整体规划和控制集装箱码头中集装箱流操作的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及用于整体规划和控制集装箱码头中集装箱箱流操作的系统及方法。公开了一种用于自动地规划和控制例如位于港口处的那些大规模集装箱码头海运集装箱运输和存储码头中的集装箱箱流操作的系统及方法。该系统及方法预先在多个不同的时间窗口中以整体的方式自动地调度集装箱码头的操作，其中，在最前范围时间窗口、候选范围时间窗口以及邻近范围时间窗口中调度操作。

【技术实现步骤摘要】
整体规划和控制集装箱码头中集装箱流操作的系统及方法
本专利技术大体上涉及例如位于港口处的那些海运集装箱运输和存储码头，在海运集装箱运输和存储码头处，货物在远洋船舶与陆地运输例如货车和火车之间被转移，并且更具体地，涉及用于自动规划和控制大规模的集装箱码头中的集装箱箱流操作的系统及方法。
技术介绍
未被陆地连接的国家之间的商品的进口和出口通过海洋运输来实现，海洋运输还被用作更适合海洋运输而不是陆地运输的同一国家中的区域之间的运输的优选方式，港口处的船舶与港口处的陆地运输之间的接合点在大海运集装箱运输与存储码头处来实现。大多数商品被装进符合一个或更多个国际标准组织(“ISO”)标准尺寸的大集装箱中并被运输，所有集装箱具有八英尺的标准宽度，绝大多数这样的集装箱是二十英尺长的集装箱(一个“二十英尺标准单位”，或TEU)或者四十英尺长的集装箱(两个TEU)。一些这样的集装箱针对其经常运输的具体货物而被专门定制，例如，用于易腐商品的冷藏集装箱、用于液体的罐式集装箱以及用于运输机动车辆的汽车集装箱。这样的标准化集装箱由大集装箱运输船舶在海洋中运输并且由货车或火车在陆地上运输。鉴于国际海洋海运和国内海洋海运的量级，要理解的是，位于港口处的大海运集装箱运输和存储码头的大小和规模是很大的，大量的海运集装箱通过船舶、货车和火车到达这样的海运集装箱运输和存储码头。虽然海运集装箱中的一些海运集装箱将会通过海运集装箱运输和存储码头被快速地转移，但是其他的海运集装箱在其到达上述码头至其离开所述码头之前必须暂时存储一段时间。大海运集装箱运输和存储集装箱码头可以认为具有三个基本要素：近水侧港口接合点，在滨水侧港口接合点处，海运集装箱在港口处被装载到船舶上并从船舶上卸载；近陆侧陆地运输接合点，在近陆侧陆地运输接合点处，海运集装箱被装载到货车和火车上或者从货车和货车上卸载；以及位于港口接合点与陆地运输接合点之间的海运集装箱运输和存储区域或场地(也已知为甲板)。在这一点，这样的集装箱码头可以认为是具有装载/卸载子系统、转移子系统、存储子系统以及接收/传送子系统的系统。海运集装箱运输和存储区域包括多个集装箱堆叠区(yardblock)，多个集装箱堆叠区中的每个集装箱堆叠区包括按照纵向方向暂时存储在集装箱堆叠区中的大量的海运集装箱。这样的集装箱堆叠区可以为例如约四十个存储集装箱长、八个存储集装箱宽，并且存储集装箱可以被堆叠至五个存储集装箱高。每个集装箱堆叠区通常由有时被称为自动化轨道式龙门起重机(“ARMG’s”)的两个自动堆垛起重机(“ABC’s”)服务，即，近水侧堆垛起重机和近陆侧堆垛起重机，上述两个自动堆垛起重机在位于集装箱堆叠区的相反侧的轨道上移动，并且可以在港口接合点与陆地运输接合点之间运输和存储集装箱。例如，也可以使用其他类型的ARMG’s，例如交叉ARMG’s。港口接合点包括港岸起重机(“QC’s”，包括具有自动入口悬挂式小车(portaltrolley)的港岸起重机以及具有半自动主悬挂式小车的港岸起重机)和自动水平运输系统(“AHT”)，港岸起重机在港口处将存储集装箱装载到船舶上并且将存储集装箱从船舶上卸载下来，自动水平运输系统(“AHT”)在港岸起重机与集装箱堆叠区的港口端部之间运输集装箱。自动水平运输系统包括可以运输或者一个或者两个存储集装箱的自动车辆例如自动往返搬运器(“ASH’s”)和自动导引车辆(“AGV’s”)以及用于海运集装箱运输和存储码头的其他类型的自动车辆。陆地运输接合点包括位于集装箱堆叠区的陆地运输端部的货车门和装载区以及火车装载区和在港岸起重机与火车装载区之间运输集装箱的自动水平运输系统。自动水平运输系统是用于在点到点的短距离之间往返运送集装箱的机器人操作的、无人驾驶车辆。如可以期望的那样，多次试图促进这样的大海运集装箱运输和存储码头的操作。例如，Ward等人在美国专利第7,972,102号中提供了对自动堆垛起重机和自动水平运输系统的操作的良好的总体描述，并且Amoss等人在美国专利第8,118,534号中提供了对港岸起重机的操作的良好的描述。从而，美国专利第7,972,102号和美国专利第8,118,534号通过引用其全部内容而并入本文中。用作大海运集装箱运输和存储码头的构建和操作的背景的其他专利是Zanovello等人的美国专利第8,376,658号、Buzzoni等人的美国专利第8,306,649号、DeJong等人的美国专利第8,225,946号、Tian的美国专利第8,087,867号、Jung的美国专利第7,547,173号、Fantuzzi的美国专利第5,951,219号以及Brickner等人的美国专利第4,973,219号，从而，所有这七个专利通过引用其全部内容而并入本文中。大海运集装箱运输和存储码头中的集装箱箱流操作遍及近水侧、场地和近陆侧，并且可以在场地和水平运输系统是机器人操作的情况下是自动的(机器人操作)，在场地是机器人操作的而水平运输系统是手动操作的(由驾驶员操作的)情况下是半自动的(机器操作但是存在观察每个机器操作的部件的操作员)，或者在由机器进行一些操作(处理自动化、货物处理设备(“CHE”)以及集装箱位置和标识检测)而由操作员主动控制每个操作并且遵循经由无线电数据终端(“RDT”)装置自动分派的命令的情况下是部分自动的。当前的最先进的海运集装箱和存储码头操作实际上独立地控制这样的处理，由于操作的间歇性质和变化性质以及不能从最后时刻的优化时机中获益，所以对大多数这样的处理不存在任何明显程度的预先规划并且也不具有实时改变计划的能力。本专利技术背景部分中讨论的主题不应当仅由于在专利技术背景部分中提及而被认为是现有技术。类似地，本专利技术背景部分的中提及的问题或者与本专利技术背景部分的主题相关联的问题不应当被认为在现有技术中被预先认识到。本专利技术背景部分中的主题仅表示不同的方法，该方法本身也可以是专利技术。
技术实现思路
本专利技术支持一种用于管理海运集装箱运输和存储码头的操作的系统及方法，所述系统和方法展示了集装箱箱流操作的完整的总体规划和控制，同时将用于涉及的所有的关键集装箱箱流子处理的步骤的预先规划步骤和实时操作调度步骤进行无缝组合，并且还促进并改进每个潜在的处理中的现存方法和实践。这基于下述实现：海运集装箱运输和存储码头实际上比之前相信的更具有预测性，并且因此比在实际执行的一个小时至两个小时以前的事件范围的当前的海运集装箱运输和存储码头操作可能具有更显著的可调度性。本专利技术的完整集装箱码头流程规划和控制系统及方法的调度功能可以被认为确定并优化规划(驶入和驶出的集装箱)与整个处理的整体执行之间的差距。本专利技术的完整的集装箱码头流程规划和控制系统及方法提供了关键规划和控制处理的紧凑且整体的集成，包括支持本专利技术所需要的船舶、货车和轨道规划，实时集装箱甲板位置分配以及集装箱处理设备控制。如此，本专利技术的完整集装箱码头流程规划和控制系统及方法使下述操作受到人类分派员和计划者的更少的影响：完全自动的机器人操作，以及根据需要在机器处存在人类操作员的部分自动的远程半自动机器操作(并且有时由预先存在的劳动合同规定)。在系统实施例中，提供一种用于规划和控制下述集装箱码头中的集装箱箱流操作的系统，该集装箱码头具有：至少一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于规划和控制下述类型的集装箱码头中的集装箱箱流操作的系统，所述类型的集装箱码头具有：至少一个集装箱堆叠区，所述至少一个集装箱堆叠区适于存储集装箱，每个所述集装箱堆叠区在所述集装箱堆叠区的港岸侧与所述集装箱堆叠区的陆地运输侧之间延伸；每个所述集装箱堆叠区具有两个自动堆垛起重机，两个所述自动堆垛起重机位于轨道上，适于使所述自动堆垛起重机能够在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间行驶，所述自动堆垛起重机适于在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在每个所述集装箱堆叠区中；至少一个港岸起重机，所述至少一个港岸起重机适于将集装箱转移到船舶上或者将集装箱从所述船舶上转移走；以及多个自动车辆，所述多个自动车辆适于在至少一个集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述港岸起重机之间以及在所述至少一个集装箱堆叠区的所述陆地运输侧与轨道运输系统之间运输集装箱；其中，所述规划和控制系统包括：至少一个处理器装置；第一数据库，所述第一数据库适于存储与存储在所述至少一个集装箱堆叠区中的集装箱中的每个集装箱的标识和位置有关的信息；第二数据库，所述第二数据库适于存储与到达所述集装箱码头的集装箱有关的信息；第三数据库，所述第三数据库适于存储与从所述集装箱码头离开的集装箱有关的信息；自动整体调度器，所述自动整体调度器操作地连接至所述第一数据库、所述第二数据库和所述第三数据库，并且适于从所述第一数据库、所述第二数据库和所述第三数据库获得信息，所述自动整体调度器还适于：指引每个所述港岸起重机的顺序操作以将集装箱转移到船舶上或者将集装箱从所述船舶上转移走，指引所述堆垛起重机的顺序操作以在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在所述至少一个集装箱堆叠区中，以及指引所述自动车辆的顺序操作以在所述至少一个集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述港岸起重机之间以及在所述至少一个集装箱堆叠区的所述陆地运输侧与所述轨道运输系统之间运输集装箱；其中，所述自动整体调度器被布置成预先在至少三个不同的时间窗口中按照从最长的时间窗口到最短的时间窗口的顺序自动地调度集装箱码头的操作，所述操作包括：在最前范围时间窗口中的第一组操作；在候选范围时间窗口中的第二组操作；以及在邻近范围时间窗口中的第三组操作；并且其中，所述至少一个处理器装置操作地连接至所述第一数据库、所述第二数据库、所述第三数据库和所述自动整体调度器中至少之一。...

【技术特征摘要】
2013.10.17 US 14/056,1631.一种用于规划和控制下述类型的集装箱码头中的集装箱箱流操作的系统，所述类型的集装箱码头具有：至少一个集装箱堆叠区，所述至少一个集装箱堆叠区适于存储集装箱，每个所述集装箱堆叠区在所述集装箱堆叠区的港岸侧与所述集装箱堆叠区的陆地运输侧之间延伸；每个所述集装箱堆叠区具有两个自动堆垛起重机，两个所述自动堆垛起重机位于轨道上，适于使所述自动堆垛起重机能够在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间行驶，所述自动堆垛起重机适于在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在每个所述集装箱堆叠区中；至少一个港岸起重机，所述至少一个港岸起重机适于将集装箱转移到船舶上或者将集装箱从所述船舶上转移走；以及多个自动车辆，所述多个自动车辆适于在至少一个集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述港岸起重机之间以及在所述至少一个集装箱堆叠区的所述陆地运输侧与轨道运输系统之间运输集装箱；其中，所述自动堆垛起重机、所述至少一个港岸起重机和所述自动车辆通过经由网络从所述系统接收到的操作指令来控制，其中，所述系统包括：港岸起重机控制器，适于将所述操作指令提供给所述港岸起重机；港岸侧码头水平运输系统控制器，适于将所述操作指令提供给所述至少一个集装箱堆叠区的港岸侧和所述港岸起重机之间的自动车辆；自动堆垛起重机控制器，适于将所述操作指令提供至自动堆垛起重机；陆地侧码头水平运输系统控制器，适于将所述操作指令提供给所述至少一个集装箱堆叠区的陆地侧和所述轨道运输系统之间的自动车辆；至少一个处理器装置，互连至港岸起重机控制器、港岸侧码头水平运输系统控制器、自动堆垛起重机控制器和陆地侧码头水平运输系统控制器，其中所述处理器装置适于将所述操作指令发送至所述网络，并且其中，所述操作指令指引所述自动堆垛起重机、所述至少一个港岸起重机和所述自动车辆执行顺序操作；第一数据库，所述第一数据库适于存储与存储在所述至少一个集装箱堆叠区中的集装箱中的每个集装箱的标识和位置有关的信息；第二数据库，所述第二数据库适于存储与到达所述集装箱码头的集装箱有关的信息；第三数据库，所述第三数据库适于存储与从所述集装箱码头离开的集装箱有关的信息；自动整体调度器，所述自动整体调度器操作地连接至所述第一数据库、所述第二数据库和所述第三数据库，并且适于从所述第一数据库、所述第二数据库和所述第三数据库获得信息，所述自动整体调度器还适于：指引每个所述港岸起重机的顺序操作以将集装箱转移到船舶上或者将集装箱从所述船舶上转移走，指引所述堆垛起重机的顺序操作以在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在所述至少一个集装箱堆叠区中，以及指引所述自动车辆的顺序操作以在所述至少一个集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述港岸起重机之间以及在所述至少一个集装箱堆叠区的所述陆地运输侧与所述轨道运输系统之间运输集装箱；其中，所述自动整体调度器被布置成预先在至少三个不同的时间窗口中按照从最长的时间窗口到最短的时间窗口的顺序自动地调度集装箱码头的顺序操作，所述操作包括：在最前范围时间窗口中的第一组操作；在候选范围时间窗口中的第二组操作；以及在邻近范围时间窗口中的第三组操作；其中所述自动整体调度器包括：最前范围堆垛起重机调度模块，所述最前范围堆垛起重机调度模块适于在所述最前范围时间窗口期间制定所述自动堆垛起重机的操作中的内务处理和有利移动；候选范围整体调度模块，所述候选范围整体调度模块适于在所述候选范围时间窗口期间制定所述自动堆垛起重机、所述至少一个港岸起重机和/或所述自动车辆的可能移动，考虑每个可能移动对所有其他移动以及对集装箱码头的整体的有效的操作的影响；邻近范围自动水平运输系统调度模块，所述邻近范围自动水平运输系统调度模块适于在所述邻近范围时间窗口期间制定对所述自动水平运输系统的调度和分派；以及邻近范围堆垛起重机调度模块，所述邻近范围堆垛起重机调度模块适于在所述邻近范围时间窗口期间制定对所述自动堆垛起重机的调度和分派；以及其中，所述至少一个处理器装置操作地连接至所述第一数据库、所述第二数据库、所述第三数据库和所述自动整体调度器中至少之一。2.根据权利要求1所述的系统，还包括：码头配置数据库，所述码头配置数据库适于存储与所述集装箱码头和/或所述堆垛起重机、所述港岸起重机和所述自动车辆的配置中至少之一有关的信息。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二数据库包括：船舶驶入集装箱数据库，所述船舶驶入集装箱数据库适于存储与在所述船舶上驶入的集装箱有关的信息；轨道驶入集装箱数据库，所述轨道驶入集装箱数据库适于存储与在火车上驶入的集装箱有关的信息；以及货车驶入集装箱数据库，所述货车驶入集装箱数据库适于存储与在货车上驶入的集装箱有关的信息。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第三数据库包括：船舶驶出集装箱数据库，所述船舶驶出集装箱数据库适于存储与在船舶上驶出的集装箱有关的信息；轨道驶出集装箱数据库，所述轨道驶出集装箱数据库适于存储与在火车上驶出的集装箱有关的信息；以及货车驶出集装箱数据库，所述货车驶出集装箱数据库适于存储与在货车上驶出的集装箱有关的信息。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述自动整体调度器包括：港岸起重机调度器模块，所述港岸起重机调度器模块被布置成指引每个所述港岸起重机的顺序操作以将集装箱转移到水上船只上或者将集装箱从水上船只上转移走；堆垛起重机调度器模块，所述堆垛起重机调度器模块被布置成指引所述堆垛起重机的顺序操作以在每个所述集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述陆地运输侧之间运输集装箱并且将集装箱存储在所述至少一个集装箱堆叠区中；水平运输系统调度器模块，所述水平运输系统调度器模块被布置成指引所述自动车辆的顺序操作以在所述至少一个集装箱堆叠区的所述港岸侧与所述港岸起重机之间以及在所述至少一个集装箱堆叠区的所述陆地运输侧与货车和/或轨道运输系统之间运输集装箱；以及整体调度模块，所述整体调度模块操作地连接至所述第一数据库、所述第二数据库和所述第三数据库，并且适于从所述第一数据库、所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·托尔松，奥斯卡·佩尼亚·费尔南德斯，约翰·菲利普·斯卡特古德，约瑟夫·路易斯·韦纳，
申请(专利权)人：纳维斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US