一种基于双四十英尺岸桥的集装箱船舶配载方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双四十英尺岸桥的集装箱船舶配载方法，通过建立集装箱配对模型将堆场集装箱进行配对，在此基础上以船舶稳性指标以及配对集装箱在船舶上的位置等为约束，以船舶倒箱量和堆场倒箱量之和最小为目标构建基于双40英尺岸桥的集装箱船舶配载0‑1整数规划模型，并分别设计启发式算法对两个模型进行求解。本发明专利技术具有同时考虑双40英尺岸桥的作业特点、船舶的装卸效率、船舶装载需求等多个方面，适用于为大型船舶提供配载方案且求解速度快等显著特点。

A Container Ship Loading Method Based on Double 40-foot Quayside Bridge

The invention discloses a container ship stowage method based on a double 40-foot quayside bridge. Container yard containers are paired by establishing a container matching model. On this basis, a container ship based on a double 40-foot quayside bridge is constructed with the constraints of ship stability index and the position of matched containers on the ship, and the minimum sum of ship's and yard's volume. Load 0 1 integer programming model, and design heuristic algorithm to solve the two models. The invention has the advantages of considering the operation characteristics of double 40-foot quayside bridge, the loading and unloading efficiency of ships, the loading demand of ships and other aspects, and is suitable for providing loading schemes for large ships with fast solving speed, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双四十英尺岸桥的集装箱船舶配载方法
本专利技术涉及集装箱码头
，更具体地，涉及一种基于双四十英尺岸桥的集装箱船舶配载方法。
技术介绍
集装箱化的快速发展使得集装箱码头的集装箱吞吐量不断增大，给集装箱码头带来了巨大的机遇和挑战。集装箱码头作为海陆运输的中转点在全球商业与贸易中扮演着十分重要的角色.提高集装箱码头作业效率是提高集装箱船舶在码头周转率的重要前提，而集装箱船舶在码头的周转率对于船公司的经济效益来说至关重要。因此，近些年一些可以提高集装箱码头作业效率、降低船舶周转时间的先进码头作业设备不断涌现，双40英尺岸桥就是其中之一。双40英尺岸桥具有双吊具，可以一次提起2个40英尺集装箱或4个20英尺集装箱，很大程度地提高了集装箱船舶的装卸效率，自其专利技术以来，已经在很多大型集装箱码头得以应用。双40英尺岸桥具有两套提升装置，即双吊具，打破了传统单吊具岸桥一次只可以装卸1个40英尺集装箱或2个20英尺集装箱的格局。双40英尺岸桥可以进行的6种作业工况如图1～6所示。图1表示双40ft集装箱作业工况,由于一辆集卡一次仅可运输一个40ft集装箱，必须由两辆集卡同时为双40ft工况服务。在装船的过程中两个40ft集装箱被双40英尺岸桥同时从两辆集卡中提起。图2为四20ft集装箱作业工况。同理，由于一辆集卡一次最多可运输两个20ft集装箱，需由两辆集卡为四20ft工况服务。在装船的过程中，四个20ft集装箱被双40英尺岸桥的双吊具同时从两辆集卡中吊起，每个吊具提起两个20ft集装箱。图3为单40ft集装箱作业工况，在这种情况下，岸桥的两个吊具中仅有一个吊具实际进行了装船作业，只需要一辆集卡为该作业工况服务。图4所示的单20ft工况与图3所示的作业工况类似，仅有一个吊具实际进行了装船作业且仅需一辆集卡为其服务。但不同的是，在这种工况下，岸桥吊具需要伸缩来固定20ft集装箱。图5和图6为两种不同的双20ft集装箱作业模式。如图5所示的作业工况，仅需一辆集卡为其服务且岸桥吊具不需要进行伸缩操作。而图6所示的作业工况需两辆集卡为其服务且双40英尺岸桥的双吊具均需进行伸缩操作。如图1～6所示，仅有双40ft和四20ft作业工况可以充分的利用双40英尺岸桥的作业效率并且不需要进行吊具的伸缩操作。为了充分利用双40英尺岸桥的作业效率，需要尽可能多的保证双40ft或四20ft作业工况而尽可能的避免单20ft、单40ft以及双20ft作业工况。因此，堆场中的待装集装箱需要提前进行配对操作。图7～8为双40英尺岸桥基于两种不同的配载方案进行装箱作业的示意图(图7～8中的集装箱均为40ft集装箱)。若配载方案如图7所示，双40英尺岸桥需要分两次定位小车释放吊具才能完成装船作业。而如图8所示贝位配载方案，岸桥只需要进行一次定位小车并释放吊具的操作即可完成装船作业，大大提高了装船效率。可以明显的看出，当双40英尺岸桥投入使用时，基于图7中配载方案的装船作业比基于图8中配载方案的装船作业更加复杂且需要消耗更多的时间。此外，由于双40英尺岸桥自身的限制，其不能同时将两个40ft集装箱装载到集装箱船不同层的两个箱位中。因此，为了保证双40英尺岸桥的作业效率并满足其作业限制，被双40英尺岸桥同时起吊的两个集装箱应当装载在集装箱船舶的相同贝位、相同层的相邻栈位中。通过以上分析，可以得出的结论是双40英尺岸桥提出了对于集装箱船舶的配载方案提出了更高的要求，有必要设计专门的针对于双40英尺岸桥装卸作业的配载方案。集装箱船舶配载计划，即决定集装箱在船舶上的最优装载位置，成为了决定集装箱船舶作业效率与作业成本的关键因素。船舶经营者与码头经营者都希望可以得到最优的船舶配载和相应的装船计划。集装箱船舶的配载计划的优劣主要由两个标准进行判定：船舶稳性等指标和所可能发生的集装箱倒箱量。这里涉及到两种倒箱，一种是与卸箱有关的倒箱，即船舶倒箱。另一种类型的倒箱发生在堆场中，即堆场翻箱。由于两种类型的倒箱都是需要消耗很多时间并且可以很大程度的影响集装箱船舶的装卸效率和在港周转时间，在设计集装箱船舶配载计划时应当将两种类型的倒箱都考虑进去。以往的研究中没有全面详细的对于双40英尺岸桥对集装箱船舶配载计划影响的探讨并给出相应的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，针对双40英尺岸桥装卸工艺下的集装箱船舶配载问题，结合双40英尺岸桥的作业特点，考虑集装箱在堆场的堆积情况，同时考虑了船舶装载需求，提出了一种基于双四十英尺岸桥的集装箱船舶配载方法，以使按配载计划进行的装船与卸船效率最高。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于双四十英尺岸桥的集装箱船舶配载方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：收集待装集装箱和集装箱船舶的信息，包括待装集装箱目的港，并对目的港进行编号，记集装箱目的港集合为D，D＝{1,2,...,dl}其中dl为最后一个挂靠港；待装集装箱的总数量N，以及第m个待装集装箱目的港dm、重量wm、在堆场上的位置即所在的箱区om、贝位bm、栈数sm和层数tm，并将集装箱按照其在堆场中所在的箱区、贝位、栈数和层数由小到大进行编号；堆场中的总箱区数量No，堆场中一个箱区的总贝位数Nb，堆场中一个贝的总栈数Ns，堆场中一个栈的总层数Nt；集装箱船舶的贝位集合B，栈位集合S，层的集合T，船舱的集合C；集装箱船舶的空船排水量De，负载排水量Dl；船舱j∈C的载重量Pj，船舱j距离船中的距离Ij，船舱j至尾柱的距离Kj，船舱j的中心的高度Hj；船体浮力的相当力臂系数c，船体前半体和后半体质量对船中剖面的力矩之和的相关力臂r，船长L，船中最大静水力矩Mmax，船舶的横稳心高度KM，船舶的重心高度KG，船舶的初稳性高度GM＝KM-KG及其下限GM0和上限GM1，船舶浮心至尾柱的距离LCB，船舶吃水差改变1cm所需要的力矩MCT；步骤2：建立待装集装箱配对模型，包括两类决策变量，分别是xkm为0-1决策变量，当集装箱k的提箱顺序为m时，xkm为1，否则为0，vmn为0-1决策变量，当集装箱m和集装箱n为配对箱时，vmn为1，否则为0，以待装集装箱配对数量最大为目标函数约束函数包括约束函数(2)保证堆场上的每个待装集装箱有且仅有一个发箱顺序；约束函数(3)保证一次最多提取两个待装集装箱，同时被提起的待装集装箱为配对集装箱；约束函数(4)保证每一个待装集装箱最多只能与一个其他待装集装箱进行配对；约束函数(5)表示配对集装箱的目的港相同；约束函数(6)保证配对集装箱的提箱顺序相同；约束函数(7)保证配对集装箱中的两个待装集装箱在堆场中至少相隔2个40ft集装箱，可以保证堆区中的两个场桥在保证一定的安全距离的情况下同时进行作业；约束函数(8)是对堆场的翻箱量的约束，配对模型中保证堆场翻箱量为0；步骤3：建立集装箱船舶配载模型，包括以下五类决策变量，分别是xkm为0-1决策变量，当待装集装箱m的提箱顺序为k时为1，否则为0，为0-1决策变量，当待装集装箱m装载在船舶的b贝，s栈，t层上时为1，否则为0，为0-1决策变量，当第k个顺序装船的待装集装箱装载在船舶的b贝，s栈，t层上时为1，否则为0，为0-1决策变量，当船舶上b贝，s栈，t层箱位中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双四十英尺岸桥的集装箱船舶配载方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：收集待装集装箱和集装箱船舶的信息，包括待装集装箱目的港，并对目的港进行编号，记集装箱目的港集合为D，D＝{1,2,...,dl}其中dl为最后一个挂靠港；待装集装箱的总数量N，以及第m个待装集装箱目的港dm、重量wm、在堆场上的位置即所在的箱区om、贝位bm、栈数sm和层数tm，并将集装箱按照其在堆场中所在的箱区、贝位、栈数和层数由小到大进行编号；堆场中的总箱区数量No，堆场中一个箱区的总贝位数Nb，堆场中一个贝的总栈数Ns，堆场中一个栈的总层数Nt；集装箱船舶的贝位集合B，栈位集合S，层的集合T，船舱的集合C；集装箱船舶的空船排水量De，负载排水量Dl；船舱j∈C的载重量Pj，船舱j距离船中的距离Ij，船舱j至尾柱的距离Kj，船舱j的中心的高度Hj；船体浮力的相当力臂系数c，船体前半体和后半体质量对船中剖面的力矩之和的相关力臂r，船长L，船中最大静水力矩Mmax，船舶的横稳心高度KM，船舶的重心高度KG，船舶的初稳性高度GM＝KM‑KG及其下限GM0和上限GM1，船舶浮心至尾柱的距离LCB，船舶吃水差改变1cm所需要的力矩MCT；步骤2：建立待装集装箱配对模型，包括两类决策变量，分别是：xkm为0‑1决策变量，当集装箱k的提箱顺序为m时，xkm为1，否则为0，...

【技术特征摘要】
1.一种基于双四十英尺岸桥的集装箱船舶配载方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：收集待装集装箱和集装箱船舶的信息，包括待装集装箱目的港，并对目的港进行编号，记集装箱目的港集合为D，D＝{1,2,...,dl}其中dl为最后一个挂靠港；待装集装箱的总数量N，以及第m个待装集装箱目的港dm、重量wm、在堆场上的位置即所在的箱区om、贝位bm、栈数sm和层数tm，并将集装箱按照其在堆场中所在的箱区、贝位、栈数和层数由小到大进行编号；堆场中的总箱区数量No，堆场中一个箱区的总贝位数Nb，堆场中一个贝的总栈数Ns，堆场中一个栈的总层数Nt；集装箱船舶的贝位集合B，栈位集合S，层的集合T，船舱的集合C；集装箱船舶的空船排水量De，负载排水量Dl；船舱j∈C的载重量Pj，船舱j距离船中的距离Ij，船舱j至尾柱的距离Kj，船舱j的中心的高度Hj；船体浮力的相当力臂系数c，船体前半体和后半体质量对船中剖面的力矩之和的相关力臂r，船长L，船中最大静水力矩Mmax，船舶的横稳心高度KM，船舶的重心高度KG，船舶的初稳性高度GM＝KM-KG及其下限GM0和上限GM1，船舶浮心至尾柱的距离LCB，船舶吃水差改变1cm所需要的力矩MCT；步骤2：建立待装集装箱配对模型，包括两类决策变量，分别是：xkm为0-1决策变量，当集装箱k的提箱顺序为m时，xkm为1，否则为0，k∈Ω；vmn为0-1决策变量，当集装箱m和集装箱n为配对箱时，vmn为1，否则为0，n∈Ω；以待装集装箱配对数量最大为目标函数约束函数包括约束函数(2)保证堆场上的每个待装集装箱有且仅有一个发箱顺序；约束函数(3)保证一次最多提取两个待装集装箱，同时被提起的待装集装箱为配对集装箱；约束函数(4)保证每一个待装集装箱最多只能与一个其他待装集装箱进行配对；约束函数(5)表示配对集装箱的目的港相同；约束函数(6)保证配对集装箱的提箱顺序相同；约束函数(7)保证配对集装箱中的两个待装集装箱在堆场中至少相隔2个40ft集装箱，可以保证堆区中的两个场桥在保证一定的安全距离的情况下同时进行作业；约束函数(8)是对堆场的翻箱量的约束，配对模型中保证堆场翻箱量为0；步骤3：建立集装箱船舶配载模型，包括以下五类决策变量，分别是xkm为0-1决策变量，当待装集装箱m的提箱顺序为k时为1，否则为0，k∈Ω；为0-1决策变量，当待装集装箱m装载在船舶的b贝，s栈，t层上时为1，否则为0，b∈B,s∈S,t∈T；为0-1决策变量，当第k个顺序装船的待装集装箱装载在船舶的b贝，s栈，t层上时为1，否则为0，b∈B,s∈S,t∈T；为0-1决策变量，当船舶上b贝，s栈，t层箱位中的集装箱m是其下方箱位中集装箱的阻塞箱时为1，否则为0，b∈B,s∈S,t∈T；δmn为0-1决策变量，在特定装船顺序情况下，堆场中的待装集装箱m为待装集装箱n的阻塞箱或待装集装箱n为待装集装箱m的阻塞箱时为1，否则为0，n∈Ω；以集装箱船舶的倒箱量和堆场翻箱量之和最小为目标函数约束函数为GM0≤GM≤GM1(20)约束函数(10)保证每个待装集装箱有且仅有一个发箱顺序；约束函数(11)和(12)保证一次仅提取一个待装集装箱，且配对的两个待装集装箱的提箱顺序必须相邻；约束函数(13)保证集装箱船舶上一个箱位最多只放一个待装集装箱；约束函数(14)保证每个集装箱在船上都有且只有一个集装箱箱位；约束函数(15)保证堆场中先发的待装集装箱在集装箱船舶上的位置不能置于后发的待装集装箱的正上方，且集装箱不悬空；约束函数(16)对配对集装箱在船上的位置进行约束，保证配对集装箱位于堆场的同一贝同一层的相邻栈位上；约束函数(17)定义决策变量约束函数(18)定义决策变量δmn；约束函数(19)为强度约束，在正常装载情况下，集装箱船舶是处于中拱的状态，即船中静水力弯矩大于0，为了保证船体安全，要使集装箱船产生中拱状态的静水力弯矩不超过允许值；约束函数(20)是船舶的初稳性高度约束；约束函数(21)为吃水差约束；约束函数(22)～(24)是对三个决策变量xkm,和之间关系的约束；步骤4：将集装箱配对模型和集装箱船舶配载模型转化为线性0-1整数规划模型，包括以下步骤步骤4.1：将集装箱配对模型的约束函数(6)转换成以下两个线性约束函数(25)和(26)形成线性0-1整数规划的集装箱配对模型；步骤4.2：将集装箱船舶配载模型的目标函数(9)转换成线性目标函数(27)并将约束函数(12)转换成线性约束函数(28)并将约束函数(16)转换成线性约束函数(29)形成线性0-1整数规划的集装箱船舶配载模型；步骤5：当待装集装箱箱量较小时，直接求解步骤4.1中的线性0-1整数规划的待装集装箱配对模型，将求得的待装集装配对计划vmn，作为步骤4.2中线性0-1整数规划的集装箱船舶配载模型的输入，并直接求解线性0-1整数规划的集装箱船舶配载模型，完成集装箱船舶配载的规划；当待装集装箱箱量较大时，使用启发式算法求解集装箱配...

【专利技术属性】
技术研发人员：计明君，孔灵睿，祝慧灵，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21