集装箱码头内集卡车动态调度方法【文献综述】

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工业工程

集装箱码头内集卡车动态调度方法

绪论

本文通过对相关中外文献资料的收集、整理、综合分析，归纳并提炼出各文献的主要内容，阐述了集装箱码头内集卡车动态调度方法在国内外的研究形状；集装箱码头内集卡车调度方法的一般方法。并对集装箱码头内集卡车动态调度方法这一课题的研究成果进行了总结和展望。

1集装箱运输的发展

集装箱运输起源于英国。早在1801年，英国的詹姆斯·安德森博士已提出将货物装人集装箱进行运输的构想。1845年英国铁路曾使用载货车厢互相交换的方式，视车厢为集装箱，使集装箱运输的构想得到初步应用。19世纪中叶，在英国的兰开夏已出现运输棉纱、棉布的一种带活动框架的载货工具，这是集装箱的雏形。

随着我国社会主义市场经济体制的逐步建立以及我国加入世贸组织之后国外港航企业的抢滩登陆，集装箱运输市场面临的国内外竞争十分激烈。研究我国的集装箱运输竞争力，对我国的港航运输企业而言，有着十分重要的意义。影响集装箱运输竞争力的因数有：1.构建集装箱运输竞争力评价的原因；（1）针对性。针对性要求选取的评价指标体系应能准确、客观地反映各港口的竞争力现状与差异。（2）可比性。可比性要求各指标必须意义明确，测定方法标准，计算方法规范。通过使用现代数理统计理论结合专项调查和查证、定性定量分析，能够得出合理、真实、客观的评价结果；（3）互斥性；（4）时效性[1]。

集卡车做为集装箱运输的一种重要工具，如何使集卡车的调度更加效率化，是如今集装箱运输中的一个重要课题。利用排队论对集装箱码头集卡作业模式进行研究，提出突破“作业路”的界限，并从理论和计算机仿真中分析其优越性。随着我国经济和对外贸易进出口量的迅速增长，中国已经成为世界最大集装箱货源地。为了适应集装箱运输的发展，集装箱码头迫切需要有与之相匹配的高效率集装箱集疏运体系及流畅的集装箱进出港运输系统。要在码头生产现场充分利用好集卡资源！必须解决每条作业路按实时作业情况动态就近分配集卡！既要保证作业路的效率！又确保集卡行驶的安全性[2-4]。

2动态调度方法

现在的集卡车动态调度方法主要有：集卡车线路优化模型、NCL语言建模、数值建模、集卡调度Q学习算法、调度系统仿真、基于蚁群算法的港内集装箱运输调度模式、集卡调度系统（TPS）等方法对集卡车的调度进行了深刻的研究。

其中在基于装卸协同作业的集装箱码头集卡调度配置优化一文中提到了基于路径最短集卡线路优化模型。这个模型主要解决问题是待装箱船和待卸箱船同时到达集装箱码头泊位进行装卸作业，待卸箱船通过岸桥将集装箱卸到在岸边等待的集卡上，由集卡运送集装箱到码头堆场的箱区中，再由堆场中的场桥将集装箱卸下;集卡在该箱区或者到下一个箱区取箱返回到待装箱船的贝位，通过岸桥作业装船，然后集卡空驶返回到待卸箱船，该过程构成了一个集卡运行回路.在完成所有装卸箱作业的同时，如何使得集卡行走的总路径最短就是码头集卡线路优化问题.为此，提出以贝位来进行划分的单元模块配载思想，即纵向以2排为间隔作为一个贝位，且船舶上每个贝位到箱区的距离与船到箱区的距离相等。而NCL语言建模则是采用POEM平台的NCL语言对上述模型进行求解。在整个集卡作业优化过程中，可以将之分成两个优化问题: 卸船及装车优化问题和装船优化问题，该两个优化问题的本质是相互独立的。对于装船优化问题，可以将之看成一个运输平衡问题，通过表上作业法，能够找到最优解。研究重点为卸船及装车优化问题.对于实际的集装箱集卡作业来说，卸船集装箱数量和装船集装箱数量一般相等的，为建模以及求解问题简单，通过构造虚拟卸船贝位和虚拟箱区，或者虚拟装船贝位和虚拟箱区来达到卸船集装箱数量和装船集装箱数量相等，然后采用NCL进行求解（如下图1）。

图1 集卡作业简化模型

有关数值模拟则是以集装箱码头为例进行数值模拟[5]。

集卡调度Q学习方法是研究集装箱码头装卸过程中集卡调度问题，建立了集卡调度动态模型，目的是使装卸桥等待时间最小。设计了基于Q学习算法的求解方法，获得在不同状态下的集卡调度策略。提出了应用Q学习算法求解集卡最优调度时系统状态、动

作规则、学习步长与折扣因子的选择方法。结果表明，随着集卡数量的增加，Q学习算法获得的结果优于最长等待时间、最远距离、固定分配集卡等调度策略[5]。

另外提出了传统调度模式的缺点以及介绍了集卡优化运行于调度的实现方法。其提出了动态调度的最大特点是打破按照作业线静态安排集卡的模式，采用动态方式调度集卡，将需要集卡参与的多条作业线共享所有的集卡，使每辆集卡同时对应多条作业线。因此集卡在面临多条作业线时必然涉及到最优作业线的选择问题。最优作业线是指在满足岸桥服务供给的前提下，能够提高集卡的利用率，缩短集卡的空载行驶时间和距离的作业路。要想实现最优作业线，必须要提高集卡装卸转接的比例一系列观点[7-8]。

蚁群算法能够将问题求解的快速性、全局优化特性和有限时间内答案的合理性结合起来，因此对于能够直接转化为路径优化问题的组合类寻优问题，能取得比较理想的效果。假定码头前沿岸桥和后方堆场的轮胎起重机装卸效率是确定的。将港口作业总成本作为最重要的因素，由集装箱卡车行驶路径总和和等待时间及装卸时间共同决定，则如何进行集装箱卡车调度是决定作业总成本最小的关键。对此类的研究基本处于理论探讨阶段，且大多是只从单一资源的角度来考虑的，缺乏全局性和整体性。蚁群算法是一种新的群体智能启发式优化算法，在求解过程中利用其特点，能够加速向较好解收敛，为求解本问题提供了一种新思路。有关于蚁群算法在港内集装箱运输调度模式的研究主要是根据实际装卸情况，考虑船舶泊位担忧时间确定的条件下，建立单船多岸桥装卸作业的数学模型，是作业总成最小，并设计模型的蚁群算法[9-10]。

TPS（Tractor Paging System）即集卡调度系统在集装箱码头上的应运及优化。它能够使现场所有集卡合理、有序、灵活地参与到各项需要拖运的作业中去，尽可能地缩短集卡空载行驶的时间和距离，最大限度地提高集卡的拖运效率，节约成本。现代的集装箱码头一般都使用TPS。TPS是一种以中央控制室为指挥中心，以集卡上装有的无线终端为通讯手段，通过无线集群打包传送控制信号，由计算机生产系统内的集卡管理系统，根据生产对集卡的需求自动向相关的集卡发作业指令的集装箱码头装卸运营系统。通过动态的调度可提高集卡利用率，减少岸边桥式起重机的等待时间，提高装卸效率，降低码头营运成本[11-14]。

在集卡活动过程中，集卡与岸桥的协调调度是一个重要的课题。码头机械车辆作业如图2。船舶到达泊位，通过岸桥卸箱到集卡，集卡运箱到堆场，然后返回泊位或者到下一个堆场取箱返回泊位，此过程构成一个集卡行走回路[15]。如何使得集卡行走线路最短就是码头集卡线路优化问题。基于路径最短的集卡线路优化问题，并没有考虑到岸桥的作业效率，而岸桥作业效率也是评价港口效率的一个重要因素。将线路最短优化问