CN114254962A - 一种顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法，基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略为船舶选择计划停靠泊位，水平运输系统初始化，同步泊位作业计划，基于船头船尾最近满锁站布局策略完善泊位作业计划；水平运输系统同步最终的泊位作业计划，然后基于最终的泊位作业计划，根据船舶尺寸、锁站布置要求计算出所需锁站最大数量；根据最终的泊位作业计划，确定船舶停靠位置与锁站位置信息，基于船头船尾最近满锁站布局策略进行船舶停靠位置调整，最后生成满足作业要求的作业设备同步预案，包括锁站数量以及锁站位置、岸桥数量与ART数量。本发明有效提高了集装箱码头泊位计划与水平运输系统协同组织能力。

Description

一种顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法
技术领域
本发明涉及集装箱码头泊位作业计划技术领域，具体涉及一种顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法。
背景技术
近年来，集装箱进出口量日益增加，传统集装箱码头的装卸运输能力已无法满足大规模、短时间的集装箱进出口作业要求。传统集装箱码头装卸作业设备为固定化设备，无法进行移动或按需配备。同时，传统集装箱码头在制定泊位作业计划时，仅考虑堆场利用率和岸桥作业效率，并没有考虑泊位作业计划与作业设备的协调调度，经常出现水平运输车辆拥堵、岸桥作业间断、解挂锁区域作业缓慢等问题。随着港口智能化程度的不断发展，自动化集装箱码头因其柔性化作业线，仅在一定程度上解决了传统码头出现的部分问题，未能将柔性化作业优势完全发挥。如何协调调度柔性化作业设备，提升作业能力，最大程度改善自动化码头装卸作业效率，提升自动化集装箱码头整体运作能力成为了当前研究的重点。
发明内容
本发明的目的是要解决船舶靠泊作业与码头作业设备不协调问题，提供了一种顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法，实现泊位作业计划与锁站布置方案动态调控、智能协调，岸桥与ART（Artificial Intelligence Robot of Transportation，即人工智能运输机器人）的动态配比，以提升自动化集装箱码头靠泊快速作业能力，提升集装箱码头整体的管理水平与生产作业效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法，基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略为船舶选择计划停靠泊位，水平运输系统初始化，同步泊位作业计划，基于船头最近满锁站布局策略完善泊位作业计划；水平运输系统同步最终的泊位作业计划，然后基于最终的泊位作业计划，根据船舶尺寸、锁站布置要求计算出所需锁站最大数量；根据最终的泊位作业计划，确定船舶停靠位置与锁站位置信息，基于船头最近满锁站布局策略进行船舶停靠位置调整，最后生成满足作业要求的作业设备同步预案，包括锁站数量以及锁站位置、岸桥数量与ART数量。
优选的，所述泊位作业计划，是船舶作业任务的详细安排，包括进港停靠进行集装箱装卸作业船舶尺寸、泊位、装卸作业量。
优选的，所述泊位作业计划，是通过整合分析船舶信息、码头前沿作业信息、锁站位置信息，基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略分配停靠泊位确定的。
优选的，所述基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略的分配规则如下：
当船舶到港后，按照船舶到港时间顺序依次对各船舶进行泊位安排；
若首艘船舶靠泊条件满足，则船舶停靠进行装卸作业，否则，依次调度下一船舶，直到有船舶能够停靠作业；
当一艘船舶调度完成后，则对所有未被调度船舶，继续按照最初到港时间顺序遍历调度，直至所有船舶调度完成；
若出现船舶装卸作业时间小于离港时间等情况，则可优先安排靠泊作业，剩余船舶停靠泊位按上述规则依次分配；
泊位作业计划初步形成后，水平运输系统同步泊位作业计划，以到港船舶沿用上一船舶的锁站布局为第一优先级，根据泊位作业计划中船舶停靠位置与该泊位当前锁站布置分布情况，基于船头最近满锁站布局策略，判断当前泊位作业计划是否需要调整；若船舶停靠位置与锁站位置不合理，则更新泊位作业计划，调整船舶停靠位置。
上述基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略，船舶到港时间为安排泊位的最高优先级；泊位作业计划更新后，通过船舶停靠位置与满锁站位置进行匹配程度比较，通过满锁站现有布置合理调整船舶停靠位置。
若有特殊情况（如即将离港、等待时间太长等）可提高其排泊优先级，在实际应用或仿真测试过程中，可根据实际情况对优先级或特殊影响因素进行动态调节，完善泊位分配策略。
进一步地，所述基于船头最近满锁站布局策略的规则如下：
设定已经安装解挂锁装置的预设位置为满锁站，未安装解挂锁装置的预设位置称为空锁站。
在预设锁站布置前提下，设靠近船头处锁站（指满锁站且此锁站在船身正下方）水平方向上距船头的阈值距离为目标距离L；
依据泊位作业计划与锁站信息，分析船舶停靠位置与满锁站位置分布情况，对船舶停靠位置调整，具体如下：
若船头处，在船身正下方且水平距离最小的满锁站距船头的距离大于目标距离L，则需对船舶停靠位置向后调整，使船头处满锁站距船头的距离等于目标距离L；若船头处，在船身正下方且水平距离最小的满锁站距船头的距离小于L，则需对船舶停靠位置向前调整，使船头处满锁站距船头的距离等于目标距离L；
若当前满锁站数量小于所需锁站最大数量，在船头处满锁站与船尾之间，等距离补充剩余所需满锁站，使满锁站数量满足船舶作业需求。
此策略综合考虑水平运输系统初始化中满锁站、空锁站分布情况，为泊位作业计划提供了一种动态调整方法。
优选的，所述所需锁站最大数量，根据规定计算公式获得，若当前满锁站数量小于所需锁站最大数量，在船头处满锁站与船尾之间，等距离补充剩余所需满锁站，使满锁站数量满足船舶作业需求。
优选的，所述泊位作业计划包括船舶船期表，所述船舶船期表为未来一周停靠作业船舶泊位作业计划，可提供连续泊位作业计划信息。具有详细工作安排流程、装卸运输设备分配情况，是水平运输系统连续初始化配备作业任务设备的依据。
优选的，所述水平运输系统初始化，动态同步泊位作业计划，船舶靠港前2-3小时，水平运输系统依据同步的泊位作业计划，基于船头最近满锁站布局策略，在泊位处合理分配锁站，满足装卸作业任务的加解锁需求，同时安排岸桥以及ART，满足停靠船舶作业需求。
优选的，所述水平运输系统中岸桥初始化，岸桥作业不间断为最高优先级，岸桥与满锁站按1.5：1配置；满足岸桥作业不间断作业需求，ART与岸桥按6：1配置。
本发明能够同步实现动态锁站布置与泊位作业计划制定。一方面，船舶泊位作业计划的制定考虑了当前锁站位置信息，提升了泊位作业计划与锁站位置匹配程度。另一方面，锁站动态布置受到泊位作业计划制约，与泊位作业计划形成双向信息交互，提升泊位作业计划与锁站布置方案的协同程度。
同时，动态锁站与泊位作业计划同步，不仅能提升码头泊位利用率，保障岸桥工作效率，而且能够实现锁站快速布置，提升ART通行效率，降低锁站移动布置时间，提高码头快速作业能力。
附图说明
图1为本发明提出的顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法流程图，包括泊位计划流程、水平运输系统初始化流程以及两者双向信息交流反馈。
图2为本发明提出的顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法的基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略安排预案流程图。
图3为本发明提出集装箱码头前沿空间布置图，图中：1-船舶预计停靠位置；2-岸线；3-空锁站；4-满锁站。
图4至图5是满锁站距船头距离大于目标距离L调整示意图；图6至图7是满锁站距船头距离小于目标距离L调整示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明基于动态锁站配置的FCFS（first come first service，先来先服务）泊位分配策略为船舶选择计划停靠泊位，再基于船头最近满锁站布局策略完善泊位作业计划。所述泊位作业计划中的船舶进港船期表包括未来一周集装箱船舶初步进港停泊时间、船舶作业顺序等，为水平运输系统提供详细泊位作业顺序，协调水平运输系统。水平运输系统基于泊位作业计划以及船头最近满锁站布局策略布置锁站，计算所需锁站最大数量，动态调整作业锁站数量和锁站位置，将锁站布置与泊位作业计划动态关联，相互协调，保障加解锁作业能力，实现快速作业功能；其次，对预计停靠船舶分配相应配比数的岸桥、ART，保证装卸与水平运输作业能力能够满足需求。
如图1所示，本发明提供的顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法，是由水平运输系统同步获取泊位作业计划，水平运输系统基于获取的泊位作业计划，根据船舶尺寸、锁站布置要求计算出所需锁站最大数量；根据获取的泊位作业计划，确定船舶停靠位置与锁站位置信息，在此基础上，基于船头最近满锁站布局策略对船舶停靠位置进行调整，最后生成满足作业要求的作业设备同步预案，包括锁站数量以及锁站位置、岸桥数量与ART数量。
首先，泊位作业计划在基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略下为船舶选择计划停靠泊位（图2），再基于船头最近满锁站布局策略完善泊位作业计划，提升各设备协调能力，提高港口泊位利用率，基于泊位作业计划以及船头最近满锁站布局策略来动态布置锁站，保障加解锁作业能力，实现快速作业功能。
其次，对预计停靠船舶分配相应配比数的岸桥、ART，保证装卸与水平运输作业能力能够满足需求。
本发明有效提高了水平运输系统初始化能力，在提升泊位利用率的前提下动态布置锁站，提升快速作业能力，提高作业设备利用率和整体化运作能力。
上述技术方案中，所述泊位作业计划，是船舶作业任务的详细安排。具体为：通过整合分析船舶信息、码头前沿作业信息、锁站位置信息等，基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略，合理分配停靠泊位，从而确定泊位作业计划。
上述技术方案中，所述基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略，其流程如图2所示，当船舶到港后，按照到港时间先后顺序进行船舶排序，形成船舶队列，依次对各船舶进行泊位安排。若船舶队列中首艘船舶靠泊条件满足，则船舶停靠进行装卸作业。否则，依次调度下一船舶，直到有船舶能够停靠作业。当一艘船舶调度完成后，使其退出船舶队列，然后从未被调度船舶形成的船舶队列中的首艘船舶开始，对所有未被调度船舶，继续按照最初到港时间顺序遍历调度，直至所有船舶调度完成。若即将出现船舶装卸作业时间小于离港时间等情况，则可优先安排靠泊作业，剩余船舶停靠泊位按上述规则依次分配。泊位作业计划初步形成后，水平运输系统同步泊位作业计划，以到港船舶沿用上一船舶的锁站布局为第一优先级，根据泊位作业计划中船舶停靠位置与该泊位当前锁站布置分布情况，基于船头最近满锁站布局策略，判断（判断的匹配标准为目标距离L）当前泊位作业计划是否需要调整。若船舶停靠位置与锁站位置不合理，则更新泊位作业计划，调整船舶停靠位置。
上述策略，船舶到港时间为安排泊位的最高优先级。若有特殊情况（如即将离港、等待时间太长等）可提高其排泊优先级，在实际应用或仿真测试过程中，可根据实际情况对优先级或特殊影响因素进行动态调节，完善泊位分配策略。泊位作业计划更新，则是通过船舶停靠位置与满锁站位置进行匹配程度比较，通过满锁站现有布置合理调整船舶停靠位置。
上述技术方案中，所述基于船头最近满锁站布局策略，锁站有预设位置，如图3所示。暂且称已经安装解锁装置位置称为满锁站4，未安装解锁装置预设锁站称为空锁站3。
假设在最佳锁站布置前提下，靠近船头处锁站（指满锁站且此锁站在船身对应岸线正下方）在水平方向上距船头的阈值距离为目标距离L，即船头处锁站距船头的距离达到目标距离L。
依据泊位作业计划与锁站信息，分析船舶停靠位置与满锁站位置分布情况，一般出现以下两种情况分别是：
情况一（图4），若船头处，在船身正下方且水平距离最小满锁站距船头的距离大于L，则仅需对停靠位置向后微调，使船头处满锁站距船头的距离等于目标距离L；如图4所示，位于船身正下方且距船头水平距离最小的满锁站距离船头距离为L 1 ，此时L 1 大于L，若想调整泊位作业计划，则需使L 1 减小，此情况下调整方式为船舶停靠位置向右移动合适距离，使得调整后船头处满锁站距离船头距离L 3 等于目标距离L，调整后位置如图5所示。
情况二（图6），若船头处，在船身正下方且水平距离最小满锁站距船头的距离小于L，则停靠位置向前微调，使船头处满锁站距船头的距离等于目标距离L；如图6所示，位于船身正下方且距船头水平距离最小的满锁站距离船头为L 1 ，此时，L 1 小于L，若想调整泊位作业计划，则需使L 1 增大。此情况下调整方式为船舶停靠位置向左移动合适距离，使得调整后船头处满锁站距离船头距离L 3 等于目标距离L，调整后位置如图7所示。
其中，所述所需锁站最大数量，根据规定计算公式获得，若当前满锁站数量小于所需锁站最大数量，在船头处满锁站与船尾之间，等距离补充剩余所需满锁站，使满锁站数量满足船舶作业需求。
此策略综合考虑水平运输系统初始化中满锁站、空锁站分布情况，为泊位作业计划提供了一种动态调整方法。
上述技术方案中，所述泊位作业计划包括有船舶船期表，有船舶船期表为未来一周停靠作业船舶泊位作业计划，可提供连续泊位作业计划信息。具有详细工作安排流程、装卸运输设备分配情况，是水平运输系统连续初始化配备作业任务设备的依据。
上述技术方案中，所述水平运输系统初始化，动态同步船舶泊位作业计划，船舶靠港前2-3小时，水平运输系统依据泊位作业计划在泊位处合理分配锁站，安排岸桥以及ART等机械设备，满足停靠船舶作业需求。
上述技术方案中，所述船头最近满锁站布局策略是，水平运输系统同步最终泊位作业计划，根据船舶尺寸、锁站布置要求根据公式计算出所需锁站最大数量M。具体计算方法是：
S1. 根据公式M=（d-L）/（b + a）计算并向下取整，将结果记为N；
其中，a为两座锁站之间规定间隔距离55m，b为锁站长度20m，d为船舶长度，L为船头处锁站距船头的目标距离25m；
S2. 根据公式T=d-L-N×(b+a)求得计算结果；
S3.比较T和b，若T大于等于b，则所需锁站最大数量为N+1；若T小于b，则所需锁站最大数量为N。
若当前满锁站数量小于所需锁站最大数量，在船头处满锁站和船尾之间，补充剩余所需满锁站，使满锁站数量满足船舶作业需求；再根据泊位作业计划船舶停靠位置与锁站位置信息，基于船头最近满锁站布局策略进行决策调整。制定泊位计划过程中，优先根据锁站布局调整船舶停靠位置，锁站等距布置，任意两锁站相距55米，锁站位置尽可能不变，以提高锁站分配效率，减少锁站移动距离，缩短作业时间。
在上述的策略中，重点在于目标距离L的评判与制定，在实际运行或仿真模拟过程中，L取值为25m，可根据实际情况作业任务完成情况调整目标距离阈值，从而完善策略，提高锁站布置效率，提升快速作业能力。
上述技术方案中，水平运输系统岸桥初始化，岸桥作业不间断为最高优先级。为保障岸桥作业效率，根据码头作业管理系统推荐，岸桥与满锁站按1.5：1配置。
上述技术方案中，水平运输系统ART初始化，ART为水平运输主要工具，且需满足岸桥作业不间断作业需求。根据码头作业管理系统车辆需求规则推荐，ART与岸桥按6：1配置。
本发明基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略下为船舶选择计划停靠泊位，再基于船头最近满锁站布局策略完善泊位作业计划；水平运输系统初始化时，首先基于船头最近满锁站布局策略布置锁站，将锁站布置与泊位作业计划动态关联，相互协调，保障加解锁作业能力，实现快速作业功能。其次，水平运输系统对预计停靠船舶分配相应配比数的岸桥、ART，保证装卸与水平运输作业能力能够满足需求。
最后应当说明的是，上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。
此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。

Claims (8)

1.一种顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法，其特征在于，基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略为船舶选择计划停靠泊位，水平运输系统初始化，同步泊位作业计划，基于船头最近满锁站布局策略完善泊位作业计划；水平运输系统同步最终的泊位作业计划，然后基于最终的泊位作业计划，根据船舶尺寸、锁站布置要求计算出所需锁站最大数量；根据最终的泊位作业计划，确定船舶停靠位置与锁站位置信息，基于船头最近满锁站布局策略进行船舶停靠位置调整，最后生成满足作业要求的作业设备同步预案，包括锁站数量以及锁站位置、岸桥数量与ART数量。
2.根据权利要求1所述的顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法，其特征在于，所述泊位作业计划，是船舶作业任务的详细安排，包括进港停靠进行集装箱装卸作业船舶尺寸、泊位、装卸作业量。
3.根据权利要求2所述的顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法，其特征在于，所述泊位作业计划，是通过整合分析船舶信息、码头前沿作业信息、锁站位置信息，基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略分配停靠泊位确定的。
4.根据权利要求3所述的顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法，其特征在于，所述基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略的分配规则如下：
将船舶按到港时间排序、按照时间先后顺序依次对各船舶进行泊位安排；
若首艘船舶满足靠泊条件，则船舶停靠进行装卸作业；否则依次调度下一船舶，直到有船舶能够停靠作业；
当一艘船舶调度完成后，则对所有未被调度船舶，继续按照最初到港时间顺序遍历调度，直至所有船舶调度完成；
若出现船舶装卸作业时间小于离港时间情况，则优先安排靠泊作业，剩余船舶停靠泊位按上述规则依次分配；
泊位作业计划初步形成后，水平运输系统同步泊位作业计划，以到港船舶沿用上一船舶的锁站布局为第一优先级，根据泊位作业计划中船舶停靠位置与该泊位当前锁站分布情况，基于船头最近满锁站布局策略，判断当前泊位作业计划是否需要调整；若船舶停靠位置与锁站位置不匹配，则更新泊位作业计划，调整船舶停靠位置；
上述基于动态锁站配置的FCFS泊位分配策略，船舶到港时间为安排泊位的最高优先级；泊位作业计划更新后，通过船舶停靠位置与满锁站位置进行匹配程度比较，通过满锁站现有布置合理调整船舶停靠位置。
5.根据权利要求4所述顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法，其特征在于，所述基于船头最近满锁站布局策略的规则如下：
设定已经安装解挂锁装置的预设位置为满锁站，未安装解挂锁装置的预设位置称为空锁站；
在预设锁站布置前提下，设船头处锁站沿水平方向距船头的阈值距离为目标距离L，靠近船头处的锁站指满锁站且此锁站在船身正下方；
依据当前泊位作业计划与锁站信息，分析船舶停靠位置与满锁站位置分布情况，对船舶停靠位置调整，具体如下：
若船头处，在船身正下方且水平距离最小的满锁站距船头的距离大于目标距离L，则需对船舶停靠位置向后调整，使船头处满锁站距船头的距离等于目标距离L；若船头处，在船身正下方且水平距离最小的满锁站距船头的距离小于目标距离L，则需对船舶停靠位置向前调整，使船头处满锁站距船头的距离等于目标距离L；
若当前满锁站数量小于所需锁站最大数量，在船头处满锁站与船尾之间，等距离补充剩余所需满锁站，使满锁站数量满足船舶作业需求。
6.根据权利要求1所述顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法，其特征在于，所述泊位作业计划包括有船舶船期表，所述船舶船期表为停靠作业船舶泊位计划，用于提供连续泊位计划信息，包括未来一周集装箱船舶停靠时间、船舶作业顺序、船舶预计工作时间以及计划完工时间，是水平运输系统连续初始化配备作业任务设备的依据。
7.根据权利要求1所述顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法，其特征在于，所述水平运输系统初始化时，动态同步泊位作业计划，船舶靠港前2-3小时，水平运输系统依据同步的泊位作业计划，基于船头最近满锁站布局策略，在泊位处合理分配锁站，满足装卸作业任务的加解锁需求，同时安排岸桥以及ART，满足停靠船舶作业需求。
8.根据权利要求1所述顺岸式边装卸自动化码头动态同步泊位计划方法，其特征在于，所述水平运输系统中岸桥初始化，岸桥作业不间断为最高优先级，岸桥与满锁站按1.5：1配置；满足岸桥作业不间断作业需求，ART与岸桥按6：1配置。
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