基于仿真优化(SO)的自动化集装箱码头堆场箱区规划及双堆垛起重机协同作业研究

Nowadays, the automatic container terminal is the new trend in the world seaport development. China government is trying to apply the skills of automation, intelligence and visualization into the hub ports. Therefore, the operations and scheduling management in the automatic container terminal is attracting the attention from the government, academia and the enterprise. In order to improve the operation efficiency of the container allocation in the yard of the automatic container terminal, we study the space allocation and the cooperation of two automatic stacking cranes. Rather than separately study the space allocation problem and the stacking crane scheduling problem, we integrate these two problems. The research emphasizes the difference of the import and export containers. We use the Simulation-based Optimization (SO) method to solve the proposed models. By the model analysis and numerical studies, we compare the difference of space utilization, operation efficiency and operation cost between the automatic container terminal and the traditional container terminal. The research of this project will fill the gap in the container terminal operations research literature and provide suggestions for the related decision makers.

自动化集装箱码头已成为当前世界港口发展的新潮流。近年来，我国政府、企业界和学术界都逐渐重视自动化集装箱码头的运作与调度管理。为提高自动化集装箱码头堆场的作业效率，本项目将研究自动化集装箱码头内进出口集装箱的堆存箱区规划及双堆垛起重机协同作业问题。本项目构建两阶段决策模型来刻画集装箱堆存位置分配和双堆垛起重机调度的联合优化问题。本项目的研究关注集装箱码头堆场的全局空间分配、强调进口集装箱与出口集装箱的差异、并考虑双自动化堆垛起重机的双向协同作业。本项目将开发基于仿真的优化算法(Simulation-based Optimization, SO)来求解集装箱堆存作业优化模型。通过模型分析和数值研究来探讨自动化集装箱码头与传统集装箱码头在堆存作业的空间利用率、作业效率、运作成本等方面的差异。项目的研究成果将丰富自动化集装箱码头运作管理理论，并为相关政府部门和港口企业提供决策参考。

我国的自动化集装箱码头建设在过去几年内迅速进入快车道。自动化码头的堆场布局和设备不同于传统码头，对优化调度的时空条件提出了新的要求。. 为提高自动化集装箱码头堆场作业效率，本项目研究了自动化码头进出口集装箱堆存箱位规划及双堆垛起重机联合调度问题。突破以往研究中对集装箱到港等随机信息欠考虑的局限，强调集装箱到港时间、未来取箱时间等随机因素。结合集装箱码头中的运作数据，利用基于仿真的优化方法等对自动化集装箱码头箱区空间规划提出有效的算法和解决方案。. 主要研究内容及结果有：（1）利用基于仿真的优化方法对自动化码头中未来随机离港的进口集装箱进行即时箱位分配，通过模型分析和数值研究探讨了自动化码头与传统码头在堆存作业的空间利用率、作业效率等方面的差异；（2）探讨了自动化集装箱码头出口集装箱的箱位分配问题，并将船舶靠泊随机性和出口集装箱集港顺序综合考虑到整数规划模型中。设计了基于仿真优化的启发式算法求得集装箱贝位分配量，并提出贝内具体落位策略；（3）研究了内陆腹地第三方运营商关于内陆集装箱堆场中集装箱空箱的送返码头的时间决策问题。通过建立两阶段模型分析了船公司关于免费滞箱时间的决策以及内陆第三方物流公司关于空箱送返码头时间的决策。 . 本项目的研究结果为智能港口、全自动化集装箱码头的运营提供了思路和方向，有助于实现集装箱码头各子系统一体化效率的提升。