集装箱码头不确定环境下的泊位与岸桥联合分配方法组成比例

本发明专利技术披露一种集装箱码头不确定环境下的集泊位和岸桥联合分配方法。针对确定和不确定环境下的泊位与岸桥联合分配问题分别利用设计的启发式规则和CPLEX求解器获得初始调度计划，以适应度函数为评价依据进行方案筛选。通过设计数值实验，对比同时求解和分两步求解两种应对不确定因素的不确定环境下的泊位分配与岸桥调度联合优化数学模型的有效性；分析不同到港时间和任务箱量两种不确定因素，以及发生变化的船只数，不确定事件发生的概率等对于调度计划的影响，并通过设计对比多种反应策略的实验，分析了不同场景数和变化船舶数对调度计划的影响。

【技术实现步骤摘要】
集装箱码头不确定环境下的泊位与岸桥联合分配方法
本专利技术涉及装箱码头泊位和岸桥分配，具体涉及一种集装箱码头不确定环境下的集泊位和岸桥联合分配方法。
技术介绍
目前的集装箱码头生产运作方法通常是针对的是确定条件下，单一的资源分配，较少有针对不确定环境下的集装箱码头泊位和岸桥联合分配的方法，对到港船舶的靠泊时间，停泊位置，分配的岸桥数量进行整体优化的方法也较为罕见。同时鲜有方法同时考虑船舶到港时间和装卸箱量的不确定性，针对不同场景生产不同调整方案。集装箱码头是一个复杂的整体，只考虑确定环境下单一方面的优化必然会影响到整个集装箱码头的运作效率，甚至导致计划无法顺利实施。此外，以往的方法通常只采用商业求解软件对小规模的问题进行求解。
技术实现思路
本专利技术提出一种能应对不确定环境的泊位与岸桥联合优化的方法，将泊位和岸桥联合分配考虑进不确定性调度，对到港船舶的靠泊时间，停泊位置，分配的岸桥数量进行整体优化，并考虑船舶到港时间和装卸箱量的不确定性，对不确定情况进行处理，生成确定性方案和每种场景下的调整方案。针对专利技术的方法设计符合问题特点的基于遗传算法的启发式方法用于求解。
技术实现思路
具体包括如下内容：步骤一：确定要实现的目标：该目标是使确定环境中所有船舶的总等待靠泊时间，总延迟离港时间之和，以及所有不确定场景中所有船舶的实际总等待靠泊时间的调整，实际总延迟离港时间的调整之和最小化为目标；其中，ETDi为船舶i的预计离港时间；ETAi为船舶i的预计到港时间；p(w)为场景w发生的概率；si为船舶i靠泊的时间；ei为船舶i离泊的时间；si+(w),si-(w)为si在场景w下的增量和减量；ei+(w),ei-(w)为ei在场景w下的增量和减量；Δsi+(w),Δsi-(w)(si-ETAi)在场景w下的增量和减量；Δei+(w),Δei-(w)为(ei-ETDi)在场景w下的增量和减量；V为船舶的集合，i为船舶编号，范围是1到N；T为时间段的集合，t为时间段号，范围是1到H；Q为岸桥的集合；Q1为可用岸桥总数，单位是台；B为离散化码头岸线总段数；Ω为场景的集合，w为场景编号，取值范围是1到W；为船舶i最多分配的岸桥数量；为船舶i最少分配的岸桥数量；bi为船舶i的偏好泊位；mi为船舶i的任务量，单位是TEU；γq为当q台岸桥同时为同一船舶服务时，一台岸桥每单位时间的装卸量，单位是move/h；μ为单台岸桥每次装卸量，单位是TEU/move；L为码头船舶泊位总长度，每10m一个单位；li为船舶i的长度，包括水平安全距离，单位是m；ETAi(w)为船舶i在场景w的预计到港时间；EFTi(w)为船舶i在场景w的预计离港时间；mi(w)为船舶i在场景w的任务量，单位是TEU；为船舶i在场景w下最多分配的岸桥数量；为船舶i在场景w下最少分配的岸桥数量；yi为船舶i的实际泊位；yi+(w),yi-(w)为yi在场景w下的增量和减量；Δyi+(w),Δyi-(w)为|yi-bi|在场景w下的增量和减量；Δbik表示如果船i偏离偏好泊位的段数是k则为1，否则为0；Δbik(w)表示如果船i在场景w下偏离偏好泊位的段数是k则为1，否则为0；Xij表示如果船i停在船j左侧，即船j在船i离开之后靠泊为1，否则为0；Yij表示如果船i停在船j下方，即船i停在船j之前的位置为1，否则为0；Xij(w)表示如果船i在场景w下停在船j左侧，即船j在船i离开之后靠泊为1，否则为0；Yij(w)表示如果船i在场景w下停在船j下方，即船i停在船j之前的位置为1，否则为0；ζit表示如果船i在t时刻有至少1台岸桥为之服务为1，否则为0；表示如果船i在场景w下t时刻有q个岸桥为之服务为1，否则为0；表示如果船i在t时刻有q个岸桥为之服务为1，否则为0；ζit(w)表示如果船i在场景w下t时刻有至少1台岸桥为之服务为1，否则为0；步骤二：将目标分为两个部分，分别为：其中，(si-ETAi)为船舶的等待靠泊时间，(ei-ETDi)为船舶的延迟离港时间，为船舶在场景w下等待时间的调整量，为船舶在场景w下延迟离港时间的调整量；步骤三：设定约束条：其中，约束(5)至(9)定义任意两船在时间—泊位二维坐标平面中的泊位位置关系及停泊的先后顺序，保证任意两船在时间、空间上不发生冲突，同时也不超过计划的时限和岸线的范围，约束(5)确保在时间—泊位坐标系中，当船i停在船j左侧时，船i在船j开始作业前完成装卸；约束(6)确保在时间—泊位坐标系中，当船i停在船j下方时，船i上方位置的坐标值小于船j下方位置的坐标值；约束(8)确保船i的实际靠泊位置在码头岸线范围内；约束(9)确保船i在到港后才开始靠泊服务；约束(10)至(15)是岸桥分配的相关约束；其中，约束(10)确保任意时间段分给所有船的岸桥数不超过可用岸桥总数；约束(11)、(12)确保分配给一艘船的岸桥数不超过可分配给该船的最大岸桥数，不低于可分配给该船的最小岸桥数；约束(13)确定与ζit的关系，保证安排给船i的岸桥数不是q就是0；约束(14)确保没有岸桥在船i离泊后被分配给它；约束(15)则确保没有岸桥在船i靠泊前被分配给它；约束(16)、(17)是偏离偏好泊位的相关约束；其中，约束(16)定义了船i的偏泊段数；约束(17)确保船i的偏泊段数是一个确定的值；约束(18)、(19)是资源约束；其中，约束(18)是在考虑泊位偏移导致的岸桥空闲后，用于确保单船分配的岸桥数量满足船舶实际装卸所需岸桥小时数的；约束(19)是没有泊位偏移时用于确保单船分配的岸桥数量满足船舶实际装卸所需岸桥小时数的；约束(20)确定船i的装卸时间与实际靠泊、离泊时间的关系；约束(21)至(25)定义在不同不确定场景下任意两船泊位位置及停泊的先后顺序，保证任意两船在时间、空间上不发生冲突，也不超过时间和空间的限制；约束(26)至(28)定义各类时间、位置的变化关系；其中，约束(26)定义不同不确定场景下实际等待靠泊时间的变化与靠泊时间的调整的关系；约束(27)定义不同不确定场景下偏离位置的改变与停泊位置的调整的关系；约束(28)定义不同不确定场景下实际延迟离港时间的变化与离泊时间的调整的关系；约束(29)至(34)是不同不确定场景下的岸桥分配约束，其中，约束(29)确保不同不确定场景下任意时间段分给船i的岸桥数不超过可用岸桥总数；约束(30)、(31)确保在不同不确定场景下分配给一艘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集装箱码头不确定环境下的集泊位和岸桥联合分配方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一：确定要实现的目标：/n

【技术特征摘要】
1.一种集装箱码头不确定环境下的集泊位和岸桥联合分配方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：确定要实现的目标：



该目标是使确定环境中所有船舶的总等待靠泊时间，总延迟离港时间之和，以及所有不确定场景中所有船舶的实际总等待靠泊时间的调整，实际总延迟离港时间的调整之和最小化为目标；其中，ETDi为船舶i的预计离港时间；ETAi为船舶i的预计到港时间；p(w)为场景w发生的概率；si为船舶i靠泊的时间；ei为船舶i离泊的时间；si+(w),si-(w)为si在场景w下的增量和减量；ei+(w),ei-(w)为ei在场景w下的增量和减量；Δsi+(w),Δsi-(w)(si-ETAi)在场景w下的增量和减量；Δei+(w),Δei-(w)为(ei-ETDi)在场景w下的增量和减量；V为船舶的集合，i为船舶编号，范围是1到N；T为时间段的集合，t为时间段号，范围是1到H；Q为岸桥的集合；Q1为可用岸桥总数，单位是台；B为离散化码头岸线总段数；Ω为场景的集合，w为场景编号，取值范围是1到W；Rimax为船舶i最多分配的岸桥数量；Rimin为船舶i最少分配的岸桥数量；bi为船舶i的偏好泊位；mi为船舶i的任务量，单位是TEU；γq为当q台岸桥同时为同一船舶服务时，一台岸桥每单位时间的装卸量，单位是move/h；μ为单台岸桥每次装卸量，单位是TEU/move；L为码头船舶泊位总长度，每10m一个单位；li为船舶i的长度，包括水平安全距离，单位是m；ETAi(w)为船舶i在场景w的预计到港时间；EFTi(w)为船舶i在场景w的预计离港时间；mi(w)为船舶i在场景w的任务量，单位是TEU；Rimax(w)为船舶i在场景w下最多分配的岸桥数量；Rimin(w)为船舶i在场景w下最少分配的岸桥数量；yi为船舶i的实际泊位；yi+(w),yi-(w)为yi在场景w下的增量和减量；Δyi+(w),Δyi-(w)为|yi-bi|在场景w下的增量和减量；Δbik表示如果船i偏离偏好泊位的段数是k则为1，否则为0；Δbik(w)表示如果船i在场景w下偏离偏好泊位的段数是k则为1，否则为0；Xij表示如果船i停在船j左侧，即船j在船i离开之后靠泊为1，否则为0；Yij表示如果船i停在船j下方，即船i停在船j之前的位置为1，否则为0；Xij(w)表示如果船i在场景w下停在船j左侧，即船j在船i离开之后靠泊为1，否则为0；Yij(w)表示如果船i在场景w下停在船j下方，即船i停在船j之前的位置为1，否则为0；ζit表示如果船i在t时刻有至少1台岸桥为之服务为1，否则为0；表示如果船i在场景w下t时刻有q个岸桥为之服务为1，否则为0；表示如果船i在t时刻有q个岸桥为之服务为1，否则为0；ζit(w)表示如果船i在场景w下t时刻有至少1台岸桥为之服务为1，否则为0；
步骤二：将目标分为两个部分，分别为：






其中，(si-ETAi)为船舶的等待靠泊时间，(ei-ETDi)为船舶的延迟离港时间，为船舶在场景w下等待时间的调整量，为船舶在场景w下延迟离港时间的调整量；
步骤三：设定约束条：
























































































































其中，约束(5)至(9)定义任意两船在时间--泊位二维坐标平面中的泊位位置关系及停泊的先后顺序，保证任意两船在时间、空间上不发生冲突，同时也不超过计划的时限和岸线的范围，约束(5)确保在时间—泊位坐标系中，当船i停在船j左侧时，船i在船j开始作业前完成装卸；约束(6)确保在时间—泊位坐标系中，当船i停在船j下方时，船i上方位置的坐标值小于船j下方位置的坐标值；约束(8)确保船i的实际靠泊位置在码头岸线范围内；约束(9)确保船i在到港后才开始靠泊服务；
约束(10)至(15)是岸桥分配的相关约束；其中，约束(10)确保任意时间段分给所有船的岸桥数不超过可用岸桥总数；约束(11)、(12)确保分配给一艘船的岸桥数不超过可分配给该船的最大岸桥数，不低于可分配给该船的最小岸桥数；约束(13)确定与ζit的关系，保证安排给船i的岸桥数不是q就是0；约束(14)确保没有岸桥在船i离泊后被分配给它；约束(15)则确保没有岸桥在船i靠泊前被分配给它；
约束(16)、(17)是偏离偏好泊位的相关约束；其中，约束(16)定义了船i的偏泊段数；约束(17)确保船i的偏泊段数是一个确定的值；
约束(18)、(19)是资源约束；其中，约束(18)是在考虑泊位偏移导致的岸桥空闲后，用于确保单船分配的岸桥数量满足船舶实际装卸所需岸桥小时数的；约束(19)是没有泊位偏移时用于确保单船分配的岸桥数量满足船舶实际装卸所需岸桥小时数的；
约束(20)确定船i的装卸时间与实际靠泊、离泊时间的关系；
约束(21)至(25)定义在不同不确定场景下任意两船泊位位置及停泊的先后顺序，保证任意两船在时间、空间上不发生冲突，也不超过时间和空间的限制；
约束(26)至(28)定义各类时间、位置的变化关系；其中，约束(26)定义不同不确定场景下实际等待靠泊时间的变化与靠泊时间的调整的关系；约束(27)定义不同不确定场景下偏离位置的改变与停泊位置的调整的关系；约束(28)定义不同不确定场景下实际延迟离港时间的变化与离泊时间的调整的关系；
约束(29)至(34)是不同不确定场景下的岸桥分配约束，其中，约束(29)确保不同不确定场景下任意时间段分给船i的岸桥数不超过可用岸桥总数；约束(30)、(31)确保在不同不确定场景下分配给一艘船的岸桥数不超过其可分配的最大岸桥数，不低于其可分配的最小岸桥数；约束(32)确定不同不确定场景下与ζit的关系，保证安排给船i的岸桥数不是q就是0；约束(33)不同不确定场景下都没有岸桥在船i离泊后被分配给它；约束(34)不同不确定场景下都没有岸桥在船i靠泊前被分配；约束(35)、(36)是不同不确定场景下偏离偏好泊位的相关约束；其中，约束(35)定义了不同不确定场景下船i的偏泊段数；约束(36)确保不同不确定场景下船i的偏泊段数都是一个确定的值；
约束(37)、(38)是不同不确定场景下的资源约束；其中，约束(37)确保不同不确定场景下有泊位偏移时单船分配的岸桥数量满足船舶实际装卸所需岸桥小时数；约束(38)确保不同不确定场景下没有泊位偏移时单船分配的岸桥数量...

【专利技术属性】
技术研发人员：檀财茂，何军良，王煜，于航，刘嵋，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31