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【集装箱堆场智能优化研究】涉及的是如何提升港口堆场的工作效率和服务质量,特别是关注集装箱提箱效率。提箱过程中的倒箱落箱位置选择至关重要,因为它直接影响堆场的发箱速度,甚至对整个装船系统的顺畅运行有深远影响。 在论文中,作者李保顺对一般性的集装箱取箱中的倒箱问题进行了深入研究,建立了一个博弈模型来解决这一问题。模型将客户和码头视为博弈的参与者,客户的取箱时间作为参与者的策略,这些策略通过电子信息传递给码头,使得码头能根据客户策略确定集装箱的优先级。通过建立码头的效用函数,目标是在未来时间段内最小化倒箱次数并减少计算时间,进而最大化效用函数,这通过启发式算法得以实现。实验结果显示,该博弈启发式优化算法相比现有的国内外优化算法有显著的改进。 对于出口箱的倒箱问题,论文以最小化总倒箱次数为目标,同时考虑保持每次发箱对应倒箱次数的均衡,确保装船系统的流畅性。在深入分析倒箱操作本质及堆存期间的倒箱问题基础上,论文提出了两种算法:一是基于预期倒箱数的出口箱控制优化算法;二是基于改进的Corridor Method(C-M模型)的启发式优化算法。实验比较表明,这两种算法在平衡单次提箱倒箱次数的同时,显著优化了总的倒箱数量。 关键词包括:集装箱码头、堆场、博弈模型、C-M模型、倒箱。 这篇论文的核心在于利用优化方法和博弈理论来解决实际的物流问题,提高港口运营效率。通过建立数学模型和设计启发式算法,它提供了解决复杂倒箱问题的有效策略,对于港口管理和物流领域的实践具有指导价值。
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集装箱堆场智能优化研究
重庆大学硕士学位论文
学生姓名:李保顺
指导老师:易正俊 教 授
专 业:应用数学
学科门类:理 学
重庆大学数学与统计学院
二 O 一 O 年十一月
Intelligent Optimization of Container Yard
A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Degree of Master of Science
By
Li Baoshun
Supervised by Prof. Yi Zhengjun
Major: Applied Mathematics
College of Mathematics and Statistics of
Chongqing University, Chongqing, China
November 2010
I
摘 要
集装箱提箱效率是影响港口堆场工作效率,服务质量的主要因素,而提箱时
的倒箱落箱位的选择直接影响着堆场发箱速度,甚至严重影响着装船系统的整体
流畅性。
本文对一般性的集装箱取箱中的倒箱问题和出口集装箱的倒箱问题进行了深
入研究,对于一般性的倒箱问题本文建立了一个博弈模型,把客户和码头看成博
弈过程中的局中人,客户取走集装箱的时间作为局中人的策略,这些策略通过电
子交换信息传递到码头,码头得到客户局中人的策略,从而得到码头集装箱被取
走的优先级,通过建立码头局中人的效用函数,在未来时段倒箱次数最少和计算
时间较少转换成寻求效用函数的最大,并通过启发式算法实现,提出了一种博弈
启发式优化算法。实验结果表明该种算法的优化效果与目前国内外的文献的同类
优化算法相比较均有明显的改善。
对于出口箱的倒箱问题本文以最小化倒箱总次数,尽量均衡每次发箱对应的
倒箱次数、最大程度地保证装船系统的流畅性为约束条件,在深入分析倒箱操作
实质以及提箱装船时堆存贝内倒箱问题的优化模型的基础上,实现了两种算法,
首先利用预期倒箱数数的概念建立了一个出口箱控制优化算法,其次在corridor
method(简称C-M)的基础上提出了一种基于改进的C-M的启发式优化算法,并通
过实验对相关算法进行了比较,实验表明所提出的算法均在尽可能的均衡单次提
箱倒箱次数的同时很大程度的优化了总倒箱数。
关键词:集装箱码头,堆场,博弈模型,C-M 模型,倒箱
II
ABSTRACT
Container yard suitcase is a major factor to the port efficiency and the service
quality. And the choice of the down container location will affects the speed of
container sending, and even affects the overall fluency loading system seriously.
In this paper, we had an in-depth study to the general problem of the container
relocation and the export container. To the general problem of the containers relocation
the paper presented a Game model for the relocation containers in the yard. We saw the
customers and the terminal as the insider of the Game process, the time when the
customers coming to pick up the containers as the insider’s strategy. Their strategy
passed to the terminal though the electronic exchange of information, when the terminal
got the information, they also got the propriety of every container, then they proposed
Game heuristic algorithm though establishing the utility function, which is achieved by
converting the least relocation and the heuristic algorithm to the largest utility function
and the heuristic algorithm. The result shows that the performance of the algorithm is
better than other similar algorithms at home and abroad.
To the problem of export containers, the paper based on in-depth analysis of
inverted containers and optimization model of the containers loading when operating in
real terms, it took the minimize total number of inverted containers, tried best to balance
the inverted number of each sending, the maximum smooth shipment of the loading
system as the constraints, and proposed a heuristic optimization algorithm based on
corridor method (short for C-M). The experiments showed that the algorithm balanced
the down containers number of single suitcase, and at the same time it optimized the
total number of inverted containers at a large degree.
Keywords:Container terminals, Yards, Game model, C-M model, Relocating
III
目 录
中文摘要..........................................................................................................................................I
英文摘要........................................................................................................................................ II
1 绪 论.........................................................................................................................................1
1.1 问题的提出背景与研究意义 ...............................................................................................1
1.2 本文的主要研究内容 ...........................................................................................................3
1.3 本文的结构安排...................................................................................................................3
2 相关研究 ...................................................................................................................................4
2.1 集装箱码头系统的研究 .......................................................................................................4
2.2 船舶规划的研究...................................................................................................................4
2.3 岸桥分配的研究...................................................................................................................5
2.4 仿真系统的研究...................................................................................................................5
2.5 集装箱堆码的研究...............................................................................................................5
3 集装箱堆场倒箱博弈启发式优化算法 ...................................................................7
3.1 倒箱中的博弈 .......................................................................................................................7
3.1.1 博弈论简介 ................................................................................................................7
3.1.2 倒箱的博弈模型 ........................................................................................................8
3.2 算法步骤.............................................................................................................................12
3.3 实验仿真.............................................................................................................................13
3.4 小结.....................................................................................................................................16
4 基于预期倒箱数的出口箱取箱优化算法............................................................17
4.1 前言.....................................................................................................................................17
4.2 出口箱取箱作业的理论基础 .............................................................................................17
4.3 堆存箱位的选取规则 .........................................................................................................18
4.3.1 针对出口箱的第一类侯选栈中落箱栈的选取.......................................................19
4.3.2 针对出口箱的第二类侯选栈的落箱栈的选取.......................................................19
4.4 算法描述.............................................................................................................................21
4.4.1 符号说明 ..................................................................................................................21
4.4.2 算法步骤 ..................................................................................................................21
4.5 实验分析.............................................................................................................................22
4.6 小结.....................................................................................................................................23
5 改进的 C-M 模型在出口箱取箱优化中的应用...............................................25
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