集装箱码头集卡调度问题研究文献综述
2020-04-29 06:04
经济全球化的发展推动了进出口贸易的发展，使得进出口货物量日益增长。而港口作为进出口贸易的枢纽面对数量日益增长的进出口货物，其面对的压力将会越来越大。集装箱作为港口进出口货物的主要载体，减少了货物运输过程中的损坏和丢失，保证了货物的安全、高质量运输。 根据2016年交通运输行业发展统计公报显示，全国港口完成集装箱吞吐量2.20亿TEU，比上年增长4.0%。其中，沿海港口完成1.96亿TEU，增长3.6%；内河港口完成2415万TEU，增长7.4%[1]。数据显示近几年全国港口的集装箱吞吐量在不断上升，而集装箱船舶的量级也在逐渐增长，这给各大港口带来了前所来有的挑战，如果港口无法适应日益增长的集装箱吞吐量需求，无法提供及时快捷的服务，一定会被市场所淘汰。所以各港口需要提升自身的作业效率和服务水平。
在集装箱码头作业运作过程中，港岸起重机、场内移动起重机、集卡作为三种重要的基础工具，起着重要的作用[2]。集卡作为一种水平运输工具，在港口的装卸货过程中起着连接码头前沿和堆场的作用。集卡的工作效率在一定程度上影响着码头整体作业效率。
本文的研究是以集装箱码头为研究对象，对码头集卡调度进行分析研究，通过改变集卡调度的规则，探索减少船舶停留时间和提高码头整体效率的调度方法。本文旨在提出更好的集卡调度方案，从而提高港口码头的工作效率。一方面，对集装箱码头集卡调度问题进行研究，可为解决集装箱码头调度中存在的问题，提供理论和实践指导。另一方面，本研究丰富了集装箱码头集卡调度问题的理论研究，是对现有集装箱码头集卡调度问题研究的有益补充，研究成果将进一步丰富集装箱码头集卡调度优化理论。
对于集装箱码头集卡调度的研究可分为对内集卡调度的研究及对外集卡调度的研究。
对于内集卡的调度，Bish [3]等人采用启发式算法，以最短时间完成整个船的装卸载作业为目标，较早的对港内集卡调度问题进行了研究。Lee等[4]综合考虑了集卡调度和仓储分配问题，以最小化等待时间和集卡总行程时间的加权总和为目标建立模型，并设计了混合插入算法用以求解。Shang[5] 讨论了如何确定集卡车队的规模，以及如何分配送货工作，并提出了一种考虑双40英尺码头起重机工作特性的混合整数规划模型。Zheng[6] 等人设计了一种适用性强的动态货车调度模型，以降低货物装载率，缩短处理任务的时间。曾庆成等[7]以缩短装卸桥等待时间为目标，建立了集卡调度动态模型。并提出了 Q 学习算法对集卡优化问题进行求解分析。计明军等[8]研究了待装集装箱船舶与待卸集装箱船舶并行作业的情况下，以岸桥等待时间最短为目标，对集卡调度问题进行了研究，为集卡线路的优化提供了理论指导。康志敏等[9]结合集装箱码头的实际情况，建立了集装箱码头物流系统有色 Petri 网的基本骨架，提出了一种新的遗传算法编码方式。Cota等人[10]对多个码头之间的转接业务进行了研究，建立了多个码头转接运输的集卡调度方案，采用启发式方法对问题进行了研究。梁承姬[11]综合考虑集装箱顺序及岸桥干涉对集卡调度的影响，建立了一个以最小化完工时间为目标的混合整数规划模型，并用遗传算法进行求解。樊陆彬[12]等从不确定性的角度出发,主要考虑码头装卸设备运行参数的概率分布,研究岸桥和集卡之间的协调调度问题。
对于外集卡的调度，Yang等人[13]提出了综合规划模型和顺序规划模型，以协调主要的码头规划活动，包括码头泊位分配、堆场仓储空间分配和集卡到达管理，并提出了一种基于启发式的遗传算法对模型进行求解.。Sjoerd[14]等在其论文中进行了集卡到这时间的预测的研究，其综合考虑实时交通及天气等因素来预测集卡到达闸口的时间。Chen[15]出了一种基于卡车与船舶服务关系的时间窗卡车到达管理方案，即为同一货轮运送集装箱的卡车共享一个公共时间窗口，来解决大量集卡到达和码头大门拥堵的问题。
2. 研究的基本内容与方案
{title}本文将以集装箱码头的运作为研究对象，结合实际，包含以下内容
（1）分析集装箱码头的作业类型和作业流程
（2） 研究影响码头整体效率的因素
（3） 提出改进方案，建立数学模型
（4） 进行仿真实验并进行总结
泊位和岸桥是集装箱码头的稀缺资源，是码头装卸能力的决定因素，并且对泊位和岸桥的投资成本非常高。所以要尽量避免岸桥处于空闲状态，保证岸桥的工作效率，在这一前提下集卡的工作效率在一定程度上影响了码头作业的整体效率。传统方式的集卡调度会造成某段时间内大量集卡处于排队等待作业的状态，同时集卡会有近50%的时间在空驶，集卡的利用效率低。
针对这一问题，本文的目标是在尽量保证桥吊可以连续工作的前提下，最小化集卡等待时间和空程时间之和，提高集卡的利用率。具体方案方面，传统的调度模式中由于一组集卡只为一座桥吊服务，导致其等待时间和空驶时间较长。本文使集卡在完成一次装载（或卸载）任务后，计算每个卸载（或装载）桥吊的准备时间（即若为此桥吊服务需要的等待时间和空驶时间之和），使其加入准备时间最少的桥吊的等待队列。本文将按上述思路建立数学模型，并进行仿真实验。
