集装箱码头与船舶协调配载的优化模型与算法研究

集装箱运输已经成为国际贸易实现的最主要运输方式，其运输服务质量很大程度上受码头机械作业效率、船舶运营效率等因素的影响。而集装箱船舶配载作为集装箱运输系统中的重要一环，直接影响集装箱船舶运营效率和码头机械作业效率。配载优化的研究取得了一定的成果，但主要是侧重研究码头或船舶单一方面配载问题，在码头、船舶协调配载的研究十分欠缺。因此研究码头、船舶协调配载优化具有重要理论意义与实际应用价值。本课题旨在提高码头机械作业效率与船舶运营效率，将从理论上分析影响码头、船舶配载效率的制约因素，研究配载问题的内在机理；以此为基础，在满足船舶稳性、强度、吃水差等力学约束条件下，建立多岸桥同时作业的船舶、码头协调配载优化模型；并利用启发式算法的结构特点，设计求解协调配载优化模型的算法，通过与实际配载过程相结合，验证模型的合理性与算法的有效性。此项研究将为船舶、码头协调配载提供理论支撑和关键技术。

集装箱运输已经成为国际贸易实现的最主要运输方式，其运输服务质量很大程度上受码头机械作业效率、船舶运营效率等因素的影响。而集装箱船舶配载作为集装箱运输系统中的重要一环，直接影响集装箱船舶运营效率和码头机械作业效率。配载优化的研究取得了一定的成果，但主要是侧重研究码头或船舶单一方面配载问题，在码头、船舶协调配载的研究十分欠缺。因此研究码头、船舶协调配载优化具有重要理论意义与实际应用价值。本课题旨在提高码头机械作业效率与船舶运营效率，从理论上分析影响码头、船舶配载效率的制约因素，研究配载问题的内在机理；首先，本课题研究了船舶配载的关键制约因素，设计了求解船舶稳性的配载软件，能够自动求解船舶配载结果的稳性，为进一步的优化配载提供理论基础。在满足船舶稳性、强度、吃水差等力学约束条件下，研究了船舶配载优化问题、码头配载优化问题及码头与船舶协调配载优化问题。针对集装箱船舶全航线配载问题，建立以全航线倒箱量最小和吃水差最优为目标的多目标优化模型。通过分析模型特点，将倒箱量最小转化为倒箱量为零的约束条件。结合装载规则，给出初始解，并设计了遗传算法对目标函数吃水差进行优化。针对码头配载，研究了场桥、集卡在配载过程中的优化路径问题，建立了优化模型设计了启发式算法进行了求解。针对协调配载问题，研究了在满足船舶配载计划的情况下，针对传统的最矮栈和邻近栈策略，提出了最优栈翻倒箱策略，以倒箱量最小为目标建立了三种倒箱策略的提箱顺序模型。并设计了遗传算法对提箱顺序模型进行优化求解。进一步，研究了多岸桥同时作业的船舶与码头协调配载优化模型，并利用启发式算法的结构特点，设计求解协调配载优化模型的算法。通过与实际配载过程相结合，验证模型的合理性与算法的有效性。此项研究将为船舶、码头协调配载提供理论支撑和关键技术。