一種提高集裝箱船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的配載方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種提高集裝箱船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的配載方法。首先確定裝船出港的集裝箱數(shù)量、集裝箱尺寸、集裝箱重量、船箱位數(shù)量和集裝箱的到港站；其次確定每個集裝箱所堆放的船箱位的決策變量；再建立船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的目標函數(shù)及其約束條件；利用啟發(fā)式算法預(yù)分配船箱位；再進一步確定每一個集裝箱具體堆放的船箱位，對集裝箱進行裝船配載。本發(fā)明的配載方法是針對配載計劃的難以兼顧最佳穩(wěn)定性和最少倒箱數(shù)以及制定過程耗時長的問題提出的，充分考慮實際制定配載計劃所需滿足的船舶性能、船舶結(jié)構(gòu)、箱型尺寸及港口作業(yè)等約束條件，以最小化船舶穩(wěn)定性偏差和卸船作業(yè)過程中倒箱作業(yè)數(shù)為目標，以得到箱位分配結(jié)果。
【專利說明】一種提高集裝箱船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的配載方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集裝箱碼頭【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到一種提高集裝箱船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的配載方法。
【背景技術(shù)】
[0002]集裝箱是有標準尺度和強度、專供運輸業(yè)務(wù)使用的大型裝貨箱。集裝箱式運輸克服了傳統(tǒng)運輸方式中裝卸環(huán)節(jié)多和裝卸效率低等缺點，是一種高效率的運輸方式。2009年，集裝箱承擔了全世界四分之一的干貨運輸量，約125，000, OOOTEUs (Twenty-footEquivalent Units 二十英尺等價單位,即一個標準集裝箱箱)。作為集裝箱貨物在轉(zhuǎn)換運輸方式時的緩沖地和水陸聯(lián)運的中轉(zhuǎn)站，集裝箱碼頭在整個集裝箱運輸過程中占據(jù)樞紐地位。隨著集裝箱化運輸成為世界各國交通運輸現(xiàn)代化的主要標志，集裝箱碼頭也已成為國際物流網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點。
[0003]集裝箱碼頭基本物流作業(yè)流程如圖1所示。集裝箱船舶靠港時，碼頭需要完成泊位計劃和岸橋調(diào)度計劃來為其分配服務(wù)泊位和岸橋以進行裝卸船作業(yè)，并安排集裝箱卡車執(zhí)行集裝箱的港內(nèi)運輸，同時制定堆存計劃來調(diào)度場橋?qū)π洞M港集裝箱進行堆存作業(yè)，以及為外部集裝箱卡車提箱服務(wù)。對于由外部集裝箱卡車運進堆場的出港集裝箱，碼頭需要調(diào)度場橋進行堆存作業(yè)，并按照裝船配載計劃進行提箱作業(yè)由場內(nèi)集卡運輸至碼頭，供岸橋執(zhí)行裝船作業(yè)。
[0004]集裝箱船舶配載計劃是出港集裝箱的裝載計劃，首先由船上大副根據(jù)船舶箱位結(jié)構(gòu)以及裝船集裝箱的總數(shù)量確定各貝位區(qū)域的裝載分布并繪制預(yù)配圖(如圖2所示)交予碼頭配載計劃員。之后計劃員再根據(jù)本航次裝船集裝箱明細清單和船舶預(yù)配圖繪制配載圖，為每一個集裝箱科學合理地分配在船舶上的具體裝載位置，即將集裝箱在船上的裝載位置用船舶貝位圖的形式加以標示，如圖3所示。圖示中為一個貝位(包括甲板上和艙內(nèi))的裝載情況，每一個矩形框代表一個集裝箱，包含的信息有到港站、箱號、箱型尺寸、空重標記、重量(噸)、船箱位、箱屬公司。船箱位即集裝箱在船上的位置，可以使用三維位置坐標:貝位號(Bay)、行號(Row)和層號(Tier)來表示，每一維坐標使用兩位數(shù)字，一共六位。貝位號是集裝箱在船上的縱向裝載位置索引。編號方法是，從船首至船尾依次編號，當裝載20英尺集裝箱時，以奇數(shù)順序編號01，03，05，…表示；當裝載40英尺集裝箱時，需要放置在兩個連續(xù)20英尺集裝箱的奇數(shù)位置上，因此以偶數(shù)順序編號02，06，10，…表示，如圖4所示。行號是集裝箱在船上的橫向裝載位置索引。編號方法是從船舶中軸線向左右方向編號，左舷為單號，由中線向左編號為:01,03,05,...,中線向右編號為雙號:02,04,06,...,如總行數(shù)為奇數(shù)時，則編號從00開始。層號是集裝箱在船上的垂向裝載位置索引，編號方法分甲板和艙內(nèi)兩種，甲板上的編號以艙蓋為基準，自下而上依次編號82，84，86，…;艙內(nèi)的編號以艙內(nèi)最下一層為基準，自下而上依次編號02,04,06,...,如圖4所不。
[0005]配載計劃直接關(guān)系到集裝箱船舶海上運輸?shù)陌踩院徒?jīng)濟性，并且對整個集裝箱碼頭的運作效率有著直接的影響，所以它是集裝箱碼頭物流作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)中的重要組成部分。配載計劃也是調(diào)度過程最困難最復雜的集裝箱碼頭調(diào)度技術(shù)問題之一。首先，配載計劃必須要考慮的是船舶穩(wěn)定性目標，即通過均衡的集裝箱重量分布使船舶獲得最佳的穩(wěn)定性，以此確保船舶和貨物在裝卸作業(yè)過程以及航行過程中的安全。其次，由于船舶航線多掛靠港的制約，使得在制定配載計劃時，要求將先到港卸船的集裝箱配放在后續(xù)到港的集裝箱上方，以此來避免或盡量減少卸船時的倒箱操作，減少岸橋的無功效作業(yè)。除了上述安全因素和經(jīng)濟因素外，船舶以及集裝箱的物理結(jié)構(gòu)因素也制約著配載計劃的制定。在集裝箱船上有三種箱位，分別是僅裝載20英尺箱的箱位、僅裝載40英尺箱的箱位和可裝載20英尺箱和40英尺箱的箱位(一個40英尺箱的箱位可以裝載兩個20英尺箱)。20英尺箱和40英尺箱要分別對應(yīng)放置在奇數(shù)貝位和偶數(shù)貝位上。當20英尺箱和40英尺箱同貝位混裝時，40英尺箱上面不能配裝20英尺箱。船艙內(nèi)滿層堆放超高箱時有最大層限制，以免超過甲板高度。
[0006]制定船舶配載計劃需要同時考慮上述安全性及經(jīng)濟性目標，并滿足船舶性能、結(jié)構(gòu)、箱型尺寸及港口作業(yè)等多方面約束要求，因此集裝箱船舶的配載計劃問題是帶有復雜約束的多目標組合優(yōu)化問題。隨著船舶載箱量的增加和掛靠港數(shù)目的增多，問題的規(guī)模變得十分龐大，問題的解決也變得更為復雜。為此集裝箱碼頭均設(shè)置有專門的配載崗位，采用專人專職的工作制度并要求配載計劃員具備豐富的專業(yè)知識和業(yè)務(wù)經(jīng)驗。但是人工制定配載計劃時很難同時兼顧安全性目標、經(jīng)濟性目標及結(jié)構(gòu)性約束，且往往需要消耗大量的時間(國內(nèi)某集裝箱碼頭一名熟練度較高的計劃員使用碼頭信息管理系統(tǒng)制定一艘300TEUS船舶的配載計劃需要花費30分鐘時間)，并且容易疏漏出錯。因為手工制定計劃耗時長，所以實際的配載計劃實時性差，計劃員必須在集裝箱船舶靠泊之前將計劃制定完成，而現(xiàn)場經(jīng)常會在船舶靠港后出現(xiàn)由于箱未到場、殘箱或客戶需求等原因引起的甩箱、補箱或替箱情況。當變化箱數(shù)量較少時，計劃員可以在已制定好的配載計劃基礎(chǔ)上進行手動調(diào)整，當變化箱數(shù)量較多時，計劃員就必須花費大量的時間重新制定配載計劃，這就會造成場內(nèi)作業(yè)機械等待，從而增加了船舶服務(wù)時間。同時，低質(zhì)量的配載計劃會導致船舶裝卸過程中的穩(wěn)性偏差過大甚至對船舶的安全航行造成威脅，或使船舶在進行裝船作業(yè)以及在后續(xù)掛靠港的卸船作業(yè)時產(chǎn)生大量的倒箱操作而嚴重影響碼頭岸橋機械的作業(yè)效率，延長船舶在港服務(wù)時間，從而帶來龐大的物流運營成本。在滿足既定約束條件以及出現(xiàn)未知變化的情況下，如何準確而又快速的制定出一套安全而又高效的集裝箱配載計劃方案，來最大化裝載過程及航行過程中船舶的穩(wěn)定性和最小化全航線多到港站裝卸船過程中的倒箱數(shù)，是集裝箱碼頭企業(yè)致力追求的主要目標之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種提高集裝箱船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的配載方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種提高集裝箱船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的配載方法，包括以下步驟:
[0010]步驟1:確定裝船出港的集裝箱數(shù)量、集裝箱尺寸、集裝箱重量、船箱位數(shù)量和集裝箱的到港站；所述不同尺寸的集裝箱包括20英尺通用集裝箱、40英尺通用集裝箱和40英尺超聞集裝箱；[0011]步驟2:確定每個集裝箱所堆放的船箱位的決策變量:將每個集裝箱分配的船箱位用貝、行、層的三維坐標表示；
[0012]步驟3:建立船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的目標函數(shù)及其約束條件，該目標函數(shù)用以表征待配載的船舶橫向各貝位間集裝箱重量分布均勻性指標、每個貝位內(nèi)縱向各行間集裝箱重量分布均勻性指標、上下相鄰兩個集裝箱的重量差指標之和最小，即船舶穩(wěn)定性偏差最小化，該目標函數(shù)的約束條件包括:裝船集裝箱總數(shù)為裝船出港的集裝箱數(shù)量、每個集裝箱只能存放于船上的一個船箱位、每個船箱位最多放置一個集裝箱、40英尺集裝箱只能存放在船舶的偶數(shù)貝、20英尺的集裝箱只能存放在船舶的奇數(shù)貝內(nèi)、20英尺的集裝箱不能堆放在相鄰偶數(shù)貝已存放40英尺集裝箱的奇數(shù)貝內(nèi)、20英尺的集裝箱不能放在40英尺的集裝箱上面、堆放在上層船箱位的集裝箱的到港站早于堆放在下層船箱位的集裝箱的到港站、甲板下超高箱的最大堆放高度不超過甲板的位置；
[0013]步驟4:利用啟發(fā)式算法預(yù)分配船箱位，即為各到港站的各尺寸屬性的集裝箱劃分待配載船舶上的裝載區(qū)域；
[0014]步驟4.1:統(tǒng)計要到達各到港站的集裝箱的總數(shù)并計算要到達各到港站的集裝箱需占用的船箱位數(shù)量；
[0015]步驟4.2:從船首開始，以船艙內(nèi)的雙貝位為單位，給各到港站的集裝箱集合分配艙內(nèi)的船箱位，直到所有的艙內(nèi)貝位分配完畢:
[0016]步驟4.2.1:按照到港站先后循環(huán)的順序給各到港站的集裝箱集合分配艙內(nèi)的船箱位，同時更新各到港站未分配船箱位的集裝箱數(shù)量；
[0017]步驟4.2.2:為下一個到港站的集裝箱集合分配艙內(nèi)雙貝位，直到當前到港站未分配船箱位的集裝箱數(shù)量為零或者當前到港站未分配船箱位的集裝箱數(shù)量小于兩個連續(xù)貝位內(nèi)的船箱位數(shù)，則不再為該到港站的集裝箱集合分配艙內(nèi)貝位；
[0018]步驟4.3:從船首開始，以甲板上各貝位的層為單位，為各到港站的集裝箱集合分配甲板上的船箱位，分配時需滿足上層到港站不晚于下層到港站；
[0019]步驟4.3.1:按照到港站先后循環(huán)的順序為各到港站的集裝箱集合分配甲板上的船箱位，同時更新各到港站未分配船箱位的集裝箱數(shù)量；
[0020]分配完甲板上所有貝位的第一層船箱位后，返回船首開始分配甲板上所有貝位的上一層船箱位，直到所有到港站的集裝箱都分配了船箱位，在分配過程中，若當前層集裝箱的到港站晚于下層集裝箱，則選擇后續(xù)貝位的相應(yīng)層；
[0021]步驟4.4:在已分配的船箱位區(qū)域內(nèi)，以貝位中的層為單位，按照從船首至船尾且從甲板最上層到艙內(nèi)最下層的順序分別為各到港站所述的40英尺超高集裝箱劃分箱區(qū)，且相鄰貝位需要同時有可用箱位；
[0022]步驟4.5:在已分配的船箱位區(qū)域內(nèi)，以貝位中的層為單位，按照從船首至船尾且從甲板最上層到艙內(nèi)最下層的順序分別為各到港站所屬的40英尺通用集裝箱劃分箱區(qū)，且相鄰貝位需要同時有可用箱位；
[0023]步驟4.6:在已分配的船箱位區(qū)域內(nèi)，將剩余未分配的船箱位全部分配給20英尺通用集裝箱；
[0024]步驟4.7:判斷艙內(nèi)滿層堆放的貝位中是否存在滿層堆放的40英尺超高集裝箱，是，則將最上層的40英尺超高集裝箱移至對應(yīng)貝位甲板上的最底層堆放，甲板上的集裝箱依次上移一層；
[0025]步驟5:利用改進差分進化算法確定每一個集裝箱具體堆放的船箱位；
[0026]步驟5.1:設(shè)差分種群個體的維數(shù)為D，即裝船集裝箱的總數(shù)m，每一維表示集裝箱堆放的船箱位，設(shè)定種群規(guī)模NP=3 X D，變異參數(shù)F，交叉概率因子CR，最大迭代次數(shù)Gmax ；
[0027]步驟5.2:將已分配的船箱位的集合按照對應(yīng)的到港站和尺寸類別劃分為3Xp個子集，P為到港站個數(shù)，各船箱位均由六位整數(shù)組成，其中前兩位表示船箱位的貝位號，中間兩位表示船箱位的行號，后兩位表示船箱位的層號；用一維索引值對每個子集內(nèi)的船箱位進行排序編號，從I開始升序編碼，編碼的優(yōu)先級規(guī)則是:貝位為第一優(yōu)先級，順序為由船尾至船首；層為第二優(yōu)先級，順序為由艙內(nèi)最底層至甲板的最上層；行為第三優(yōu)先級，順序為由船中間行依次交替至左右兩邊行；即從船首貝位的底層中間行開始對已分配的船箱位進行排序，依次完成行、層和貝的編號，直至所有已分配的箱位排序編號結(jié)束；
[0028]步驟5.3:將裝船集裝箱集合按照到港站和尺寸類別劃分為3Xp個子集，并依次由各子集內(nèi)的集裝箱來構(gòu)成差分種群個體內(nèi)的元素；
[0029]步驟5.4:對差分種群進行差分迭代循環(huán)；
[0030]步驟5.4.1:變異操作:在差分種群中取三個互異的船箱位作為父代序列的個體，并對父代序列中的元素進行線性變異運算，得到差分種群的變異個體序列；
[0031]步驟5.4.2:交叉操作:以設(shè)定的交叉概率CR從差分種群的變異個體序列中選擇集裝箱位元素，其他船箱位元素的從父代個體序列中選擇，來得到子代試驗個體序列，并將得到的子代個體序列內(nèi)的船箱位元素按照數(shù)值大小進行排序，按照該排序?qū)⒓b箱映射到已編號的各船箱位即得到一組集裝箱的船箱位分配結(jié)果；
[0032]步驟5.4.3:選擇操作:根據(jù)產(chǎn)生的子代個體序列和船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的目標函數(shù)，計算該子代個體序列對應(yīng)的船箱位序列的船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的目標函數(shù)值，并與父代個體序列的船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的目標函數(shù)值進行比較，選擇目標函數(shù)值較小的個體進入下一代種群進行迭代；返回步驟5.4.1，當達到最大迭代次數(shù)，迭代結(jié)束；
[0033]步驟5.5:選擇當前種群中船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的目標函數(shù)值最小的個體序列，將以一維索引值表示的各集裝箱具體堆放的船箱位轉(zhuǎn)換回以貝位號、行號和層號表示的船箱位，得到各集裝箱具體堆放的船箱位；
[0034]步驟6:根據(jù)確定的每一個集裝箱具體堆放的船箱位對集裝箱進行裝船配載。
[0035]有益效果:
[0036]本發(fā)明的配載方法中，利用目標函數(shù)以及約束條件量小化穩(wěn)定性偏差來確保船舶在獲得最佳穩(wěn)定性的同時避免卸船過程中岸橋的倒箱操作，以此來減少碼頭岸邊機械的無功效作業(yè)次數(shù)，提高其作業(yè)效率，縮短船舶在港?？考胺?wù)時間，同時加快集裝箱物流速度，提高港口集裝箱吞吐量；且本發(fā)明方法中差分進化算法和啟發(fā)式算法的結(jié)合可以對問題進行快速求解，以確保配載計劃制定的實時性，并提高配載計劃員的工作效率。
[0037]本發(fā)明提出的配載方法是針對配載計劃的難以兼顧最佳穩(wěn)定性和最少倒箱數(shù)以及制定過程耗時長的問題提出的，該方法充分考慮實際制定配載計劃所需要滿足的船舶性能、船舶結(jié)構(gòu)、箱型尺寸及港口作業(yè)等各項約束條件，以最小化船舶穩(wěn)定性偏差和卸船作業(yè)過程中倒箱作業(yè)數(shù)為目標，建立了一個組合優(yōu)化線性模型，并在此基礎(chǔ)上提出了一種啟發(fā)式和改進差分進化的混合算法對問題進行快速求解，以得到出口裝船集裝箱在指定航次船舶上的箱位分配結(jié)果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1為集裝箱碼頭基本物流作業(yè)流程圖；
[0039]圖2為集裝箱船舶貝位預(yù)配圖；
[0040]圖3為集裝箱船舶配載圖；
[0041]圖4為集裝箱船舶箱位索引標示圖；
[0042]圖5為本發(fā)明【具體實施方式】的集裝箱輪“新鴻祥76”的各貝箱位分布圖；
[0043]圖6為本發(fā)明【具體實施方式】的提高集裝箱船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的配載方法流程圖；
[0044]圖7為本發(fā)明【具體實施方式】的集裝箱輪“新鴻祥76”的最終配載貝位圖，其中，(a)為BayOl~Bay09的配載貝位圖，(b)為Bayll~Bayl9的配載貝位圖，(C)為Bay21~Bay29的配載貝位圖。
【具體實施方式】
[0045]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細說明。
[0046]以中國遠洋運輸公司(COSCO)內(nèi)貿(mào)集裝箱輪“新鴻翔76”，出口航次為002N的配載計劃制定為例，來說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0047]該船一共16個奇數(shù)貝位，甲板上最大層數(shù)4層，最大行數(shù)8行，甲板下艙內(nèi)最大層數(shù)4層，最大行數(shù)6行。“新鴻翔76”各貝的箱位分布如圖5所示。該航次到港站有2個，分別是第一到港站南沙和第二到港站蛇口，裝箱量如表1所示，該航次裝船清單中的部分箱信息如表2所示。該船?？考b箱碼頭擁有6臺單箱吊作業(yè)岸橋，平均每天裝卸容量為300~500TEUS的船舶10艘，人工配載時間約為30min/艘，人工配載計劃結(jié)果的倒箱率為5%(卸船時有5%的集裝箱需要進行翻倒操作)。
[0048]表1 “新鴻翔76 ” 002N航次裝箱量表
【權(quán)利要求】
1.一種提高集裝箱船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的配載方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:確定裝船出港的集裝箱數(shù)量、集裝箱尺寸、集裝箱重量、船箱位數(shù)量和集裝箱的到港站；所述不同尺寸的集裝箱包括20英尺通用集裝箱、40英尺通用集裝箱和40英尺超聞集裝箱； 步驟2:確定每個集裝箱所堆放的船箱位的決策變量:將每個集裝箱分配的船箱位用貝、行、層的三維坐標表示； 步驟3:建立船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的目標函數(shù)及其約束條件，該目標函數(shù)用以表征待配載的船舶橫向各貝位間集裝箱重量分布均勻性指標、每個貝位內(nèi)縱向各行間集裝箱重量分布均勻性指標、上下相鄰兩個集裝箱的重量差指標之和最小，即船舶穩(wěn)定性偏差最小化，該目標函數(shù)的約束條件包括:裝船集裝箱總數(shù)為裝船出港的集裝箱數(shù)量、每個集裝箱只能存放于船上的一個船箱位、每個船箱位最多放置一個集裝箱、40英尺集裝箱只能存放在船舶的偶數(shù)貝、20英尺的集裝箱只能存放在船舶的奇數(shù)貝內(nèi)、20英尺的集裝箱不能堆放在相鄰偶數(shù)貝已存放40英尺集裝箱的奇數(shù)貝內(nèi)、20英尺的集裝箱不能放在40英尺的集裝箱上面、堆放在上層船箱位的集裝箱的到港站早于堆放在下層船箱位的集裝箱的到港站、甲板下超高箱的最大堆放高度不超過甲板的位置； 步驟4:利用啟發(fā)式算法預(yù)分配船箱位，即為各到港站的各尺寸屬性的集裝箱劃分待配載船舶上的裝載區(qū)域； 步驟4.1:統(tǒng)計要到達各到港站的集裝箱的總數(shù)并計算要到達各到港站的集裝箱需占用的船箱位數(shù)量； 步驟4.2:從船首開始，以船艙內(nèi)的雙貝位為單位，給各到港站的集裝箱集合分配艙內(nèi)的船箱位，直到所有的艙內(nèi)貝位分配完畢: 步驟4.2.1:按照到港站先后循環(huán)的順序給各到港站的集裝箱集合分配艙內(nèi)的船箱位，同時更新各到港站未分配船箱位的集裝箱數(shù)量； 步驟4.2.2:為下一個到港站的集裝箱集合分配艙內(nèi)雙貝位，直到當前到港站未分配船箱位的集裝箱數(shù)量為零或者當前到港站未分配船箱位的集裝箱數(shù)量小于兩個連續(xù)貝位內(nèi)的船箱位數(shù)，則不再為該到港站的集裝箱集合分配艙內(nèi)貝位； 步驟4.3:從船首開始，以甲板上各貝位的層為單位，為各到港站的集裝箱集合分配甲板上的船箱位，分配時需滿足上層到港站不晚于下層到港站； 步驟4.3.1:按照到港站先后循環(huán)的順序為各到港站的集裝箱集合分配甲板上的船箱位，同時更新各到港站未分配船箱位的集裝箱數(shù)量； 步驟4.3.2:分配完甲板上所有貝位的第一層船箱位后，返回船首開始分配甲板上所有貝位的上一層船箱位，直到所有到港站的集裝箱都分配了船箱位，在分配過程中，若當前層集裝箱的到港站晚于下層集裝箱，則選擇后續(xù)貝位的相應(yīng)層； 步驟4.4:在已分配的船箱位區(qū)域內(nèi)，以貝位中的層為單位，按照從船首至船尾且從甲板最上層到艙內(nèi)最下層的順序分別為各到港站所屬的40英尺超高集裝箱劃分箱區(qū)，且相鄰貝位需要同時有可用箱位； 步驟4.5:在已分配的船箱位區(qū)域內(nèi)，以貝位中的層為單位，按照從船首至船尾且從甲板最上層到艙內(nèi)最下層的順序分別為各到港站所屬的40英尺通用集裝箱劃分箱區(qū)，且相鄰貝位需要同時有可用箱位； 步驟4.6:在已分配的船箱位區(qū)域內(nèi)，將剩余未分配的船箱位全部分配給20英尺通用集裝箱； 步驟4.7:判斷艙內(nèi)滿層堆放的貝位中是否存在滿層堆放的40英尺超高集裝箱，是，則將最上層的40英尺超高集裝箱移至對應(yīng)貝位甲板上的最底層堆放，甲板上的集裝箱依次上移一層； 步驟5:利用改進差分進化算法確定每一個集裝箱具體堆放的船箱位，即船箱位分配結(jié)果; 步驟5.1:設(shè)差分種群個體的維數(shù)為隊即裝船集裝箱的總數(shù)《，每一維表示集裝箱堆放的船箱位，設(shè)定種群規(guī)模^=3 XD,變異參數(shù)A交叉概率因子CR,最大迭代次數(shù)Gtmx ； 步驟5.2:將已分配的船箱位的集合按照對應(yīng)的到港站和尺寸類別劃分為3X/7個子集，/7為到港站個數(shù)，各船箱位均由六位整數(shù)組成，其中前兩位表示船箱位的貝位號，中間兩位表示船箱位的行號，后兩位表示船箱位的層號；用一維索引值對每個子集內(nèi)的船箱位進行排序編號，從I開始升序編碼，編碼的優(yōu)先級規(guī)則是:貝位為第一優(yōu)先級，順序為由船尾至船首；層為第二優(yōu)先級，順序為由艙內(nèi)最底層至甲板的最上層；行為第三優(yōu)先級，順序為由船中間行依次交替至左右兩邊行；即從船首貝位的底層中間行開始對已分配的船箱位進行排序，依次完成行、層和貝的編號，直至所有已分配的箱位排序編號結(jié)束； 步驟5.3:將裝船集裝箱集合按照到港站和尺寸類別劃分為3X/7個子集，并依次由各子集內(nèi)的集裝箱來構(gòu)成差分種群個體內(nèi)的元素； 步驟5.4:對差分種群進行差 分迭代循環(huán)； 步驟5.4.1:變異操作:在差分種群中取三個互異的船箱位作為父代序列的個體，并對父代序列中的元素進行線性變異運算，得到差分種群的變異個體序列； 步驟5.4.2:交叉操作:以設(shè)定的交叉概率β?從差分種群的變異個體序列中選擇集裝箱位元素，其他船箱位元素的從父代個體序列中選擇，來得到子代試驗個體序列，并將得到的子代個體序列內(nèi)的船箱位元素按照數(shù)值大小進行排序，按照該排序?qū)⒓b箱映射到已編號的各船箱位即得到一組集裝箱的船箱位分配結(jié)果； 步驟5.4.3:選擇操作:根據(jù)產(chǎn)生的子代個體序列以及船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的目標函數(shù)，計算該子代個體序列對應(yīng)的船箱位序列的船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的目標函數(shù)值，并與父代個體序列的船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的目標函數(shù)值進行比較，選擇目標函數(shù)值較小的個體進入下一代種群進行迭代；返回步驟5.4.1，當達到最大迭代次數(shù)，迭代結(jié)束； 步驟5.5:選擇當前種群中船舶穩(wěn)定性和岸橋作業(yè)效率的目標函數(shù)值最小的個體序列，將以一維索引值表示的各集裝箱具體堆放的船箱位轉(zhuǎn)換回以貝位號、行號和層號表示的船箱位，得到各集裝箱具體堆放的船箱位； 步驟6:根據(jù)確定的每一個集裝箱具體堆放的船箱位對集裝箱進行裝船配載。
【文檔編號】G06Q50/28GK103544586SQ201310517387
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】唐立新, 董赟 申請人:東北大學