铁路集装箱中心站内部集卡调度和箱位配置

２４ １
计
算
机
工
程
２１ ０ ２年 ４月 ２ ０日
辅助箱作业 区和辅 助箱 场。 整个作业过程 中所使 用的设备 有 ： 集装箱 门式起 重机 ， 正面 吊运机和站 内集装箱水 平运 输卡车 ， 同时还有 站外顾客提箱 的卡车（ 分别简称为轨道 吊、正面 吊和
内 、外 卡 ） 。
出现 。显 然 ，发 送 列 车 的集 装 箱 装 车 过 程 与 到 达 列 车 的正 好 相 反。 本 文 所 采 取 的 卸车 模 式 是 ：列 车 上 的集 装 箱 一 部 分直 接
（） １
其 中，
代 表轨道 门吊 ｇ 在完成其任 务过程中总 的作业 时
Ｈｐ
＝
间，表示为 ：
Ｄ０ｈ １．９ ９ｊｓｎ１０ —４ ８２ １ ．８ ７ ０３ ６ ／ｉ ． ０３ ２ ． ２０ ． ０ ．ｓ ０ ０ ０
ｌ 概 述
一
集装箱 专列卸车 作业的多 目标模 型，并采用遗传 算法进行 求
解 ，得 到 最 佳 的箱 位 分配 和 内卡 任 务 的执 行 顺 序 。
提高作业效率是铁路集装箱物流 中心站的服务宗 旨，也 是在具体 的 日常作业调度 安排 中必须 考虑的。针对集装箱专 列到达 中心站后将进行 的卸车作业 ，装卸效率 高低 则成 为衡 量该作业系统服务水平 的指标 。对于 中心站来 说，既要考 虑 列车上的集装箱如何分配堆存位置 ，又要考虑 如何 安排 站内 卡车（ 以下简称 “ 内卡”） 的运输路线（ 由每辆卡车任 务先后序 列构成） ，才能使 整个作业的完成时间达 到最 小 ，即列车 的在
装 箱 中 心 站 的 内 卡 调 度 和 集 装 箱 堆 存 位 置 分 配 这 一 组 合 决 策 优 化 问 题 （ｒｃ ｃｅｕｅ Ｓｏａｅ Ａ ｌｃｔ ｎ Ｓ Ａ） 行 研 Ｔ ｕｋ Ｓｈ ｄ ｌ ｔｒｇ ｌ ａｉ ，Ｔ Ｓ 进 ｏ ｏ
作者简介 ：梁
与优化 ；王
￣（ ７一） ， １ ３ ，女 讲师、博士 ，主研方 向： ９ 智能调度
站停 留 时 间 最 小 。
２ 数学模型
２１ 问题描述 ． 图 １ 描述 了停在 中心站铁路线上 的集装箱专列卸车和装
车 作 业 流程 。
主装卸 作 业 区
与本文研究 内容 比较类似 的文献有 ：文献 ｌ—］ １３研究了内 卡和堆存位置 的安排 问题 ，但文 中并未将 内卡 的走行 时间和
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｅ ｈ ｎ ｃ ｎ ｉｅ ｒ ｇ＆Ａｕ ｏ ｔ ｎ Ｘｉｕ ｎ ｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｄ １ ０ ９ Ｃ ｉａ Ｓ ｈ ｏ ｏ Ｍ ｃ ａ ｉ Ｅ ｇ ｎ ｅｉ ｓ ｎ ｔ ｍａｉ ， ｈ ａＵ ｉｅｓ ｙ Ｃ ｅ ｇ ｕ６ ０ ３ ， ｈｎ ） ｏ ｔ
Ｉ ｓｒｃｌ ｍｉｇａ ｏ ｔｉｅｓ ｎｔｅ ｏ ｔｉｅ－ ａ ｅ ｇｕ ｌａｅ ｎ ａ ｓｅｒｄｈｇ ｆ ｃ ｎｌ，ｗｏｓｐ ｒｔ ｒｂｅ ，ｎｅ ｕ ｋ ｈｄ ｌ Ａｂ ｔａ ｔ ｎ ｔ ｎａｎｒ ｎａｎｒｔ ｉ ｂ ｉ ｎｏｄ ｄａｄｔ ｎｆｒｅ ｉｈｅ ｉ ｔ ｔ ｅａａ ｐｏ ｌｍｓｉｔｒｒｃｓ ｃ ｅｕｅ Ａｉ ｃ ｏ ｈｃ ｒｎ ｎ ｒ ｉ ｅ ｙ ｅ ｔ ｓ ａ ｄｃ ｎａｎ ｒｓ ｔ ａｌｃｔ ｎａｅｉｔｇａｅ ． ｈ ａｅ ｗ —ｂｅ ｔ ｏｔ ｌｍｏ ｅ ｉ ｓｔｕ ｈｃ ｈｎ ｓｏ ｅｆｃｏｓｏ ｈ ｐｒｔ ｎ ｎ ｏ ｔｉｅ ｌ ｓ ｌ ａｉ ｒ ｅｒｔｄ Ｏｎｔｅｂ ｓ，ａｔ ｏｏｊｃｓ ｐｉ ｄｌ ｓ ｅ ｐ ｗ ｉｈ ｔｉｋ ｆｔ ａｔｒ ｎ ｔｅｏ ｅａｉ ｏ ｏ ｏ ｎ ｍａ ｈ ｏ
以舂
…以
的 主曩 一 蓁 的
列车装车作业仿真模型 ，考 虑在 ２种 不同作业模 式下运输卡
车数量的配置情况。 献［］ 文 ７则构建 了基于 ｅ Ｐａｔ Ｍ ｌ 的铁路集 ｎ 装箱 物流中心系统的仿真模型 ，研究列车装载集装箱箱型 比
—
圈 １ 集装箱列车装／ 卸作业流程示意图
ｅ ｃ ｅ ｃ ，ｗｈｉｈ ｉ ｒ ｖ ｌ ｇ ｔ ｅ ｂ ｔ ｅ ｈ ａ ｌｇ ｎ ｒ ｒ ｎ ｓ ａ ｄ ａ ｓｓａ ｔｃ ｎ ａ ｎ ｒ ｒ ａ ａ ｉｉ ｉ ｔｔ ｏ ｅ ｗｏ ｋ ｐ ａ ｅ ．Ｔｈ ｄ ｌ ｉ ｆ ｉｎ ｙ ｃ ｓｔａ ｅ ｉ ｉ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｔｙ ｃ ａ ｅ ｎ ｓ ｉｔ ｎ ｏ ｔ ｉ ｅ ｓ ａ ｅ ｎｄ ｗａ ｔ ｎ ｍ ｎｇ ｔｍｅ ａ ｈ ｓ ｒ ｌ ｃ ｓ ｅ ｍｏ ｅ ｓ ｖｅ ｙ ｈ ｒ ｃｇ ｎ ｔｃａ ｇ ｒｔ ｏｌ ｄ ｂ ｙｂ ｉ ｅ ｅ ｉ ｌ ｏ ｉ ｈｍ ｓ ｅ ｆ ｃ ｉ ｅ ａ ｅ ｉｂｌ ｙ ｃ ｍｐ ｒｎ ｅ ｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ｔ ｔ ｃ ｕ ｌｄ ｔ ｄ ａ ａ ｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ｍｅ ｎ ｔｍｅ ａ ｄ ｉ ｆｅ ｔｖ ｎｄ ｒ ｌ ｅ ｂ ｏ ａ ｉ ｇ ｔ ｉ ｌｔｏ ｅ ｕｌ ｗｉ ｔ ａ ｔ ａ ａ ａ ａ ｎ ｌ ｚ ｎ ｈ ａ ｉ ａ ｈ ｓ ｈ ｈｅ ｎ ｎ
强 ，教授 、博士 ；安俊 英 ，讲师、硕 士
究 ，将 内卡在 轨道 门 吊和辅助箱 区的排队等待 时间、 内卡来 往于主装卸线和辅 助箱 区之间的走行 时间均考虑进 去 ，建立
收稿 日期 ：２ １—６ １ ０ｌ — Ｏ０
Ｅ ｍ ｉ ｊｐ ｌ ３ １６ ｏ － ａ ：ｌ ｐｅ ＠ ２ ． ｍ ｌ ａ ３ ｃ
＂ ｎ ｍ
堆在主箱场上 ， 另一 部分则需要 由内部集卡运输至辅 助箱 区。 轨道 门吊装卸规则 为 ： 如果装卸线处有集卡则优 先为其装箱 ， 否则就需要堆放到主箱场 的集装箱 。 在整个卸 车作 业过程中 ，内卡来往于主箱场 和辅 助箱场 之 间，其在轨 道门 吊和辅助箱 区的排 队等待 时间、 内卡来往 于主装卸线和 辅助箱 区之 间的走行 时间均对 卸车作业效率产 生影 响。轨道 门 吊由于集装箱箱位位置 的不 同使得其 吊装 时 间有所不 同从 而影响 了卸车效率 。综合考虑 ，本文研究 的集 装箱 专列卸 车作业 问题包括 了 ２ 个相互 影响的决策 因素 ： （） １如何将列车 上的集装箱 安排给现有的 内部集卡 ，使其 在最 短的作业周期里完成运输任 务 ，即内卡在主装卸线和辅 助箱 场处的等待时间最小 。 （） ２如何将主箱场 上的空箱 位分配给列车上 的集装箱 ，使 轨 道 门 吊小 车 的走行 时 间最短 ，从而 降低 轨道 门 吊的运行 费用。
Ｉ ｔ ｒＴｒ ｃ ｃ ｅ ｕ ｅ ａ ｄ Ｃｏ ｔ ｉ ｅ ｌ ｔ ｌ ｃ ｔｏ ｎ ｅ ｕ ｋＳＳ ｈ ｄ ｌ ｎ ｎ ａ ｎ ｒＳ ｏ ｓ Ａｌ ａ ｉ ｎ ｏ
ｉ ｉｗａ ｎｔ ｉ ｒＴｅ ｍ ｉ ｌ ｎ Ｒａ ｌ ｙ Ｃｏ ａ ｎｅ ｒ ｎａ
Ｌ Ａ ｉｎ ＷＡ Ｉ ＮＧ Ｊａ ， ＮＧ ａ ｇ ＡＮ Ｊ ｎｙｎ Ｑｉｎ ， ｕ － ｉｇ
中 图分类号： １９ ５ Ｕ ６． ６
铁 路 集装 箱 中心 内部 集 卡调 度 和 箱位 配置 站
梁 剑 ，王 强 ，安俊英
（ 西华大学机械工程与 自动化学院 ，成都 ６ ０ ３ ） １ ０装箱专列卸箱作业 的效率 问题 ，将 内部集卡 的任 务调 度和集装箱箱 位分配进行集成 ， 建立集装箱列车卸
第３ ８卷 第 ８期
Ｖｏ１ ． ３８
Ｎ Ｏ． ８
计
算
机
工
程
２１ ０ ２年 ４月
Ａ ｐ ｉ ２０１ ｒｌ ２
Ｃｏ ｐｕ ｅ ｍ ｔｒＥｎｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｉ ｅ ｒｎ
・ 工程 应 用技 术 与实 现 ・
文章 编号：１０ － ２（ １ ｏ—ｏ１ ＿ 文献标识码： ０ —３ ８ ０２ ８ ＿ ３ ０ ０ ４ ２ ） ２—４ Ａ
车 Ｉ上 。
（） ２ 目标 函数
１轨道 门吊 ｇ完成其分配任务 的最大作业 时间最小化 函 ）
数为 ：
Ｚ ＝ｍｉ ｍａ Ｃ ｎ ｘ
２ ＝１２． ， ． Ｇ
上述 ４个过程是平行独立 的，共 同组成整个 卸车作业。 流程（） ４ 并不 是在每 次集装箱 列车 到站 后 的卸 车作 业 中都 会
数量来减少因等待造成的阻塞。文献【］ ５给定了内卡 的运输任 务序 列 ，但仍未考虑其等待 的情况 。另一 方面 ，国内外 学者 对铁 路集装箱 中心站的研究 尚不多见 ，由于 中心站作业 系统 的复杂性 和随机性 ，文献［】 ６利用事件 图方法建 立铁路集装箱
一
Ｖ
Ｉ
［ 直口
［ 亘
车作业的多 目标优化模型 ，包括 内卡在轨道 门吊和辅 助箱场 等待 时间 ，以及走行 时间对作 业效 率的影响 。采用混合遗 传算法进行 求解。将 模拟结果与实 际操作数据作 比较 ，并对 ２ Ｏ次计算模拟进行平均时 问和方差分析 ，验证 了该 方法的有效性 。
关健词 ：铁路集装箱 中心站 ；集卡 调度 ；箱位 配置 ；多 目标优化 ；遗传算法
ｉｓｒ ｌａ ｃ ｙ ２ ｉ ｓｃ ｌ ｕ ａ ｉ ｎ． ｔ ｅ ｉｎ ｅｂ ０ ｔｍｅ ａｃ ｌ ｔ ｏ
［ ｙｗｏ ｄ ］ｒｉ ｙｃ ｎａｎｒｅｍｉａ；ｒｃ ｓ ｃ ｅｕｅｃ ｎａｎ ｒ ｌｔａｌｃｔ ｎ ｍｕｔ ｏ ｃｏ ｔ ｚｔ ｎ ｇ ｎｔ ｌｏｉ ｍ Ｋｅ ｒ ｓ ａｌ ｏ ｔｉｅ ｒ ｎ ｌｔ ｋ ｈｄ ｌ；ｏ ｔｉｅ ｏｓ ｌ ａｉ ； ｌ—￣ｅｔ ｐｉ ａｉ ； ｅ ｅｉａｇ ｒｈ ｗａ ｔ ｕ ｓ ｓ ｏ ｏ ｉ ｍｉ ｏ ｃ ｔ
【 轨道 门吊 的第ｇｆ １ ｇ （项任务被分配给内卡ｋ ） 并由 ｙ“＝ 其运至辅助箱场 ｇ ｛
ｌ 否则 ０
ｌ 内 完成第ｇｆ １ 卡ｋ （项任务后开始第ｇ－ ） （ 项任 ， ）
“ ＝ 务，， ｛ ｆ ‘ ，
Ｊ 否则 ０
（） ３轨道 吊将列车 Ⅱ上 的集装箱直接堆码在 “ 卸箱 处 １。 ” （） 道 吊将 列车 Ⅱ上 需 要 中转 的集 装 箱 装 到 发送 列 ４轨
等待时 间考虑进去 。由于每天进 出中心站 内的外部集卡 数量 很大 ，它们分别到达各 自提送箱 的地点接受服 务，因此极易 造成等待的现象发生 。文献［］ ４也探讨了为进 Ｉ集装箱 配置内 ： Ｉ 卡和堆存位置 的问题 ，文 中通过控制堆场 区域里等待卡 车的
ｌ—Ｌ — — — — —— — —— — —— — — — — … — — — — — — — — — — 一 —
ｌ 轨道门吊ｇ ｌ 的第ｇ ｆ （项任务被安排在主箱场 的空 ）
Ｘｉ ｛ 箱位 上， Ｅ ｇ （ ｍ
１ 否 则 ０
卸作业 区运至辅助箱作 业区的 “ 卸箱处 ２ ，再 由正面 吊进行 ”
堆码作业 ， 内卡 直到正面 吊将放在其上 的集装箱提起 才离 开 ，
如 果 该 内卡 的 任 务 还 未 完 成 则 其 返 回主 装 卸 区 ，反 之 则 退 出 该系统 。
１ ， Ｙ ；Ｖ 是 内卡 在 站 内 的 平均 走行 速 度 （ ｓ； ａ 代 表 ， …， ２ ／ ｋ ｇ ｍ／） ） ｒ ｔ
在 该时刻 内卡 ｋ到达主装卸作业 区准备装任务 ｉ 所代表 的集 装箱 。
２决策 变量 ）
集装箱 专列卸车过程分别为 ： （） １轨道 吊将列车 Ⅱ上的集装箱 ｆ＝ ，， 装到在 “ （ １ …，） ｆ ２ 装卡 车处”排 队等待的外卡上 由其拉走送至顾客 。 （） ２轨道 吊将列车 Ⅱ上需要堆在辅助箱场 的集装箱 ｉ＝ ， （ Ｉ ｉ ２…，） ， 装到在 “ 装卡车 处”排队等待 的内卡上 ，由其从 主装
在 铁路集装 箱物 流中心站内 ，装卸作业区和箱场 是实现 集装箱 转运 和堆存 的场所 ， 具体包括主装卸作业 区、主箱场、
基 金项 目： 西华大学机械设计及理论校级基金资助重点项 目 Ｘ Ｄ ８ （Ｚ ０
１—９０ ） ３０ －１
例对作 业效率的影响 。根据前人的研究成果 ，本文对铁路集