港口泊位調度問題描述目錄TOC\o"1-3"\h\u31535港口泊位調度問題描述 1280851.1集裝箱港口概述 1103191.1.1集裝箱港口的基本組成 1111191.1.2集裝箱港口的作業流程 233191.2集裝箱港口關鍵資源調度過程 7237021.1.1航道調度 7128681.1.2拖輪調度 8163901.1.3泊位調度 853901.1.4岸橋調度 8232891.1.5場橋調度 91.1集裝箱港口概述1.1.1集裝箱港口的基本組成集裝箱港口是為集裝箱船舶提供靠泊作業、裝卸作業的場所，也可以為集裝箱提供裝卸地點，因此集裝箱港口需要使用高水平的機械自動化設備，來進行高效的大規模生產作業。集裝箱港口與集裝箱船舶構成了一個能使港口高效運轉的系統，集裝箱港口物流運輸系統由泊位作業系統、堆場操作系統、橫向運輸系統和貨運站操作系統四個子系統組成。圖1.1集裝箱港口裝卸作業系統本文研究的泊位作業系統由裝置、設備和信息元素組成。主要裝置包括航道、錨地和泊位，設備主要包括岸橋和集裝箱卡車，信息主要包括船期信息，有關泊位分配計劃和終端系統操作的信息。航道是指定或設置的導航通道，在航道上設置航行信號機，保證船舶航行安全，錨地是船舶在水中停靠安全錨地的水域，同時可以防風、防臺風、待檢和渡船、船在水上航行，碼頭是指船舶在港區可以停靠的位置，岸橋是指碼頭起重機，集裝箱卡車是指在集裝箱堆場內運輸集裝箱的卡車，信息元素的程序信息是船舶到達時間、集裝箱提貨計劃或裝箱計劃，泊位調度計劃是指港口根據船期表和靠泊作業信息確定的船位、岸橋的調度方案。關于港口系統的功能，包括與船舶到達和離開、靠泊和碼頭操作有關的信息。圖1.1顯示了集裝箱港口裝卸作業系統。1.1.2集裝箱港口的作業流程集裝箱碼頭作為現代港口物流的重要組成部分，由于其服務對象的特殊性，決定了其生產經營的一些特點。（1）連續性。終端的操作通常是連續的。為了更好地為客戶服務，滿足船公司和貨主的需求，使集裝箱盡快送達客戶手中，做到高效、及時的操作而不是堆垛。集裝箱碼頭是現代港口物流的重要組成部分。由于服務項目的特殊性，決定了其生產經營的一些特點。（2）隨機性和動態性。由于集裝箱碼頭是一個開放系統，船舶到達時間由計劃決定，計劃可以設計和確定船舶的到達時間。然而，進出口集裝箱到達碼頭的隨機性和不確定性，使得集裝箱碼頭的運作具有隨意性和動態性。同時，集裝箱碼頭的運作涉及到碼頭與航運公司之間、銀行之間、海關檢查之間、貨物之間等諸多的運作內容和信息。（3）集裝箱碼頭是集疏運系統的中心，是一種多式聯運方式，碼頭與外界需要強有力的合作與配合。同時，碼頭內的堆場、泊位、閘門、操作人員、機械之間必須相互協調，是一個有機的、緊密聯系的整體，集裝箱碼頭是一個多部門、多環節、多工種集成的復雜系統，這就需要協同操作來保證終端的高效運行。（4）由于進出口集裝箱數量多、種類多，集裝箱碼頭存在諸多問題。而且，船舶到達時間和停靠位置的不平衡導致集裝箱生產的不平衡。因此，為了減少生產任務不平衡造成的損失，必須合理配置和使用碼頭資源，平衡生產要素，如泊位作業系統、岸橋作業系統、堆場、機械、人員等。港口的作業過程通常取決于集裝箱、裝卸設備和堆場位置的關系，集裝箱港口的作業過程可分為卸船作業、裝船作業和混合裝卸作業三種。船舶到港后，港務經理根據船舶情況、碼頭起重機工作情況和泊位情況，編制泊位分配計劃，決定泊位分配的主要因素是與船舶有關的信息，如船期、噸位、集裝箱容量、泊位號等，海岸資源（包括起重設備）和其他物理條件（包括水深、系泊長度等）。圖1.2顯示了集裝箱港口的整個操作過程。根據集裝箱碼頭裝卸工藝，集裝箱船舶進港總時間由船舶進港后等待系泊時間和系泊后岸橋作業時間構成。整個集裝箱裝卸周期由岸橋的作業效率和投入使用的岸橋數量決定，為了優化碼頭起重機的作業效率，減少船舶在泊位上的等待時間和碼頭起重機的工作時間是提高集裝箱港口作業效率的關鍵。指定泊位后的作業和碼頭起重機的規劃就是集裝箱卡車的作業調度，所謂集裝箱卡車的作業調度就是滿足一些約束條件，如作業時間約束、資源能力約束、道路約束等。合理配置裝卸作業，規劃資源，確定運輸路線。通過對集裝箱碼頭起重機規劃過程的分析，可以減少貨物的交貨時間、物流總成本以及運輸成本和運輸成本。影響碼頭邊防作業效率的因素有：泊位等待時間、碼頭起重機裝卸速度、集裝箱卡車運輸速度、碼頭裝卸速度等，如何有效地控制這三個因素是提高碼頭整體運營效率的關鍵，是對泊位調度、岸橋調度規劃、集裝箱卡車配置等系統動態調度的完整研究。圖1.2集裝箱港口整體作業過程集裝箱港口卸貨作業是碼頭根據船型、到港時間、離港時間等信息為到港船舶定制泊位調度計劃的過程。當有滿足船舶的物理條件的空閑泊位時，到港船舶可根據到港船舶的物理需要進行錨固，并且在對接之后，根據船舶的集裝箱體積將橋式起重機分配給該船舶，并且由岸橋將集裝箱從船上卸下。然后由集裝箱卡車運輸到指定的堆場位置。圖1.3顯示了在集裝箱港口卸船的過程。圖1.3集裝箱港口卸船作業過程集裝箱港口管理系統制定裝卸計劃的操作過程是根據船舶到港計劃和集裝箱提貨計劃制定來靠港船舶的泊位的和卸貨計劃，當有滿足船舶物理條件的空閑泊位時，到港船舶進入泊位等待岸橋對其進行裝卸作業。集裝箱卡車將集裝箱運輸到碼頭前沿，并由岸橋將集裝箱從集裝箱卡車上卸下后裝入船倉中，直到完成裝卸作業并且船舶離開港口為止。圖1.4是裝船作業的流程圖。圖1.4集裝箱港口裝船作業過程裝卸混合的作業過程是在完成卸裝操作后開始裝船操作，圖1.5是裝卸混合的作業流程。圖1.5集裝箱港口裝卸混合作業過程1.2集裝箱港口關鍵資源調度過程1.1.1航道調度 港口的航道類型共有三種類型，分別是單向航道，雙向航道和復式航道。單向航道表示港口中只有一個主航道，而雙向航道則意味著有兩個航道，并且可以同時沿不同的方向行駛。復式航道是在主航道兩側都添加一個淺航道，以便大型船只和小型船只可以分別行駛。單向航道調度通常分為港口到達時間和港口離港時間，以避免進出船舶之間發生碰撞，而單向航道則不能同時進出港口。當船只同時進出時，可以使用雙向航道和復式航道。在實際操作中，船舶到達港口后，根據船舶的到達信息，將泊位分配給船舶，當港口交通管理中心下達命令進入港口時，船舶將駛向對應泊位。當船舶完成卸船操作后，船舶交通管理中心將向船舶發出離港指令，包括諸如進入主航道的時間和離港順序之類的信息。1.1.2拖輪調度 靠泊是指當船舶在航道上行駛時，拖輪被拖到船舶前方，然后到達指定的特定泊位。移泊作業是指船舶在某一泊位裝卸貨物時，由于需要在該泊位停泊的其他船舶的到達，需要將船舶轉移到另一個泊位繼續裝卸作業。拖船需要拖著前面的船。在進出港作業中，由于船舶載重噸位的變化，每艘船舶需要不同類型的拖船。如果使用小馬力的拖輪為載重量噸位大的船舶服務，拖輪將無法將船舶拖至指定目的地；如果使用大馬力的拖輪為載重量噸位較小的船舶提供服務，會造成資源浪費，并可能導致船舶得不到符合要求的拖輪服務。所以碼頭需要根據每艘船的具體信息來調配拖輪。同時，船舶在拖船服務前在錨地等候，錨地可用于停泊、海關檢查、檢疫和船舶編隊。拖輪為船舶進出碼頭提供服務時，客戶希望拖輪更快地進出，所以通常以等待時間來表示滿意。另外，當拖輪發生故障或完成作業時，拖船會停在拖輪基地進行維修或保養。1.1.3泊位調度 泊位調度指根據船舶長度、裝載量、吃水深度、預計到港時刻、預計離港時刻等數據確定每一-艘船所分配的泊位以及停留時間。由于船舶長度的影響，船舶所占據的位置長度不能小于船長或者超過岸線長度，且為了避免船舶相撞，每兩艘船之間需要保證一定的安全距離，同時，由于船舶吃水深度的影響，船舶應該停靠在其不會擱淺的泊位上。與此同時，由于某些泊位可能與船舶的貨物所要卸到的或者需要裝船的貨物存放的堆場箱區比較近，船舶的靠泊位置越接近上述靠泊位置，裝卸作業的效率就越高，即船舶具有偏好泊位，且偏離偏好泊位，將會增加作業成本。1.1.4岸橋調度 岸橋作業是船舶到港集裝箱碼頭生產作業開始時，當船舶停靠碼頭時，岸橋開始裝卸船舶上的貨物，此時碼頭必須根據預計靠港時間、預計離港時間、貨物裝卸量、船舶配載等信息，安排一定數量的岸橋給船舶作業,并分配每臺岸橋的作業時序，使得船舶可以按期離泊，不會發生滯期情況。同時也應配合集裝箱碼頭其他作業環節，不會發生某個環節擁堵或者設備非常空閑的情形。岸橋調度的效率由該船舶上最晚完成裝卸作業的岸橋決定，此臺岸橋的作業完成時刻就是船舶所有作業的完成時刻，也是最早可以離泊時刻。每一臺岸橋需要多人配合，且開啟成本比較高，因此，岸橋能耗由所開啟的岸橋數量以及作業時間決定。1.1.5場橋調度 在集裝箱放置在堆場之前，需要確定其所堆存具體位置與存放時間，場橋負責在開始堆存時刻將箱子從集卡上取出放入指定位置，在結束堆存時將箱子取出并放到集卡上。同時，由于箱子存在時間窗，可以確定場橋作業的兩個關鍵時間節點，一是可以開始存入/取出作業的最早時刻，二是完成存入/取出作業的最晚時刻。為了不影響碼頭的后續作業，所有場橋作業都需要在上述時間窗之內完成，則可將場橋作業概括為時間窗約束下的資源調度問題。除此之外，可將時間節點相同、存在位置相鄰的集裝箱所對應的場橋作業任務組成一個任務組，這可以降低問題的規模，從而減小求解難度，可以更快得到場橋的調度方案。場橋調度的效率