KR102185513B1 - 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법 및 시스템이 제시된다. 일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법은, 차량을 통해 부두로 들어온 대기 중인 화물들과 상기 부두에 아직 도착하지 않은 예약 화물들을 대상으로 유전 알고리즘을 이용하여 로로선(ro-ro ship, roll-on/roll-off)에 화물을 적재할 적재 계획을 수립하는 단계; 수립된 상기 적재 계획에 따라 상기 로로선에 선적 가능한 상기 대기 중인 화물들을 선택하여 선적 작업을 수행하며, 부분적으로 상기 적재 계획을 수행하는 단계; 상기 로로선에 적재할 공간이 있는지 여부 및 상기 로로선에 적재할 화물이 있는지 여부를 확인하는 단계; 상기 로로선에 적재할 화물이 있고 상기 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 상기 유전 알고리즘을 이용하여 상기 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립하는 단계; 및 상기 로로선에 적재할 화물이 없거나 상기 로로선에 적재할 공간이 없는 경우, 선적을 완료하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법 및 시스템{Optimal Cargo Loading Planning Method and System for Ro-ro Ship Vessel}
아래의 실시예들은 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법 및 시스템에 관한 것이다.
로로선(Ro-ro ship, Roll-on/roll-off)은 화물을 적재한 트럭이나 트레일러, 또는 일반 차량을 수송하는 화물선으로, 별도의 크레인을 이용하지 않고 차량들이 자가 동력으로 직접 승하선할 수 있는 선박을 말한다. 로로선에 화물을 적재하려면 선박 적재영역 내에 어느 위치에 적재를 할 것인지 결정해야 하는데, 보통 사전에 수립된 계획에 따라 그 위치를 결정하고 화물을 적재한다. 이러한 선적 계획은 사전에 예약된 화물들을 대상으로 선박의 안정성, 적재영역 활용성, 선적작업 효율성 등의 목적을 두고 수립된다.
하지만 선적작업이 시작되면 수립된 계획대로 작업을 할 수 없는 상황이 종종 발생하는데, 이는 예약되지 않은 화물을 급하게 선적해야 하는 상황이 발생하기 때문이기도 하지만 대부분은 계획대로 화물을 적재할 수 있게 순서대로 화물이 부두에 들어오지 않기 때문이다.
도 1은 일반적인 로로선 부두 환경을 설명하기 위한 도면이다.
예를 들어, 로로선(30)의 계획상 적재영역 입구에 적재위치가 결정된 화물이 차량(40)을 이용하여 가장 먼저 부두(10)에 들어와서 이 화물을 그 위치에 적재한 상황을 가정해보면, 적재영역의 입구가 막혀 이후에 다른 화물들을 적재할 수 없게 될 것이다. 이러한 이유로, 도 1에 도시된 바와 같이, 현장에서는 적재 순서를 조절하기 위해 부두(10)의 대기 공간, 즉 주차 공간(20)을 활용하는데 모든 예약 화물을 다 수용할 정도로 주차 공간(20)이 크다면 사전에 수립한 계획대로 아무 문제없이 로로선(30)에 차량(40)을 이용하여 선적작업을 수행할 수 있을 것이다. 하지만, 주차 공간(20)이 작아 주차 공간(20)이 대기 화물들로 꽉 차버리는 경우 어떻게든 선적 계획을 다시 수립하여 선적 작업을 진행해야 할 것이다. 또한, 예약 화물을 모두 수용할 정도로 주차 공간(20)이 큰 경우에도 효율성을 위해 선적 계획을 수립하는 것이 중요하다.
한국공개특허 10-2018-0089953호는 이러한 로로선의 적재 순서 및 위치 결정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 총 적재량을 최대로 할 수 있는 로로선의 적재 순서 및 위치 결정 시스템에 관한 기술을 기재하고 있다.
한국공개특허 10-2018-0089953호
실시예들은 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법 및 시스템에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 비예약 화물과 협소한 주차 공간을 고려하여 일정 주기를 두고 반복하여 실시간으로 선박의 안정성, 적재 영역 활용성 등의 목적을 최대한 달성하는 계획을 수립하는 기술을 제공한다.
일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법은, 차량을 통해 부두로 들어온 대기 중인 화물들과 상기 부두에 아직 도착하지 않은 예약 화물들을 대상으로 유전 알고리즘을 이용하여 로로선(ro-ro ship, roll-on/roll-off)에 화물을 적재할 적재 계획을 수립하는 단계; 수립된 상기 적재 계획에 따라 상기 로로선에 선적 가능한 상기 대기 중인 화물들을 선택하여 선적 작업을 수행하며, 부분적으로 상기 적재 계획을 수행하는 단계; 상기 로로선에 적재할 공간이 있는지 여부 및 상기 로로선에 적재할 화물이 있는지 여부를 확인하는 단계; 상기 로로선에 적재할 화물이 있고 상기 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 상기 유전 알고리즘을 이용하여 상기 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립하는 단계; 및 상기 로로선에 적재할 화물이 없거나 상기 로로선에 적재할 공간이 없는 경우, 선적을 완료하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 적재 계획을 수립하기 이전에, 주차 공간이 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 상기 주차 공간에 대기시키는 단계를 더 포함하고, 상기 로로선에 적재할 화물이 있고 상기 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 다시 상기 주차 공간이 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 상기 주차 공간에 대기시킨 후, 상기 유전 알고리즘을 이용하여 상기 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립할 수 있다.
상기 유전 알고리즘을 이용하여 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 수립하는 단계는, 상기 유전 알고리즘에서 다수의 후보 해로 이루어진 집단을 구성하기 위해, 이미 적재된 화물을 제외하고 상기 부두로 들어온 대기 중인 화물과 상기 예약 화물로 구성된 적재할 화물의 화물 ID 목록으로 해를 인코딩하는 단계; 상기 화물 ID 목록으로 인코딩된 해인 화물 적재 계획을 화물 선적 시뮬레이션을 통해 디코딩하여 해의 적합도를 계산하는 단계; 및 상기 해의 적합도가 계산된 후, 진화 연산을 통해 집단을 진화시켜 나가면서 적재 영역 활용률 및 선박 안정성 측정값을 최대화하는 최적의 해를 탐색하는 단계를 포함하고, 상기 최적의 해를 탐색함에 따라 적재 계획을 수립할 수 있다.
상기 화물 선적 시뮬레이션을 통해 디코딩하여 해의 적합도를 계산하는 단계는, 상기 로로선의 적재 영역을 다각형의 정점의 목록으로 나타내고, 상기 화물 ID 목록이 주어지면 상기 적재 영역의 다각형의 정점 중 입구에서 가장 멀리 떨어진 정점에 가장 근접하게 적재할 수 있는 지점으로 적재 위치를 결정하여, 상기 화물 선적 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
상기 화물 선적 시뮬레이션을 통해 디코딩하여 해의 적합도를 계산하는 단계는, 화물을 적재함에 따라 상기 적재 영역의 정보를 갱신할 수 있고, 적재가 불가능한 영역을 제거하기 위해 적재할 화물 중 가장 작은 크기를 가진 화물을 윈도우로 설정하고, 상기 윈도우를 좌선법에 따라 입구에서 출발시켜 다시 입구로 돌아올 때까지 이동시켜 얻은 궤적으로 새로운 상기 적재 영역의 다각형을 만들어 상기 적재 영역의 정보를 갱신할 수 있다.
디코딩하기 이전에, 상기 화물 ID 목록을 수선하는 해를 수선하는 단계를 더 포함하고, 상기 화물 ID 목록을 수선하는 해를 수선하는 단계는, 반드시 1대 이상의 상기 대기 중인 화물을 적재하고, 상기 예약 화물을 상기 대기 중인 화물보다 우선적으로 선적하기 위해 상기 화물 ID 목록을 수선할 수 있다.
다른 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 시스템은, 차량을 통해 부두로 들어온 대기 중인 화물들과 상기 부두에 아직 도착하지 않은 예약 화물들을 대상으로 유전 알고리즘을 이용하여 로로선(ro-ro ship, roll-on/roll-off)에 화물을 적재할 적재 계획을 수립하는 적재 계획 수립부; 수립된 상기 적재 계획에 따라 상기 로로선에 선적 가능한 상기 대기 중인 화물들을 선택하여 선적 작업을 수행하며, 부분적으로 상기 적재 계획을 수행하는 적재 계획 수행부; 및 상기 로로선에 적재할 공간이 있는지 여부 및 상기 로로선에 적재할 화물이 있는지 여부를 확인하는 적재 여부 판단부를 포함하고, 상기 적재 여부 판단부에서 상기 로로선에 적재할 화물이 있고 상기 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 상기 적재 계획 수립부에서 상기 유전 알고리즘을 이용하여 상기 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립하며, 상기 로로선에 적재할 화물이 없거나 상기 로로선에 적재할 공간이 없는 경우, 선적을 완료할 수 있다.
상기 적재 계획을 수립하기 이전에, 주차 공간이 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 상기 주차 공간에 대기시키는 주차 공간 확인부를 더 포함하고, 상기 적재 여부 판단부에서 상기 로로선에 적재할 화물이 있고 상기 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 상기 주차 공간 확인부는 다시 상기 주차 공간이 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 상기 주차 공간에 대기시킨 후, 상기 적재 계획 수립부에서 상기 유전 알고리즘을 이용하여 상기 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립할 수 있다.
상기 적재 계획 수립부는, 상기 유전 알고리즘에서 다수의 후보 해로 이루어진 집단을 구성하기 위해, 이미 적재된 화물을 제외하고 상기 부두로 들어온 대기 중인 화물과 상기 예약 화물로 구성된 적재할 화물의 화물 ID 목록으로 해를 인코딩하는 해 인코딩부; 상기 화물 ID 목록으로 인코딩된 해인 화물 적재 계획을 화물 선적 시뮬레이션을 통해 디코딩하여 해의 적합도를 계산하는 해 적합도 계산부; 및 상기 해의 적합도가 계산된 후, 진화 연산을 통해 집단을 진화시켜 나가면서 적재 영역 활용률 및 선박 안정성 측정값을 최대화하는 최적의 해를 탐색하는 최적의 해 탐색부를 포함하고, 상기 최적의 해를 탐색함에 따라 적재 계획을 수립할 수 있다.
상기 해 적합도 계산부는, 상기 로로선의 적재 영역을 다각형의 정점의 목록으로 나타내고, 상기 화물 ID 목록이 주어지면 상기 적재 영역의 다각형의 정점 중 입구에서 가장 멀리 떨어진 정점에 가장 근접하게 적재할 수 있는 지점으로 적재 위치를 결정하여, 상기 화물 선적 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
실시예들에 따르면 비예약 화물과 협소한 주차 공간을 고려하여 일정 주기를 두고 반복하여 실시간으로 선박의 안정성, 적재 영역 활용성 등의 목적을 최대한 달성하는 계획을 수립할 수 있다.
도 1은 일반적인 로로선 부두 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 유전 알고리즘을 이용하여 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 수립 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 유전 알고리즘의 후보 해 표현을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 화물 적재 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 화물 선적을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 화물 적재 영역의 갱신을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 해 수선의 1단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 해 수선의 2단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 해 수선의 3단계를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법 및 시스템에 관한 것으로, 비예약 화물과 협소한 주차 공간을 고려하여 일정 주기를 두고 반복하여 실시간으로 선박의 안정성, 적재 영역 활용성 등의 목적을 최대한 달성하는 계획을 수립할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 시스템(200)은 적재 계획 수립부(220), 적재 계획 수행부(230) 및 적재 여부 판단부(240)를 포함하여 이루어질 수 있다. 실시예에 따라 주차 공간 확인부(210)를 더 포함할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 시스템(200)은 컴퓨터 시스템의 내부 구성일 수 있으며, 하나의 프로세서에 포함될 수 있다. 프로세서는 예를 들어 컴퓨터 프로세서, 이동 장치 또는 다른 전자 장치 내의 프로세서 및/또는 디지털 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 예를 들어, 서버 컴퓨팅 디바이스, 서버 컴퓨터, 일련의 서버 컴퓨터들, 서버 팜, 클라우드 컴퓨터, 컨텐츠 플랫폼, 이동 컴퓨팅 장치, 스마트폰, 태블릿, 셋톱 박스, 미디어 플레이어 등에 포함될 수 있다. 프로세서는 버스를 통해 메모리에 접속될 수 있다.
주차 공간 확인부(210)는 주차 공간(주차장)이 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 주차 공간에 대기시킬 수 있다.
적재 계획 수립부(220)는 차량을 통해 부두로 들어온 대기 중인 화물들과 부두에 아직 도착하지 않은 예약 화물들을 대상으로 유전 알고리즘을 이용하여 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 수립할 수 있다. 한편, 적재 계획 수립부(220)는 해 인코딩부(221), 해 수선부(222), 해 적합도 계산부(223) 및 최적의 해 탐색부(224)를 포함하여 이루어질 수 있다.
적재 계획 수행부(230)는 수립된 적재 계획에 따라 로로선에 선적 가능한 대기 중인 화물들을 선택하여 선적 작업을 수행하며, 부분적으로 적재 계획을 수행할 수 있다.
적재 여부 판단부(240)는 로로선에 적재할 공간이 있는지 여부 및 로로선에 적재할 화물이 있는지 여부를 확인할 수 있다.
적재 여부 판단부(240)에서 로로선에 적재할 화물이 있고 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 적재 계획 수립부(220)에서 유전 알고리즘을 이용하여 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립하며, 로로선에 적재할 화물이 없거나 로로선에 적재할 공간이 없는 경우, 선적을 완료할 수 있다. 특히, 적재 여부 판단부(240)에서 로로선에 적재할 화물이 있고 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 주차 공간 확인부(210)는 다시 주차 공간이 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 주차 공간에 대기시킨 후, 적재 계획 수립부(220)에서 유전 알고리즘을 이용하여 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립할 수 있다.
일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 시스템(200)은 다음과 같은 순서로 동작할 수 있다.
먼저, 주차 공간이 다 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 주차 공간에 대기시킬 수 있다. 주차 공간이 다 채워질 경우 유전 알고리즘을 이용하여 적재 계획을 수립하는데, 차후에 들어올 화물(예약 화물)까지 모두 고려하여 계획을 수립할 수 있다. 그 후, 수립된 계획을 토대로 현재 주차 공간에서 선적할 수 있는 화물을 선택하여 부분적으로 계획을 수행할 수 있다. 이 과정을 반복하며 선적 작업을 수행하며 더 이상 적재할 화물이 남지 않거나 적재할 공간이 없을 경우 시스템 동작을 종료할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법은, 차량을 통해 부두로 들어온 대기 중인 화물들과 부두에 아직 도착하지 않은 예약 화물들을 대상으로 유전 알고리즘을 이용하여 로로선(ro-ro ship, roll-on/roll-off)에 화물을 적재할 적재 계획을 수립하는 단계(S120), 수립된 적재 계획에 따라 로로선에 선적 가능한 대기 중인 화물들을 선택하여 선적 작업을 수행하며, 부분적으로 적재 계획을 수행하는 단계(S130), 로로선에 적재할 공간이 있는지 여부 및 로로선에 적재할 화물이 있는지 여부를 확인하는 단계(S140), 로로선에 적재할 화물이 있고 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 유전 알고리즘을 이용하여 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립하는 단계, 및 로로선에 적재할 화물이 없거나 로로선에 적재할 공간이 없는 경우, 선적을 완료하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 적재 계획을 수립하기 이전에, 주차 공간이 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 주차 공간에 대기시키는 단계(S110)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 유전 알고리즘을 이용하여 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 수립 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 유전 알고리즘을 이용하여 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 수립하는 단계(S120)는, 유전 알고리즘에서 다수의 후보 해로 이루어진 집단을 구성하기 위해, 이미 적재된 화물을 제외하고 부두로 들어온 대기 중인 화물과 예약 화물로 구성된 적재할 화물의 화물 ID 목록으로 해를 인코딩하는 단계(S121), 화물 ID 목록으로 인코딩된 해인 화물 적재 계획을 화물 선적 시뮬레이션을 통해 디코딩하여 해의 적합도를 계산하는 단계(S123), 및 해의 적합도가 계산된 후, 진화 연산을 통해 집단을 진화시켜 나가면서 적재 영역 활용률 및 선박 안정성 측정값을 최대화하는 최적의 해를 탐색하는 단계(S124)를 포함하고, 최적의 해를 탐색함에 따라 적재 계획을 수립할 수 있다.
또한, 유전 알고리즘을 이용하여 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 수립하는 단계(S120)는, 디코딩하기 이전에, 화물 ID 목록을 수선하는 해를 수선하는 단계(S122)를 더 포함할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법의 각 단계를 보다 상세히 설명한다.
일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법은 일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 시스템(200)을 통해 보다 구체적으로 설명할 수 있다. 일 실시예에 따른 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 시스템(200)은 적재 계획 수립부(220), 적재 계획 수행부(230) 및 적재 여부 판단부(240)를 포함하여 이루어질 수 있다. 실시예에 따라 주차 공간 확인부(210)를 더 포함할 수 있다.
단계(S110)에서, 주차 공간 확인부(210)는 주차 공간이 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 주차 공간에 대기시킬 수 있다. 예를 들어, 주차 공간 확인부(210)는 부두에 화물을 적재한 차량이 주차하여 대기할 수 있는 주차 공간을 확인하고, 주차 공간이 여유 공간이 있는지 여부를 확인하여 주차 공간이 여유가 없는 경우 최적의 적재 계획을 수립할 수 있다.
단계(S120)에서, 적재 계획 수립부(220)는 차량을 통해 부두로 들어온 대기 중인 화물들과 부두에 아직 도착하지 않은 예약 화물들을 대상으로 유전 알고리즘을 이용하여 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 수립할 수 있다.
유전 알고리즘으로 적재 계획을 수립할 때, 여러 가지 목적을 최대한 달성하도록 최적화하는데, 예를 들어 공간 손실률 최소화, 선박 안정성 보장 등이 있을 수 있다. 여기에서는, 하나의 예로써 선박 안정성과 공간 활용률을 최대화하도록 유전 알고리즘의 목적 함수가 설계되었다.
유전 알고리즘은 널리 알려진 탐색 알고리즘으로 다수의 후보 해(candidate solution)로 이루어진 집단(population)을 구성하고, 각 후보 해의 적합도(fitness)를 계산한 후 진화 연산을 통해 집단을 진화시켜 나가면서 최적의 해를 탐색할 수 있다.
한편, 적재 계획 수립부(220)는 해 인코딩부(221), 해 수선부(222), 해 적합도 계산부(223) 및 최적의 해 탐색부(224)를 포함하여 이루어질 수 있다.
단계(S121)에서, 해 인코딩부(221)는 유전 알고리즘에서 다수의 후보 해로 이루어진 집단을 구성하기 위해, 이미 적재된 화물을 제외하고 부두로 들어온 대기 중인 화물과 예약 화물로 구성된 적재할 화물의 화물 ID 목록으로 해를 인코딩할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 유전 알고리즘의 후보 해 표현을 설명하기 위한 도면이다.
본 시스템에서 유전 알고리즘의 후보 해는 후보 적재 계획을 의미하며, 도 5에 도시된 바와 같이, 적재할 화물의 화물 ID 목록으로 해를 인코딩할 수 있다. 화물 ID 목록은 이미 적재된 화물을 제외한 총 예약 화물과 부두에 들어온 비예약 화물(즉, 대기 중인 화물)로 구성할 수 있다. 이 목록은 순서를 가지고 있으며, 유전 알고리즘의 초기 후보 해 집단은 무작위 순서를 가진 화물 ID 목록으로 구성할 수 있다.
단계(S123)에서, 해 적합도 계산부(223)는 화물 ID 목록으로 인코딩된 해인 화물 적재 계획을 화물 선적 시뮬레이션을 통해 디코딩하여 해의 적합도를 계산할 수 있다.
보다 구체적으로, 화물 ID 목록으로 인코딩된 화물 적재 계획은 시뮬레이션을 통해 디코딩되어 그 적합도가 계산되는데, 그 값은 시뮬레이션 결과로 확인할 수 있는 적재 영역 활용률과 선박 안정성 측정값이다.
여기서, 적재 영역 활용률이란 모든 화물을 선적한 후, “선적 화물 점유 영역의 총 넓이”에서 “안전거리를 포함한 모든 화물의 넓이 합”의 비율이다. 즉, 적재된 화물로 인해 불필요하게 점유된 영역의 넓이가 좁을수록 적재 영역 활용률은 높아진다. 또한, 선박 안정성 측정값은 선박의 무게중심 좌표와 모든 화물을 적재한 후 무게중심 좌표의 직선거리를 사용할 수 있다. 이 거리 값이 작을수록 선박의 안정성이 높다고 판단할 수 있다. 이러한 적재 영역 활용률과 선박 안정성 측정값과 같은 적합도를 사용함으로써 유전 알고리즘을 통해 선박 안정성과 공간 활용률이 높은 화물 적재 계획을 탐색할 수 있다.
해 적합도 계산부(223)는 로로선의 적재 영역을 다각형의 정점의 목록으로 나타내고, 화물 ID 목록이 주어지면 적재 영역의 다각형의 정점 중 입구에서 가장 멀리 떨어진 정점에 가장 근접하게 적재할 수 있는 지점으로 적재 위치를 결정하여, 화물 선적 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 화물 적재 영역을 설명하기 위한 도면이다. 화물 ID 목록으로 인코딩된 해를 화물 선적 시뮬레이션을 수행하여 디코딩할 수 있으며, 자세한 시뮬레이션 과정은 다음과 같다. 적재 영역은 다각형, 즉 정점의 목록으로 나타낼 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 몇 개의 화물이 선적된 상태의 적재 영역을 확인할 수 있다.
해 적합도 계산부(223)는 화물을 적재함에 따라 적재 영역의 정보를 갱신할 수 있고, 적재가 불가능한 영역을 제거하기 위해 적재할 화물 중 가장 작은 크기를 가진 화물을 윈도우로 설정하고, 윈도우를 좌선법에 따라 입구에서 출발시켜 다시 입구로 돌아올 때까지 이동시켜 얻은 궤적으로 새로운 적재 영역의 다각형을 만들어 적재 영역의 정보를 갱신할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 화물 선적을 설명하기 위한 도면이다. 후보 해, 즉 화물 ID 목록이 주어지면, 도 7에 도시된 바와 같이, 처음부터 순서대로 ID에 해당하는 화물을 적재 영역에 적재하는데, 그 위치는 선박 적재 영역 다각형의 정점 중 입구에서 가장 멀리 떨어진 정점에 가장 근접하게 적재할 수 있는 지점으로 결정할 수 있다.
이렇게 화물을 적재하면 선박 적재 영역 정보를 갱신할 수 있다. 이 때, 실제로 적재가 불가능한 영역을 제거하기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다. 도 8은 일 실시예에 따른 화물 적재 영역의 갱신을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 적재할 화물 중 가장 작은 크기를 가진 화물을 윈도우로 설정할 수 있다. 그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 이 윈도우를 좌선법에 따라 입구에서 출발시켜 다시 입구로 돌아올 때까지 이동시켜 얻은 궤적으로 새로운 다각형을 만들 수 있다. 이 다각형은 기존 다각형에서 실제로 적재가 불가능한 영역이 제거된 것이므로 이 다각형을 새로운 선박 적재 영역의 다각형으로 설정할 수 있다. 화물 ID 목록의 모든 화물을 적재할 때까지 이 과정을 반복할 수 있다.
한편, 위와 같이 해를 디코딩하기 전에 먼저 화물 ID의 목록을 수선하는 작업을 수행해야 한다. 그 첫 번째 이유는 반드시 1대 이상의 대기 화물을 적재하기 위함이고, 두 번째 이유는 예약 화물을 비 예약 화물보다 우선적으로 선적하기 위함이다.
즉, 단계(S122)에서, 해 수선부(222)는 디코딩하기 이전에, 화물 ID 목록을 수선하는 해를 수선할 수 있다. 해 수선부(222)는 반드시 1대 이상의 대기 중인 화물을 적재하고, 예약 화물을 대기 중인 화물보다 우선적으로 선적하기 위해 화물 ID 목록을 수선할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 해 수선의 1단계를 설명하기 위한 도면이다.
반드시 1대 이상의 대기 화물을 적재하기 위해, 도 9에 도시된 바와 같이, 화물 ID 목록 중 가장 앞선 순서의 대기 화물을 찾을 수 있다. 여기에서, 해칭은 화물의 종류를 의미하고 굵은 테두리는 주차 공간에서 대기하고 있는 화물을 의미한다.
도 10은 일 실시예에 따른 해 수선의 2단계를 설명하기 위한 도면이다.
그리고 최대한 많은 대기 화물을 선적하기 위해 뒤 순서의 대기 화물과 같은 종류의 화물이 앞 순서에 있다면 순서를 서로 바꿀 수 있다. 도 10을 참조하면, 이 과정을 확인할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 해 수선의 3단계를 설명하기 위한 도면이다.
그 후에는 예약 화물을 우선하기 위해, 도 11에 도시된 바와 같이, 뒤 순서의 예약 화물과 같은 종류의 비 예약 화물이 앞 순서에 있다면 순서를 서로 바꿀 수 있다.
단계(S124)에서, 최적의 해 탐색부(224)는 해의 적합도가 계산된 후, 진화 연산을 통해 집단을 진화시켜 나가면서 적재 영역 활용률 및 선박 안정성 측정값을 최대화하는 최적의 해를 탐색할 수 있다. 이에 따라 최적의 해를 탐색함에 따라 적재 계획을 수립할 수 있다.
다시 말하면, 위와 같은 과정을 통해 해의 적합도가 계산되면 교배(cross over), 돌연변이(mutation) 등과 같은 진화 연산을 통해 집단을 진화시켜 나가면서 선박 안정성과 공간 활용성을 최대화하는 최적의 해를 탐색할 수 있다. 최적 해가 탐색되면 이를 이용하여 주차 공간에서 대기하고 있는 화물 중 선적 대상을 선택하고 선적 작업을 수행할 수 있다. 예를 들어 도 1의 아래에 위치한 해가 최적 해로 탐색되었다면 Cargo 11, Cargo 15, Cargo 20 화물이 선적 대상으로 선택되어 선박에 적재될 수 있다.
여기서, 교배란, 2개의 후보 적재 순서의 기호열 등을 교차시켜 새로운 후보 적재 순서를 생성하는 것을 말한다. 단, 이에 제한되지 않고, 2개뿐만 아니라 3개 이상의 후보 적재 순서의 기호열 등을 교차하여 새로운 후보 적재 순서를 생성할 수도 있다. 예를 들어, SBX(Simulated Binary Crossover) 연산을 수행할 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 돌연변이란, 하나의 후보 적재 순서의 기호열의 적어도 일부를 순서 혹은 임의로 변경시켜 다른 후보 적재 순서를 생성하는 방식을 말한다. 이러한 돌연변이 연산은 교배에 의해서 전체 후보 적재 순서가 하나의 지역 최적의 해에 빠져드는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, PM(Polynomial Mutation) 연산을 수행할 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니다.
단계(S130)에서, 적재 계획 수행부(230)는 수립된 적재 계획에 따라 로로선에 선적 가능한 대기 중인 화물들을 선택하여 선적 작업을 수행하며, 부분적으로 적재 계획을 수행할 수 있다.
단계(S140)에서, 적재 여부 판단부(240)는 로로선에 적재할 공간이 있는지 여부 및 로로선에 적재할 화물이 있는지 여부를 확인할 수 있다.
적재 여부 판단부(240)에서 로로선에 적재할 화물이 있고 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 적재 계획 수립부(220)에서 유전 알고리즘을 이용하여 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립하며, 로로선에 적재할 화물이 없거나 로로선에 적재할 공간이 없는 경우, 선적을 완료할 수 있다.
보다 구체적으로, 적재 여부 판단부(240)에서 로로선에 적재할 화물이 있고 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 주차 공간 확인부(210)는 다시 주차 공간이 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 주차 공간에 대기시킨 후, 적재 계획 수립부(220)에서 유전 알고리즘을 이용하여 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 차량을 통해 부두로 들어온 대기 중인 화물들과 상기 부두에 아직 도착하지 않은 예약 화물들을 대상으로 유전 알고리즘을 이용하여 로로선(ro-ro ship, roll-on/roll-off)에 화물을 적재할 적재 계획을 수립하는 단계;
    수립된 상기 적재 계획에 따라 상기 로로선에 선적 가능한 상기 대기 중인 화물들을 선택하여 선적 작업을 수행하며, 부분적으로 상기 적재 계획을 수행하는 단계;
    상기 로로선에 적재할 공간이 있는지 여부 및 상기 로로선에 적재할 화물이 있는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 로로선에 적재할 화물이 있고 상기 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 상기 유전 알고리즘을 이용하여 상기 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립하는 단계; 및
    상기 로로선에 적재할 화물이 없거나 상기 로로선에 적재할 공간이 없는 경우, 선적을 완료하는 단계
    를 포함하고,
    상기 유전 알고리즘을 이용하여 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 수립하는 단계는,
    상기 유전 알고리즘에서 다수의 후보 해로 이루어진 집단을 구성하기 위해, 이미 적재된 화물을 제외하고 상기 부두로 들어온 대기 중인 화물과 상기 예약 화물로 구성된 적재할 화물의 화물 ID 목록으로 해를 인코딩하는 단계;
    상기 화물 ID 목록으로 인코딩된 해인 화물 적재 계획을 화물 선적 시뮬레이션을 통해 디코딩하여 해의 적합도를 계산하는 단계; 및
    상기 해의 적합도가 계산된 후, 진화 연산을 통해 집단을 진화시켜 나가면서 적재 영역 활용률 및 선박 안정성 측정값을 최대화하는 최적의 해를 탐색하는 단계
    를 포함하고,
    상기 최적의 해를 탐색함에 따라 적재 계획을 수립하는 것
    을 특징으로 하는, 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적재 계획을 수립하기 이전에, 주차 공간이 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 상기 주차 공간에 대기시키는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 로로선에 적재할 화물이 있고 상기 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 다시 상기 주차 공간이 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 상기 주차 공간에 대기시킨 후, 상기 유전 알고리즘을 이용하여 상기 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립하는 것
    을 특징으로 하는, 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화물 선적 시뮬레이션을 통해 디코딩하여 해의 적합도를 계산하는 단계는,
    상기 로로선의 적재 영역을 다각형의 정점의 목록으로 나타내고, 상기 화물 ID 목록이 주어지면 상기 적재 영역의 다각형의 정점 중 입구에서 가장 멀리 떨어진 정점에 가장 근접하게 적재할 수 있는 지점으로 적재 위치를 결정하여, 상기 화물 선적 시뮬레이션을 수행하는 것
    을 특징으로 하는, 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 화물 선적 시뮬레이션을 통해 디코딩하여 해의 적합도를 계산하는 단계는,
    화물을 적재함에 따라 상기 적재 영역의 정보를 갱신할 수 있고, 적재가 불가능한 영역을 제거하기 위해 적재할 화물 중 가장 작은 크기를 가진 화물을 윈도우로 설정하고, 상기 윈도우를 좌선법에 따라 입구에서 출발시켜 다시 입구로 돌아올 때까지 이동시켜 얻은 궤적으로 새로운 상기 적재 영역의 다각형을 만들어 상기 적재 영역의 정보를 갱신하는 것
    을 특징으로 하는, 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    디코딩하기 이전에, 상기 화물 ID 목록을 수선하는 해를 수선하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 화물 ID 목록을 수선하는 해를 수선하는 단계는,
    반드시 1대 이상의 상기 대기 중인 화물을 적재하고, 상기 예약 화물을 상기 대기 중인 화물보다 우선적으로 선적하기 위해 상기 화물 ID 목록을 수선하는 것
    을 특징으로 하는, 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 방법.
  7. 차량을 통해 부두로 들어온 대기 중인 화물들과 상기 부두에 아직 도착하지 않은 예약 화물들을 대상으로 유전 알고리즘을 이용하여 로로선(ro-ro ship, roll-on/roll-off)에 화물을 적재할 적재 계획을 수립하는 적재 계획 수립부;
    수립된 상기 적재 계획에 따라 상기 로로선에 선적 가능한 상기 대기 중인 화물들을 선택하여 선적 작업을 수행하며, 부분적으로 상기 적재 계획을 수행하는 적재 계획 수행부; 및
    상기 로로선에 적재할 공간이 있는지 여부 및 상기 로로선에 적재할 화물이 있는지 여부를 확인하는 적재 여부 판단부
    를 포함하고,
    상기 적재 여부 판단부에서 상기 로로선에 적재할 화물이 있고 상기 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 상기 적재 계획 수립부에서 상기 유전 알고리즘을 이용하여 상기 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립하며, 상기 로로선에 적재할 화물이 없거나 상기 로로선에 적재할 공간이 없는 경우, 선적을 완료하고,
    상기 적재 계획 수립부는,
    상기 유전 알고리즘에서 다수의 후보 해로 이루어진 집단을 구성하기 위해, 이미 적재된 화물을 제외하고 상기 부두로 들어온 대기 중인 화물과 상기 예약 화물로 구성된 적재할 화물의 화물 ID 목록으로 해를 인코딩하는 해 인코딩부;
    상기 화물 ID 목록으로 인코딩된 해인 화물 적재 계획을 화물 선적 시뮬레이션을 통해 디코딩하여 해의 적합도를 계산하는 해 적합도 계산부; 및
    상기 해의 적합도가 계산된 후, 진화 연산을 통해 집단을 진화시켜 나가면서 적재 영역 활용률 및 선박 안정성 측정값을 최대화하는 최적의 해를 탐색하는 최적의 해 탐색부
    를 포함하고,
    상기 최적의 해를 탐색함에 따라 적재 계획을 수립하는 것을 특징으로 하는, 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적재 계획을 수립하기 이전에, 주차 공간이 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 상기 주차 공간에 대기시키는 주차 공간 확인부
    를 더 포함하고,
    상기 적재 여부 판단부에서 상기 로로선에 적재할 화물이 있고 상기 로로선에 적재할 공간이 있는 경우, 상기 주차 공간 확인부는 다시 상기 주차 공간이 채워질 때까지 차량을 통해 부두로 들어오는 화물들을 상기 주차 공간에 대기시킨 후, 상기 적재 계획 수립부에서 상기 유전 알고리즘을 이용하여 상기 로로선에 화물을 적재할 적재 계획을 다시 수립하는 것
    을 특징으로 하는, 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 시스템.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 해 적합도 계산부는,
    상기 로로선의 적재 영역을 다각형의 정점의 목록으로 나타내고, 상기 화물 ID 목록이 주어지면 상기 적재 영역의 다각형의 정점 중 입구에서 가장 멀리 떨어진 정점에 가장 근접하게 적재할 수 있는 지점으로 적재 위치를 결정하여, 상기 화물 선적 시뮬레이션을 수행하는 것
    을 특징으로 하는, 로로선 화물 최적 선적 계획 수립 시스템.
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