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1、- 基于蚁群算法的集装箱码头集卡调度研究 摘 要随着人口的增多，土地资源越来越昂贵，管理者不可能无限制的扩大港口占地面积，在现有的港口规模下，如何挖掘潜力，改进管理水平，提高港口吞吐能力，是港口管理者面临的共同问题。国际贸易量的萎缩，航运业的不景气，也迫使港口不断降低成本，以求在有限的业务量中创造最大的利润空间，在竞争中获得一席之地。我国的港口管理水平与发达国家的现代化港口有较大差距，相同规模的港口，其吞吐量能力远逊于国外，这值得港口管理者和学者们深思。单纯依靠增加设备投入虽然能提高集装箱的装卸速度，但显然不是最经济的方法，提高集装箱的装卸效率更为重要，因此必须制定合理的集装箱码头装卸工艺流程
2、，包括堆场规划、装卸机械调配等来提高效率。由于集装箱码头水平运输系统承担着集装箱在码头内的装卸和运输，并且集卡调度是一个非常复杂的工程，而且随着码头集装箱量的增加、集卡数量的增多、集装箱码头的扩建以及集卡调度规则的不断更新，必然会导致集卡调度工作的更加复杂化，因此怎样最大限度的提高港口集卡运作的效率就成为提高集装箱码头生产率的迫切需要。本文在充分分析研究背景的前提下，基于装卸计划已事先拟定这一主要假设，和集卡不固定服务于某一岸吊的基本策略，建立了面向作业面的集卡调度优化模型。并利用蚁群算法进行求解，在获得每辆集卡所需执行的任务序列的同时，确定了最合理的集卡配置数量。关键词：集装箱码头；集卡调度
3、；蚁群算法AbstractDue to the increasing population and the land resource becoming more and more expensive, it is impossible to expand the port area without limitation. So it becomes a common problem for all port managers that how to tap potential improve management and increase throughout capacity under
4、the existing port size. The port managers are forcing to create more profit in limited business by reducing cost, because of the shrinkage of the international trade and the downturn in the shipping industry. There is a big gap between Chinas port management level and that of modern ports in develop
5、ed countries. For ports of almost same size, our throughout capacity is far less than abroad, which worth being thought by the managers and scholars. Obviously it is not the best way that solely relies on the increase on the equipment investments despite that it can faster the handling speed. It is
6、more vital to increase the handling efficiency of the containers. In order to achieve that, a reasonable container terminal handling process including the yard planning and the machine deployment must be established.The horizontal transport system of container terminal is responsible for the loading
7、, uploading and transport of the containers inside the port, which means the container lorry dispatch is a quite complex mission. Whats more, the increasing amount of containers and lorries, the expanding construction of the terminals as well as the frequently updating of the dispatch rules are maki
8、ng the dispatch job even more complicated. Thus, how to improve the operation efficiency of the container lorry to the maximum extent has become the urgent need to increase the terminals productivity.On the basis of fully analyzing the research background, a optimization model of lorry dispatch has
9、been created in this paper. The model was built based on the main assumption that loading scheme has been drawn up in advance. And the there is a basic strategy that lorry is binding to a certain crane. Here I use Ant Colony Algorithm to solve the model, which can find both the optimized task sequen
10、ce and the appropriate quantity of lorry in need.Key Words: Container Terminal； Container Lorry Dispatch Optimization； Ant Colony Algorithm.-目录第1章 绪论11.1研究背景11.2 研究目的和意义21.3 本文研究的主要内容及方法2第2章 集装箱码头生产作业系统概述32.1 集装箱码头装卸设备32.2 集装箱码头基本作业流程53.1 集卡调度策略比较63.2 面向作业面的集卡调度优化模型73.2.1 问题描述73.2.3 模型建立8第4章 蚁群算法求解集
11、卡调度数学模型104.1 蚁群算法简介104.2 蚁群算法基本原理114.3 集卡调度模型算法设计134.3.1 构造TSP图134.3.2 集卡调度问题与TSP问题的区别144.3.3 算法设计154.3.4 算法步骤194.4 算例分析194.4.1 案例设计194.4.2 模型求解21第5章 结论22参考文献23.- 第1章 绪论1.1研究背景集装箱运输以其高效、便捷、安全等特点，成为现代交通运输工具的重要组成部分，越来越受到人们的瞩目。相对于传统的件杂货运输，集装箱的优越性体现在以下几点1:(1)提高港口装卸效率，缩短船舶在港时间，加速船舶、货物周转，有巨大的社会宏观效益；(2)便于联
12、运换装，实现货物“门门”运输；(3)包装成本低，货物在途时间短，节省货物包装费用；(4)安全可靠，保证货运质量。国际集装箱运输自20世纪50年代中期兴起，随着集装箱运输的飞速发展，世界各国港口相继建造了大量的集装箱多用途和专用码头。集装箱码头在整个集装箱运输过程中对加速车船周转，提高货运速度，降低整体运输成本等方面，起着十分重要的作用。在我国，随着对外贸易的频繁往来，集装箱码头以前所未有的速度和规模飞速发展。自1995年以来，港口集装箱吞吐量以年均25%以上的速度增长，2007年全国海港集装箱吞吐量突破1亿TEU。面对覆盖全球的经济危机，08年集装箱吞吐量仍达1.26亿TEU。而在最新的世界集
13、装箱港口吞吐量排名中，中国占据六席。表1.1 2008全球集装箱码头吞吐量排名排名港口吞吐量（万TEU）1新加坡(Singapore)29922上海(Shanghai China)28013香港(HongKong)24304深圳(Shenzhen China)21425釜山(Busan South Korea)13426迪拜(Dubai United Arab Emirates)12007广州(Guangzhou China)11008舟山(Zhoushan Ningbo China)10849鹿特丹(Rotterdam Netherlands)108310青岛(Qingdao Shandon
14、g China)1002与此同时，在现代物流与供应链管理发展的背景下，集装箱码头作业资源调度问题己成为提升新一轮竞争码头核心竞争能力的关键问题。加之世界经济危机对航运业造成了巨大的冲击，如何在有限的业务中创造出更多的利润，正成为各大港口在激烈竞争中保全自己所要思考的重要问题。而在我国，虽然一些集装箱码头，尤其是沿海大型集装箱码头已具备了先进的生产设施和现场实时控制系统，但总体来说，与国外先进的集装箱码头相比还存在一定差距，主要表现在对码头物流系统的资源配置和路径优化等方面仍以经验管理为主。码头管理中包括堆场作业，岸边装卸，集卡运输等作业环节。码头作业效率的最重要的指标是停靠船舶的平均装卸时间。
15、高昂的租船费用和机会成本使船运公司把平均装卸时间作为选择停靠码头的主要因素。而与这一指标密切相关的是岸边桥式起重机单位时间的集装箱装卸数量。一般码头会给岸边桥式起重机分配一定数量的集卡，集卡将装或卸于船舶的集装箱从堆场运到码头或从码头运到堆场。如果岸边桥式起重机的集卡数量过少，会造成岸边出现等待空闲现象减少作业效率；数量过多，不但增加集卡成本，还导致交通阻塞，也会出现岸边桥式起重机作业延误，降低效率的现象。由此码头需要根据岸边和场区作业的需求来合理安排集卡数量。目前国内大多数码头普遍采用的是将6或7辆集卡固定配备给一个岸边桥式起重机，在整个工作流程中这些集卡仅仅为这一个岸边桥式起重机服务。这种模式是个静态的分配模式，集卡将集装箱运送到目的地后又重新返回到岸边桥式起重机边。但在这种分配模式下对于集卡的调度非常不灵活，当船舶停靠的泊位离它装卸的集装箱所在场区之间的距离非常远时，为了提高岸边桥式起重机的作业效率，就要分配更多的集卡，这样会出现严重地交通堵塞和成本问题。同时集卡在来往途中，会出现一段无效率路程，即集卡空载运行，从而出现浪费资源，提高成本的问题。综合以上分析可以看出在集装箱
