### 基于禁忌搜索方法的集装箱配载问题研究
#### 摘要与背景介绍
随着全球化进程的加速和国际贸易的不断增长，集装箱运输因其高效、安全的特点成为了现代交通运输体系的重要组成部分。作为港口物流的核心环节之一，集装箱的配载工作直接影响着整个物流链的效率与成本。因此，寻找一种能够有效减少倒箱次数、提高作业效率的配载方案至关重要。本文通过对宁波港三期码头的实际调研，并结合遗传算法和禁忌搜索算法，提出了一种新的集装箱配载策略。
#### 关键词解析
- **集装箱配载**：指将一定数量的货物装载进特定的集装箱内的过程，该过程需考虑货物的重量、尺寸以及目的地等因素。
- **禁忌搜索算法**：一种元启发式算法，通过记忆机制避免重复探索相同的解决方案，从而有效地跳出局部最优解，寻找更佳的全局最优解。
- **港口**：作为货物集散地，港口在国际物流链条中起着至关重要的作用。
- **遗传算法**：模拟自然界进化过程的一种优化算法，通过选择、交叉和变异等操作，逐步改进解的质量，适用于多种优化问题。
#### 集装箱码头配置的作业流程
1. **确定卸港次序**：根据目的地港口的先后顺序安排货物装载顺序。
2. **向舱内安排货物**：按照卸港次序和货物重量安排货物到具体位置。
3. **计算稳定性和总强度**：基于货物配置情况，计算船舶稳定性等指标。
4. **调整**：根据稳定性计算结果调整货物位置，确保符合标准。
5. **预配**：将货物按类型、尺寸及目的地分组，确定其在船上的纵向位置。
6. **Bay位排箱**：进一步细化每个货物的具体位置，考虑货物尺寸、重量等因素。
#### 数学模型与约束条件
- **目标函数**：最大化集装箱的装载率（体积或重量），以提高资源利用率。
- **约束条件**：
- **重心位置约束**：确保货物重心与集装箱几何中心的距离不超过一定阈值。
- **单箱重量约束**：限定单个集装箱的最大装载重量。
- **放置顺序约束**：“大不压小，重不压轻”，保障货物的安全堆放。
- **摆放方位约束**：货物在集装箱内的放置方向需符合特定规范。
#### 基于禁忌搜索算法的求解方法
禁忌搜索算法通过引入“记忆”机制来避免陷入局部最优解。具体步骤如下：
1. **初始化**：设定箱子容量、编号、物品数量及其占用空间等参数。
2. **构建dbstree**：以箱子容量为关键值建立数据结构，用于快速查询和更新。
3. **禁忌表**：记录已探索过的解空间，避免重复访问同一状态。
4. **搜索策略**：采用禁忌搜索策略动态调整搜索方向，逐步逼近全局最优解。
5. **解的评估与更新**：通过评估当前解的质量，决定是否接受新解或从禁忌表中移除旧解。
通过对宁波港三期码头的研究，本文提出了一种基于禁忌搜索算法的集装箱配载方法。这种方法不仅能够有效减少倒箱次数，还能提高港口作业的整体效率，对提升集装箱码头的现代化管理水平具有重要意义。未来还可以进一步探索更多元启发式算法的应用，如模拟退火算法、粒子群优化算法等，以期获得更优的配载方案。
