专利名称：调配集装箱码头堆场拖车的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种调配集装箱码头堆场拖车的控制方法。
背景技术：
作为集装箱码头堆场和码头前沿之间最重要的运输设备之一，堆场拖车在码头生产能力和能源消耗上起到了关键作用。如果拖车调配缺乏合理性的话，岸边装卸桥和堆场起重机都有可能需要等待拖车的到来。因此，十分有必要运用合理的堆场拖车调配来保证装卸桥和堆场起重机的平稳运行。随着在全球贸易中集装箱码头的重要性地位日益增强，越来越多的学者关注起码头操作的研究。例如，Yin等[1] (2011)提出了针对动态港计划调配问题的分布式智能系统。Kim和Parkt2] (2004)建立了解决堆场起重机调配问题的数学模型，并把分支定界法和贪婪随机自适应搜索方法结合在一起来获得调配问题的最优解法。Lee等[3] (2008)研究了堆场起重机的调配问题，其中考虑的是互不干涉的约束条件，并运用遗传算法得到近似最优解。Zhang等M (2003)提出滚动平面法和双层次数学模型以解决堆存空间分配问题。宓为建等[5] (2009)结合目标规划和遗传算法解决堆存空间分配问题。何军良等[6] (2010)基于静态滚动平面法建立目标规划模型以解决场桥调配问题。苌道方等[7] (2010)开发了整数规划模型，综合讨论了泊位安排和场桥联合调配的课题。严伟等M (2011)提出基于知识的场桥调配系统。苌道方等[9] (2011)对于场桥调配问题给出动态滚动平面法的决策方法。丁等-(2012)在轮胎吊实时数据的基础之上，建立了轮胎吊调配安排的数学模型和启发式算法。Choi等[11] (2012)开发了内陆集装箱货场运作效率的仿真模型。特别对于堆场拖车的分配调配，也有许多相关的研究文章。Lee等[12] (2009)综合研究了堆场集卡调配和库存分配问题。相类似地，曹等[13] (2010)综合讨论堆场集卡和起重机调配问题，并用Benders分解算法来解决此整合性问题。Ng等M (2007)调配安排集装箱码头的堆场集卡，以求最小化集卡跨度。Bish[15] (2003)探讨了多岸吊和多拖车的联合问题。Kim和Bae[16] (2004)利用远期交货的地点、时间信息，研究了自动导引车的调配问题。目前所有有关集装箱码头堆场拖车调配决策系统及其调配方法中，均未涉及集卡的能耗目标，急需研发将综合以拖车完成任务的总时间最小和完成任务的能耗最小为目标，设计一种合理的调配决策系统及其控制方法。
发明内容
针对现有技术中结构上的不足，本发明的目的是提供一种调配集装箱码头堆场拖车的控制方法，以为减少非工作状态下堆场拖车的运行距离、岸吊与场桥的闲置时间以及拖车的数量，该堆场拖车的调配安排能够有效地提高集装箱码头生产力，降低能源消耗。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种调配集装箱码头堆场拖车的控制方法，该控制方法用于集装箱码头堆场拖车调配决策系统中，调配决策系统中包括有岸桥的位置传感器及码头生产数据库，该调配决策系统的调配安排对所有拖车的动态服务于所有的岸桥，该调配方法包括有以下步骤步骤1.首先以码头前沿的最左侧顶点为坐标原点，建立坐标系0(x，y)，以岸线自左至右为X轴的正方向，以从码头前沿至后方堆场的方向为y轴的正方向，码头中涉及到的所有位置坐标都以此坐标系为参考系，通过拖车的GPS定位系统,获取所有拖车的当前坐标，记为Pti (xti，yti)，其中Xti与yti表示第i个拖车所在位置的横、纵坐标；步骤2.通过岸桥的位置传感器，获取所有岸桥的当前位置坐标，记为P。(xci, yci)，其中xqi与yQi表示第i个岸桥所在位置的横、纵坐标；步骤3.通过码头生产数据库，获取当前时间内，正在装卸船作业的船舶航次，记为Vi，统计航次为Vi的所有装船任务和卸船任务，这些装船任务和卸船任务分别组成的装船任务集合和卸船任务集合记为CVi_load和CVi_unload，将所有航次的装卸船任务合并得到装船任务集合和卸船任务集合为C_load和C_unload ；步骤4.通过码头生产数据库，获取装船集合C_load中所有即将装船的集装箱在堆场中的位置坐标Ply(xlyi，ylyi)和即将装在船上的集装箱坐标Plv(xlvi，ylvi)。然后计算拖车到装船集装箱所在堆场的水平距离D1= I xt1-xlyi I +1 yt1-ylyi I，和装船集装箱所在堆场位置到即将装在船上的位置之间的水平距离D2= I xly1-xlvi I +1 yly1-ylvi I ；通过码头生产数据库，获取卸船集合(_111110&(1中所有即将卸船的集装箱在船舶上的坐标Pulv(xulvi，yulvi)，和即将卸船的集装箱在堆场中的位置坐标Puly(xulyi，yulyi)。然后计算拖车到所有卸船集合中的装箱所在船舶的水平距离D3= I xt1-xulvi I +1 yt1-yulvi I，和卸船集装箱所在船舶位置和拖车到卸船集装箱所在堆场的水平距离D4= I Xulv1-Xulyi I +1 yulv1-yulyi I ；步骤5.计算堆场拖车j承担作业任务i的费用，计算式子为
d Atnh +1尔Ui JgQ)趟后，把费用记录在使费用矩阵MX中，行表示
堆场拖车，列表示作业任务；如果拖车数量少于作业数，需要在矩阵中增加列数，对应于所有行的增加列的费用被设定为一个1000000000正数常量；步骤6.使费用矩阵MX变形，让所有行与列都含有元素0，变形方法的伪代码如下For/属于所有行
获得i行的最小费用Mw,
ForJ属于所有列
ColSt [ Ij']=Cos t[ L j ] - Min
End For End For
For j属于所有列
获得J'列的最小费用
For i属丁·所冇行
CVasY [ /, / ]=Co.vr [ /, / ]-Min
End For End For步骤6.尝试分配，详细过程如下①从第一行开始，如果i行仅有一个0，则给予此O元素星号(*)，星号表示对应于i行的堆场拖车只能被派以一项作业任务，然后把O元素对应的一列中的所有O元素都替之以加号( + )，加号表示对应于列的作业已经分配以一辆堆场拖车，重复此步直到最后一行；②从所述第一列开始，如果j列仅有一个0，则给予此O元素星号(*)，星号表示对应于j列的作业任务只能分配一辆堆场拖车，然后把O元素对应的一行中的所有O元素都替之以加号(+)，加号表示对应于行的拖车已经分配一项作业任务，重复此步直到最后一列；③如果矩阵MX里仍有O元素，找到含有O元素最少的行或列，并用R或C表示；比较对应于R行或C列，所有列或行O元素的数量，找出O元素最少的列或行，用C1或R1表示；R行或C列以及C1列或R1的O元素标上星号(*);重复此步直到矩阵中所有O元素都标
上星号；④如果带有星号的O元素的数量等同于所述矩阵MX的规则顺序，每个星号代表对应于行的拖车被调配以对应于列的作业任务，紧接着进入后面的步骤8 ;不然将执行步骤4；步骤7.找到最多的独立O元素，以下显示步骤4的过程； ①对没有星号(*)的行标记％符号；②对于全部带有％的行，如果某行含有O元素，则在对应于这些O元素的列中做上％符号的标记；③对于全部带有％的列，如果某列含有带星号(*)的O元素，则在对应于这些带星号O元素的行中做上％符号的标记；④重复步骤4的①-步骤4的④，直到不能再标记％号为止；
⑤对所有带％的列画竖直线，带％的行画水平线；⑥如果线的数量等同于矩阵MX的规则顺序，执行步骤4的⑦，否则跳到步骤5 ；⑦对于所有水平线和竖直线，有水平线的行(或有竖直线的列)用R (或C)表示。比较对应于R行(或C列)的O元素,所有列(或行)O元素的数量,找出O元素最少的列(或行)，用C1 (或R1)表示；R行(或C列)以及C1列(或R1)的O元素标上星号(*);然后到步骤3、步骤4 ;⑧找出未被线掩盖的所有元素中的一个最小值Min1，接着把带％行中的所有元素值减去Min1，带％列中的所有元素值加上Min1，这样一个新的费用矩阵MX建立了起来；前往步骤I操作MX矩阵；步骤8.将矩阵MX中的调配方案通过码头的无线网络，发送到每一台拖车上，拖车开始执行任务。本发明的效果是通过采用本控制方法进行试验，是契合整个码头的一种调配方法，而不仅是针对码头某一特定的操作层面。该调配方法用于集装箱码头堆场拖车调配决策系统中，该控制方法的调配安排对所有拖车的动态服务于所有的岸桥，为减少非工作状态下堆场拖车的运行距离、岸吊与场桥的闲置时间以及拖车的数量，该堆场拖车的调配安排能够有效地提高集装箱码头生产力，降低能源消耗。集卡的平均完成任务的时间和总运输能耗都小于实际中的数值，这两者最小的减少率分别为12. 7%和13. 6%。
图1是本发明的面向码头整体的堆场拖车控制方法示意图。
具体实施例方式结合附图及实施例对本发明的调配集装箱码头堆场拖车的控制方法加以说明。该方法提供的是面向全码头的拖车调配决策系统，而非面向作业线的调配，即所有拖车可以动态的服务于所有岸桥，而非固定的为某台岸桥分配具体的拖车。随后基于调配方法开发了一个整数规划模型来解决实际问题，此模型的目标函数是受到以下两个条件的约束，即总运输时间最小化和总运输能耗最小化。鉴于问题计算的合理数值范围，本发明应用了基于匈牙利算法的启发式算法。另外，考虑到码头工作任务产生与完成的动态特征，提出新算法的实施。最后，实验计算旨在验证对于堆场拖车调配问题，所应用方法的绩效结果O本发明的调配集装箱码头堆场拖车的控制方法，该控制方法用于集装箱码头堆场拖车调配决策系统中，调配决策系统中包括有岸桥的位置传感器及码头生产数据库，该调配决策系统的调配安排对所有拖车的动态服务于所有的岸桥，该调配方法包括有以下步骤步骤1.首先以码头前沿的最左侧顶点为坐标原点，建立坐标系0(x，y)，以岸线自左至右为X轴的正方向，以从码头前沿至后方堆场的方向为y轴的正方向，码头中涉及到的所有位置坐标都以此坐标系为参考系，通过拖车的GPS定位系统,获取所有拖车的当前坐标，记为Pti (xti，yti)，其中Xti与yti表示第i个拖车所在位置的横、纵坐标；步骤2.通过岸桥的位置传感器，获取所有岸桥的当前位置坐标，记为P。(xci, yci)，其中Xqi与yqi表示第i个岸桥所在位置的横、纵坐标；步骤3.通过码头生产数据库，获取当前时间内，正在装卸船作业的船舶航次，记为Vi，统计航次为Vi的所有装船任务和卸船任务，这些装船任务和卸船任务分别组成的装船任务集合和卸船任务集合记为CVi_load和CVi_unload，将所有航次的装卸船任务合并得到装船任务集合和卸船任务集合为C_load和C_unload ；步骤4.通过码头生产数据库，获取装船集合C_load中所有即将装船的集装箱在堆场中的位置坐标Ply(xlyi，ylyi)和即将装在船上的集装箱坐标Plv(xlvi，ylvi)。然后计算拖车到装船集装箱所在堆场的水平距离D1= I xt1-xlyi I +1 yt1-ylyi I，和装船集装箱所在堆场位置到即将装在船上的位置之间的水平距离D2= I xly1-xlvi I +1 yly1-ylvi I ；通过码头生产数据库，获取卸船集合(_111110&(1中所有即将卸船的集装箱在船舶上的坐标Pulv(xulvi，yulvi)，和即将卸船的集装箱在堆场中的位置坐标Puly(xulyi，yulyi)。然后计算拖车到所有卸船集合中的装箱所在船舶的水平距离D3= I xt1-xulvi I +1 yt1-yulvi I，和卸船集装箱所在船舶位置和拖车到卸船集装箱所在堆场的水平距离D4= I Xulv1-Xulyi I +1 yulv1-yulyi I ；步骤5.计算堆场拖车j承担作业任务i的费用，计算式子为
权利要求
1.一种调配集装箱码头堆场拖车的控制方法，该控制方法用于集装箱码头堆场拖车调配决策系统中，调配决策系统中包括有岸桥的位置传感器及码头生产数据库，该调配决策系统的调配安排对所有拖车的动态服务于所有的岸桥，该调配方法包括有以下步骤 步骤1.首先以码头前沿的最左侧顶点为坐标原点，建立坐标系0(X，y)，以岸线自左至右为X轴的正方向，以从码头前沿至后方堆场的方向为y轴的正方向，码头中涉及到的所有位置坐标都以此坐标系为参考系，通过拖车的GPS定位系统，获取所有拖车的当前坐标，记为Pti (xti，yti)，其中Xti与yti表示第i个拖车所在位置的横、纵坐标； 步骤2.通过岸桥的位置传感器，获取所有岸桥的当前位置坐标，记为PJxcd, yj，其中xqi与yqi表示第i个岸桥所在位置的横、纵坐标； 步骤3.通过码头生产数据库，获取当前时间内，正在装卸船作业的船舶航次，记为Vi，统计航次为Vi的所有装船任务和卸船任务，这些装船任务和卸船任务分别组成的装船任务集合和卸船任务集合记为CVi_load和CVi_unload，将所有航次的装卸船任务合并得到装船任务集合和卸船任务集合为C_load和C_unload ； 步骤4.通过码头生产数据库，获取装船集合C_load中所有即将装船的集装箱在堆场中的位置坐标Ply(xlyi，ylyi)和即将装在船上的集装箱坐标Plv(xlvi，ylvi)。然后计算拖车到装船集装箱所在堆场的水平距离D1= I xt1-xlyi I +1 yt1-ylyi I，和装船集装箱所在堆场位置到即将装在船上的位置之间的水平距离D2= I xly1-xlvi I +1 Yly1-Yivi I ;通过码头生产数据库，获取卸船集合C_unload中所有即将卸船的集装箱在船舶上的坐标Pulv(xulvi，yulvi)，和即将卸船的集装箱在堆场中的位置坐标Puly(xulyi，Yulyi)。然后计算拖车到所有卸船集合中的装箱所在船舶的水平距离D3= I Xt1-Xulvi I +1 Yt1-Yulvi I，和卸船集装箱所在船舶位置和拖车到卸船集装箱所在堆场的水平距离D4= I Xulv1-Xulyi I +1 yulv1-yulyi I ；步骤5.计算堆场拖车j承担作业任务i的费用，计算式子为d,r(tm,+tt')-C~d；rW,;随后，把费用记录在使费用矩阵μχ中，行表示堆场拖车，列表示作业任务；如果拖车数量少于作业数，需要在矩阵中增加列数，对应于所有行的增加列的费用被设定为一个1000000000正数常量；步骤6.使费用矩阵MX变形，让所有行与列都含有元素0，变形方法的伪代码如下
全文摘要
本发明提供一种调配集装箱码头堆场拖车的控制方法，该方法是契合整个码头的一种调配方法，而不仅是针对码头某一特定的操作层面。该调配方法用于集装箱码头堆场拖车调配决策系统中，该控制方法的调配安排对所有拖车的动态服务于所有的岸桥。本发明的效果是通过采用本控制方法进行试验，为减少非工作状态下堆场拖车的运行距离、岸吊与场桥的闲置时间以及拖车的数量，该堆场拖车的调配安排能够有效地提高集装箱码头生产力，降低能源消耗。集卡的平均完成任务的时间和总运输能耗都小于实际中的数值，这两者最小的减少率分别为12.7%和13.6%。
文档编号G06Q10/06GK103020783SQ201210575339
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者于汝民, 李伟, 李勋, 安国利, 杨荣, 孙立, 闫德顺, 李强 申请人:天津港(集团)有限公司