集装箱码头泊位调度问题的启发式算法研究
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收 稿 日期 ：２ １ —０ Ｏ ０ ９—１ １ 基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学基 金 项 目 （ ０ ７ ０ ７ ；山东 省 自然 科 学 基 金项 目（ Ｒ ０ Ｏ ７６１５） Ｚ ２ １ ＧＭｏ ６ ｏ） 作 者 简 介 ：张 海 滨 （ ８ 一 ， ， 士 研 究 生 ， １ ２ ）男 硕 ９ 主要 从 事 集 装 箱 码 头 泊 位 调 度 的研 究 。
泊 位 的特点分 为离 散泊 位分 配和连 续泊 位分 配 ， 据作 业特 点 分 为静态 泊 位分 配 和 动态 泊位 分 配 。泊位 分 根
配 问 题 作 为 ＮＰ难 问 题 ， 以视 为 指 派 问题 或 者 划 分 问 题 ＿ ； ａ 等 ＿ 提 出 了 以先 到 先 服 务 为 准 则 的 动 态 泊 可 １ Ｌｉ ２
一
种求 解集 装箱 码头连 续 泊位分 配 问题启 发式算 法 。仿真算 例结果 表 明该算 法能在 实 际
的集装 箱码 头泊位 调度 中有 效 的提高泊 位 的利用 率 。 关 键 词 ： 位 分 配 ；装 箱 问 题 ； 发 式 算 法 泊 启
中 图 分 类 号 ：Ｕ６ ２ ４ ９ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ
位 调度 的启发 式算 法 ；ｍａ［ 提 出 了一种 离 散 泊位 下 静态 和 动态 泊 位分 配 的 启 发式 算 法 ； ｏｄ ａ Ｉ ｉ Ｃ ｒｅ ｕ等 ＿ 利 ６
用 禁 忌 搜 索 方 法 对 动 态 泊 位 分 配 问 题 进 行 了求 解 ； ｍ 等 ＿ 建 立 了 惩 罚 策 略 下 的 最 小 费 用 泊 位 动 态 分 配 模 Ｋｉ ７
第 ２ 卷 第 ４期 ５
２０１０年 １２月
青 岛大学学 报 （ 程技术版 ） 工
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＩ ＮＧＤＡＯ ＵＮＩ ＲＳ ＴＹ （ ＶＥ Ｉ Ｅ＆Ｔ）
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ４ １２ ．
Ｄｅ ． ２ ０ １ ０ ｃ
文章 编 号 ：１ ０ ０ ６—９ ９ （ ０ Ｏ ０ ７ ８ ２ １ ） ４—０ ５ ０ ７—０ ４
泊 位作 为港 口运输 中一 种重 要 的资源 ， 是影 响港 口发 展 的关键 因素之 一 。随 着港 口之 间 的竞争 越 来越 激烈 ， 如何最 大 限度提 高泊位 的利 用率 、 加快 船舶 的装 卸速度 ， 高港 口作 业效 率 和服务水 平 ， 增强港 口竞 提 是
争 力 的 关 键 因 素 之 一 。 因 此 ， 位 调 度 问 题 成 为 港 口 运 输 中研 究 的 一 项 重 点 内 容 之 一 。 泊 位 分 配 问 题 根 据 泊
集装 箱码 头 泊 位 调 度 问题 的 启发 式算 法 研 究
张 海 滨 ，张 纪 会 ，宣 金 钊
（ 岛 大 学 复 杂 性 科 学研 究 所 ，山 东 青 岛 ２ ６ ７ ） 青 ６ ０ １ 摘 要 ： 优 化 集 装 箱 码 头 泊 位 的 分 配 ， 高 泊 位 的 利 用 率 ， 码 头 泊 位 的 调 度 问题 转 化 为 为 提 把 带有约 束条 件 的特殊二 维装 箱 问题 。通过 建立 连续 泊 位 调度 的非线 性 规划 模 型 ， 出 了 提
５ ８
青 岛 大学 学 报 （ 程 技 术 版 ） 工
第 ２ ５卷
舶 Ｊ作业需要 的时 问 ； Ｓ表示 二维坐 标下某一 时间 内船舶靠 泊作 业所 占的面积 （ 位长 度 和时 间的乘 积 ）Ｖ 泊 ， 表示 等待靠泊船 舶的集合 。 ２ 任意时刻所 有正在作 业船舶 占用泊位 的长度不 超过连 续泊位 的总长度 ， ） 其模 型为
建 立 模 型 作 如 下 假 设 ： 型 中 的 泊 位 是 连 续 的 ， 入 待 泊 区 域 的 集 装 箱 船 舶 都 可 以 进 入 泊 位 作 业 区 域 进 行 模 进 作 业 ； 据 集 装 箱 采 取 班 轮 运 输 的特 点 ， 设 船 舶 的 作 业 时 间 由 所 在 目的 港 装 卸 箱 子 的 数 量 决 定 ， 船 舶 的 根 假 与
靠泊位 置无关 ； 设船 舶都wenku.baidu.com能按 照预计 时 间到达 目的 港 ， 以根据 船 舶 的预 计 到达 时 间对 船 舶进 行 分 配靠 假 可
泊位置 。
建 立 ３一 直角坐 标 系 ， 轴表示 作业 时 间 ， 轴表 示 离散 泊 位 长度 。则 连 续泊 位 调度 的模 型可 以描 述 ２
型 ， 利 用模拟 退火 算法 进行 了求解 ； ｎ ｃ 并 Ｍｏ ａｏ等 ＿ 通 过 考 虑 船舶 总 的在港 时 间 ， 立 了一 种 连 续泊 位 动 态 ８ 建
分 配模 型并进 行求解 ； ｎ ｅ ＿ 基 于在 港时 间和 在港费 用综 合 考虑 建 立 了相 应 的模 型 ， 进行 了仿 真 求 Ｈａ ｓ ｎ等ｌ ９ 并
解 。 本 文 仅 考 虑 泊 位 一 种 因 素 ， 立 了连 续 的 动 态 泊 位 分 配 优 化 模 型 ， 出 了 一 种 启 发 式 算 法 可 以 求 得 模 型 建 提
的近 似最优 解 。
１ 以利 用 率最 高 为 目标 的泊 位调 度 模 型
泊位 调度 问题实 际是 如何安 排船 舶靠 泊 的时间 和靠 泊位 置 ， 某 一 时 问 内港 口泊位 的利 用率 最 高 。实 使 际上 泊位 的划分 主要是 逻辑 划分 而非物 理划 分 。 目前 国际 上的集装 箱运 输都 是采用 班轮 运输方 式 ， 因此 ， 为
为：
１ 某一 时 间段 内通过合 理安 排船 舶靠泊 作业 顺序 和作业 位置使 泊位 的利 用率最 大 ， 模型 为 ） 其
ｍｘ ａ ∑ｚ ｓ Ｆ一 ， ／ ｔ
Ｊ∈
（） １
式 中 ，， 示 船 舶 Ｊ安 全 作 业 需 要 的 泊 位 长 度 （ 中 包 括 船 舶 的 长 度 和 船 舶 安 全 作 业 之 间 的 距 离 ） ｔ 表 示 船 ｚ表 其 ；，
泊 位 的特点分 为离 散泊 位分 配和连 续泊 位分 配 ， 据作 业特 点 分 为静态 泊 位分 配 和 动态 泊位 分 配 。泊位 分 根
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一
种求 解集 装箱 码头连 续 泊位分 配 问题启 发式算 法 。仿真算 例结果 表 明该算 法能在 实 际
的集装 箱码 头泊位 调度 中有 效 的提高泊 位 的利用 率 。 关 键 词 ： 位 分 配 ；装 箱 问 题 ； 发 式 算 法 泊 启
中 图 分 类 号 ：Ｕ６ ２ ４ ９ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ
位 调度 的启发 式算 法 ；ｍａ［ 提 出 了一种 离 散 泊位 下 静态 和 动态 泊 位分 配 的 启 发式 算 法 ； ｏｄ ａ Ｉ ｉ Ｃ ｒｅ ｕ等 ＿ 利 ６
用 禁 忌 搜 索 方 法 对 动 态 泊 位 分 配 问 题 进 行 了求 解 ； ｍ 等 ＿ 建 立 了 惩 罚 策 略 下 的 最 小 费 用 泊 位 动 态 分 配 模 Ｋｉ ７
第 ２ 卷 第 ４期 ５
２０１０年 １２月
青 岛大学学 报 （ 程技术版 ） 工
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＩ ＮＧＤＡＯ ＵＮＩ ＲＳ ＴＹ （ ＶＥ Ｉ Ｅ＆Ｔ）
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ４ １２ ．
Ｄｅ ． ２ ０ １ ０ ｃ
文章 编 号 ：１ ０ ０ ６—９ ９ （ ０ Ｏ ０ ７ ８ ２ １ ） ４—０ ５ ０ ７—０ ４
泊 位作 为港 口运输 中一 种重 要 的资源 ， 是影 响港 口发 展 的关键 因素之 一 。随 着港 口之 间 的竞争 越 来越 激烈 ， 如何最 大 限度提 高泊位 的利 用率 、 加快 船舶 的装 卸速度 ， 高港 口作 业效 率 和服务水 平 ， 增强港 口竞 提 是
争 力 的 关 键 因 素 之 一 。 因 此 ， 位 调 度 问 题 成 为 港 口 运 输 中研 究 的 一 项 重 点 内 容 之 一 。 泊 位 分 配 问 题 根 据 泊
集装 箱码 头 泊 位 调 度 问题 的 启发 式算 法 研 究
张 海 滨 ，张 纪 会 ，宣 金 钊
（ 岛 大 学 复 杂 性 科 学研 究 所 ，山 东 青 岛 ２ ６ ７ ） 青 ６ ０ １ 摘 要 ： 优 化 集 装 箱 码 头 泊 位 的 分 配 ， 高 泊 位 的 利 用 率 ， 码 头 泊 位 的 调 度 问题 转 化 为 为 提 把 带有约 束条 件 的特殊二 维装 箱 问题 。通过 建立 连续 泊 位 调度 的非线 性 规划 模 型 ， 出 了 提
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青 岛 大学 学 报 （ 程 技 术 版 ） 工
第 ２ ５卷
舶 Ｊ作业需要 的时 问 ； Ｓ表示 二维坐 标下某一 时间 内船舶靠 泊作 业所 占的面积 （ 位长 度 和时 间的乘 积 ）Ｖ 泊 ， 表示 等待靠泊船 舶的集合 。 ２ 任意时刻所 有正在作 业船舶 占用泊位 的长度不 超过连 续泊位 的总长度 ， ） 其模 型为
建 立 模 型 作 如 下 假 设 ： 型 中 的 泊 位 是 连 续 的 ， 入 待 泊 区 域 的 集 装 箱 船 舶 都 可 以 进 入 泊 位 作 业 区 域 进 行 模 进 作 业 ； 据 集 装 箱 采 取 班 轮 运 输 的特 点 ， 设 船 舶 的 作 业 时 间 由 所 在 目的 港 装 卸 箱 子 的 数 量 决 定 ， 船 舶 的 根 假 与
靠泊位 置无关 ； 设船 舶都wenku.baidu.com能按 照预计 时 间到达 目的 港 ， 以根据 船 舶 的预 计 到达 时 间对 船 舶进 行 分 配靠 假 可
泊位置 。
建 立 ３一 直角坐 标 系 ， 轴表示 作业 时 间 ， 轴表 示 离散 泊 位 长度 。则 连 续泊 位 调度 的模 型可 以描 述 ２
型 ， 利 用模拟 退火 算法 进行 了求解 ； ｎ ｃ 并 Ｍｏ ａｏ等 ＿ 通 过 考 虑 船舶 总 的在港 时 间 ， 立 了一 种 连 续泊 位 动 态 ８ 建
分 配模 型并进 行求解 ； ｎ ｅ ＿ 基 于在 港时 间和 在港费 用综 合 考虑 建 立 了相 应 的模 型 ， 进行 了仿 真 求 Ｈａ ｓ ｎ等ｌ ９ 并
解 。 本 文 仅 考 虑 泊 位 一 种 因 素 ， 立 了连 续 的 动 态 泊 位 分 配 优 化 模 型 ， 出 了 一 种 启 发 式 算 法 可 以 求 得 模 型 建 提
的近 似最优 解 。
１ 以利 用 率最 高 为 目标 的泊 位调 度 模 型
泊位 调度 问题实 际是 如何安 排船 舶靠 泊 的时间 和靠 泊位 置 ， 某 一 时 问 内港 口泊位 的利 用率 最 高 。实 使 际上 泊位 的划分 主要是 逻辑 划分 而非物 理划 分 。 目前 国际 上的集装 箱运 输都 是采用 班轮 运输方 式 ， 因此 ， 为
为：
１ 某一 时 间段 内通过合 理安 排船 舶靠泊 作业 顺序 和作业 位置使 泊位 的利 用率最 大 ， 模型 为 ） 其
ｍｘ ａ ∑ｚ ｓ Ｆ一 ， ／ ｔ
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（） １
式 中 ，， 示 船 舶 Ｊ安 全 作 业 需 要 的 泊 位 长 度 （ 中 包 括 船 舶 的 长 度 和 船 舶 安 全 作 业 之 间 的 距 离 ） ｔ 表 示 船 ｚ表 其 ；，