤：

F1：j＝j+1，判断是否j≤N_cli，如果j≤N_cli，转到步骤E5；

F2：i＝i+1，判断是否i≤N_c，如果i≤N_c，转到步骤C2；

F3：判断N_cdi和N_cli是否大于0，若N_cdi>0或者N_cli>0，转到步骤C1，否则，结束。

为了更进一步描述本发明的方法，以下列举更为具体的实施例进行说明。

在港口装卸作业过程中，任务开始时，集装箱卡车开始工作。卸船作业时，集装箱卡车开往岸桥，并检查岸桥是否空闲，搭载一个集装箱后开往场桥，并检查所在箱位场桥是否空闲，再进行卸箱作业。装船作业时，集装箱卡车开往场桥，检查场桥是否空闲，在堆场搭载一个集装箱后开往岸桥，检查岸桥是否空闲，接受岸桥提箱。当岸桥或者场桥处于忙碌时，集装箱卡车排队等待，仿真直到所有进口箱卸载完和出口箱装载完。

以一艘进口船舶和一艘出口船舶为研究对象，采用本发明混合式动态调度方法对集装箱卡车进行调度，假设进口船舶和出口船舶同时到达，从船舶靠港到离开，对两艘船的装卸作业进行连续模拟。有1200TEU进口箱需要卸船和1200TEU出口箱需要装船，假设只有40FT一种箱型，即有600个集装箱需要卸载到进口箱区，600个集装箱需要从出口箱区装载，文中涉及4个出口箱区和4个进口箱区。

岸桥的作业过程包括装载、卸载和岸桥移动等活动，集装箱卡车搬运过程包括装载、卸载、等待和卡车搬运等活动，场桥的作业过程主要有装载、卸载和移动等活动。模型的初始状态是集装箱卡车在等候场地待命，在码头前沿待装船的出口集装箱全部放在各个出口箱区。作业过程中，所有从船上卸下的进口集装箱都由集装箱卡车运至进口箱区，所有要装船的出口集装箱都由集装箱卡车从出口箱区运至出口船舶。前方靠近泊位的四个箱区是出口箱区，堆放将要出口的集装箱；后方四个箱区是进口箱区，用来堆放要进口的集装箱。

通过仿真得到不同集装箱卡车配置量，两艘船混合装卸和独立装卸模式作业完成的总时间如表表1所示，表1为不同集卡数量下动态调度模型作业完成时间与独立装卸模式作业完成时间的对比。

表1

由表1可以看出，在配置集装箱卡车配置数量较少时，无论是混合作业还是独立作业，装卸作业完成时间都比较长，但在集装箱卡车资源较少时，混合作业比独立作业完成装卸任务更快。随着集装箱卡车数量的增加，装卸作业时间迅速减少，当集装箱卡车达到8至9辆时，随着集装箱卡车的增加，作业完成总时间下降趋势不断减缓，集装箱卡车达到12辆时，独立装卸模式下的总作业时间不再减少，甚至因为集装箱卡车阻塞影响了码头的作业完成时间，而在混合式动态调度模型下，作业完成时间下降趋势逐渐减缓，明显优于独立装卸模式下。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (3)

1.一种用于港口集装箱卡车的混合式动态调度方法，其包括以下步骤：

集装箱卡车在进口船舶进行重载集装箱，然后在出口船舶进行卸载集装箱；

设定其运行路径为：集装箱卡车从进口泊位a重载至进口箱区i，空驶到出口箱区j，再重载至出口泊位b，然后空驶回上述进口泊位a；

以总作业时间为基准建立集装箱卡车的动态调度模型，动态调度模型建立在岸桥装载计划和卸载计划已知的前提下；

以总作业时间最少为依据，动态优化每一辆集装箱卡车的运行路径。

2.根据权利要求1所述的混合式动态调度方法，其特征在于，上述动态调度模型包括根据每一架岸桥之装载计划列表和卸载计划列表动态分配集装箱卡车的步骤包括：

A、定义参数和决策变量的步骤：

t_ai：为集装箱卡车从进口泊位a行驶到进口箱区i的时间；或者为集装箱卡车从进口箱区i行驶到进口泊位a的时间；

t_ij：为集装箱卡车从进口箱区i行驶到出口箱区j的时间；

t_jb：为集装箱卡车从出口箱区j行驶到出口泊位b的时间；或者为集装箱卡车从出口泊位b行驶到出口箱区j的时间；

t_ba：为空载的集装箱卡车从出口泊位b行驶到进口泊位a的时间；

t₁：为岸桥装、卸集装箱作业时间；

t₂：为场桥装、卸集装箱作业时间；

m：为进口箱区的数量；

n：为出口箱区的数量；

k：为进口泊位的数量；

l：为出口泊位的数量；

D_i：为计划从进口泊位卸到进口箱区i的进口集装箱数量；

L_j：为计划从出口箱区j运输到出口泊位的出口集装箱数量；

D_a：为从进口泊位a进口的集装箱总量；

L_b：为从出口泊位b出口的集装箱总量；

x_aijb：为集装箱卡车从进口泊位a重载至进口箱区i，卸载后集装箱卡车空驶至出口箱区j装箱后再重载至出口泊位b的次数；

x_ai：为集装箱卡车从进口泊位a重载至进口箱区i再空车返回到泊位a的次数；

x_jb：为集装箱卡车从出口箱区j重载至出口泊位b再空车返回到箱区j的次数；

B、建立集装箱卡车动态调度模型的步骤：

以总作业时间最少为依据建立集装箱卡车动态调度模型，总作业时间为集装箱卡车运输时间、等待时间与岸桥、场桥的作业时间之和；

$\begin{array}{c}T=min\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{a=1}{\overset{k}{\Σ}}\underset{b=1}{\overset{l}{\Σ}}\[x_{aijb}.(t_1+t_{ai}+t_2+t_{ij}+t_2+t_{jb}+t_1+t_{ba})+x_{ai}.(t_1+t_{ai}+t_2+\\ t_{ai})+x_{jb}.(t_2+t_{jb}+t_1+t_{jb})---\left(1\right);\end{array}$

$\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{a=1}{\overset{k}{\Σ}}\underset{b=1}{\overset{l}{\Σ}}{x}_{aijb}+\underset{a=1}{\overset{k}{\Σ}}{x}_{ai}=D_i,i=1,2,...,m---\left(2\right);$

$\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{a=1}{\overset{k}{\Σ}}\underset{b=1}{\overset{l}{\Σ}}{x}_{aijb}+\underset{b=1}{\overset{l}{\Σ}}{x}_{jb}=L_j,j=1,2,...,n---\left(3\right);$

$\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{b=1}{\overset{l}{\Σ}}{x}_{aijb}+\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_{ai}=D_a,a=1,2,...,k---\left(4\right);$

$\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{a=1}{\overset{k}{\Σ}}{x}_{aijb}+\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_{jb}=L_b,b=1,2,...,1---\left(5\right);$

式(1)为集装箱卡车完成所有进、出口集装箱所用的运输时间、等待时间与岸桥、场桥的作业时间之和最小；式(2)为计划堆存在进口箱区i的集装箱由集装箱卡车从进口泊位a全部运送到进口箱区i；式(3)为划从出口箱区j运送到出口泊位b的集装箱由集装箱卡车从出口箱区j全部运送到出口泊位b；式(4)为集装箱卡车从进口泊位a运输到各个进口箱区的集装箱总数等于计划从进口泊位a进口的集装箱总数；式(5)为集装箱卡车从各个出口箱区运输到出口泊位b的集装箱总数等于计划从出口泊位b出口的集装箱总数；

根据式(1)至式(5)来完成进口船舶的卸载任务和出口船舶的装载任务。

3.根据权利要求1所述的混合式动态调度方法，其特征在于，上述动态优化每一辆集装箱卡车的运行路径包括以下步骤：

C、定义步骤：

C1、设置需要分配集装箱卡车的岸桥编号为i，i＝1,…,N_c，N_c为需要分配集装箱卡车的岸桥的数量；

C2、定义树节点L_di和L_li，其中L_di用于存储一个给定岸桥i未完成的卸载计划列表，L_li用于存储一个给定岸桥i未完成的装载计划列表；如果岸桥i的卸载计划列表L_di和装载计划列表L_li都不存在，则转到步骤F2；否则，返回L_di中集装箱数量N_cdi和L_li中集装箱数量N_cli；

D、集装箱卡车卸载集装箱的步骤：

D1、临时给岸桥i分配的集装箱卡车数量N_ti′，N_ti′＝允许给岸桥分配的最大集装箱卡车数量N_tm；

D2、如果目前被派往岸桥i卸载的集装箱卡车总数N_tdi+目前被派往岸桥i装载的集装箱卡车总数N_tli≥N_ti′，则转到步骤F2；其中N_tdi包括前往岸桥i和在岸桥i处等待的集装箱卡车，N_tli包括前往岸桥i和在岸桥i处等待的集装箱卡车；

D3、如果N_cdi>0，则岸桥i的初始卸载积分S_di＝0；否则转到步骤E1；

D4、如果当前集装箱卡车没在堆场并且已经分配给了岸桥i做卸载操作，则岸桥i的卸载积分S_di1＝岸桥初始卸载积分S_di+岸桥一次卸载操作积分S_d；否则，该岸桥的卸载积分S_di1＝卸载积分S_di+集装箱卡车行驶单位距离的权重w₁×集装箱卡车到达目的地岸桥i需要行驶的距离d_i；

D5、当前岸桥的卸载积分S_di2＝卸载积分S_di1+(卸载的堆放在岸桥i下的集装箱数量N_cdi′–目前派往岸桥i做卸载操作的集装箱卡车数量N_tdi)×卸载集装箱堆放权重W_d；

D6、如果S_di2>S₀，S₀为一个初始值，则S₀＝S_di，把当前集装箱卡车分配给岸桥i，岸桥i卸载L_di中第N_cdi个集装箱；

E、集装箱卡车装载集装箱的步骤：

E1、如果N_cli>0，则岸桥i的装载积分S_li＝0；否则转到步骤F2；

E2、岸桥i的装载积分S_li1＝装载积分S_li+(目前正被派往岸桥i装载的集装箱卡车数量N_tli+堆放在岸桥i下要装载的集装箱数量N_cli′)×装载集装箱堆放权重W_L；

E3、如果当前集装箱卡车在堆场，岸桥i装载积分S_li2＝装载积分S_li1+场桥一次装载操作积分S_L；否则，S_li2＝S_li1；

E4、设置需要装载的集装箱编号为j，j＝1，…，N_cli；

E5、返回装载计划列表中第j个集装箱所在箱区的信息，第j个集装箱所在箱区中的要装载集装箱数量N_bL＝指定的调度任务序列；

E6、临时装载积分S_li3＝装载积分S_li2+多个集装箱卡车行驶到同一个箱区的权重w₂×集装箱数量N_bL；

E7、岸桥i临时装载积分S_li4＝临时装载积分S_li3+集装箱卡车行驶单位距离的权重w₁×集装箱卡车到达目的箱区需要行驶的距离d；

E8、如果S_li4>S₀，S₀为一初始值，则S₀＝S_li4，把当前集装箱卡车分配给岸桥i，装载L_li中第j个集装箱；

F、判断步骤：

F1：j＝j+1，判断是否j≤N_cli，如果j≤N_cli，转到步骤E5；

F2：i＝i+1，判断是否i≤N_c，如果i≤N_c，转到步骤C2；

F3：判断N_cdi和N_cli是否大于0，若N_cdi>0或者N_cli>0，转到步骤C1，否则，结束。