本发明专利技术属于交通运输场站规划设计和管理技术领域，为集装箱码头企业装卸交通系统布局与交通组织管理提供全新的方法，提高整个集装箱码头的装卸交通系统布局与交通组织效率。为达到上述目的，本发明专利技术采用的技术方案是，集装箱码头装卸交通系统布局与交通组织微观仿真方法，包括：建立集装箱码头装卸交通系统布局与交通组织微观仿真框架：元胞的选择元胞自动机的运行（1）元胞的初始化（2）元胞自动机的运行1）前方堆场模块规则；2）集卡队列模块规则；3）码头前沿道路的更新；4）集卡队列模块规则。本发明专利技术主要应用于交通运输场站规划设计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于交通运输场站规划设计和管理
，特别涉及一种。技术背景针对提高集装箱码头装卸交通系统布局与交通组织效率的问题，国内外学者做出了一些研究，大体上分为三类:一是采用数学解析模型,例如:Bal I is和Abacoumkin建立了一个由于设备不匹配而引起的交通堵塞和延迟的模型，他们使用这个模型来评价一个码头的堆场设计、设备数量、集卡到达、运行规则。杨磊运用枚举的方法，提出了栈桥布局规划模型，通过实验对比，较为细致地分析并优化了集装箱码头平面布局。韩晓龙采用了网络流理论、最优化理论、启发式算法理论以及仿真理论和方法研究了新作业工艺下集装箱码头装卸中的资源配置问题，研究成果为我国集装箱码头的发展提供了有益的决策依据。但是以上这些方法建模时规定的假设较多，与实际系统之间具有加大的差距，且为宏观层面的模型，无法全面地描述研究对象的真实状态以及每一个模型最优决策对整个集装箱码头的影响。二是利用建立仿真模型的方法，对集装箱码头装卸交通系统布局与交通组织进行优化设计和管理，例如:计三有、刘德鹏在其论文中介绍了集装箱码头交通运输组织建模的一般方法，应用EM-Plant仿真软件对集装箱码头作业模块进行实现，通过仿真结果的输出和分析以及与实际指标进行比对，为大型的集装箱码头建设项目设计提供决策支持。肖锋，尹立鹏以及郑鑫都运用了 Flexsim仿真软件，按照集装箱堆场的布局原则以及进出口作业流程，集装箱调度原则仿真了集装箱运作过程中的关键技术和堆场布局的优化。但是这一类的仿真软件都不是多主体仿真，无法描述其复杂的非线性行为，得到的结论无法贴近实际情况，也就无法保证结果的准确性。最后一类是多主体微观仿真模型，只有宋升、周强应用的元胞自动机理论，建立以单个集装箱卡车车位为元胞个体的集装箱码头前沿交通流二维仿真模型。虽然采用了微观的模拟仿真模型，但是由于是二维元胞自动机，与实际的三维情况还是存在一定的差距。而且，现在的研究不论采用何种方法，大部分都是针对其中的一个模块单独研究，并没有对研究对象进行整体地分析，往往无法挖掘出问题的根源，解决方案没有系统化，也就无法从根本上解决集装箱码头装卸交通系统布局与交通组织效率的问题。迫切地需要一种三维的微观仿真模型，将整个集装箱码头装卸交通系统布局与交通组织所涉及的各个模块有效地联系起来，综合考虑出各个模块应采取的最优方案。从已知文献阅读分析可知，现有关于集装箱港码头装卸交通系统布局与交通组织效率的研究据有以下特点:(I)当前针对该问题的研究大都停留在理论探究阶段，部分研究采用数学模型对码头堆场进行模拟，但由于数学模型的局限性，无法细致刻画堆场和码头前沿的实际运转情况，且结果并不符合实际情况。(2)也有部分研究采用仿真软件,如EM-Plant和Flexsim对集装箱码头进行仿真，但由于现有仿真软件仿真对象的针对性，即不能对码头和堆场整体系统进行整合描述；另一方面，仿真软件也无法细化研究对象整体系统的所有关键组成部分，不能做到微观仿真，与实际情况还有一定距离。(3)有部分研究采用元胞自动机对堆场和码头前沿进行微观仿真，但其也是采用传统二维元胞，与实际码头堆场货物摆放所处的三维空间有很大差距，与真实情况不相符。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在为集装箱码头企业装卸交通系统布局与交通组织管理提供全新的方法，提高整个集装箱码头的装卸交通系统布局与交通组织效率。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是，，包括:建立集装箱码头装卸交通系统布局与交通组织微观仿真框架:元胞的选择将前方堆场集港的集装箱用若干组三维元胞表示，每组三维元胞代表一个箱区，箱区都配有一个场桥以及相应的集卡数量，每组集卡同样用一列一维元胞代表；船舶规定使用三个岸桥进行作业，因此，码头前沿设有三个车道与之对应，各用一列元胞代表，每个车道指定元胞位置表示岸桥作业处；元胞自动机的运行仿真总时长为40000秒，仿真步长为ls，每一个元胞仿真长度为Im ;前方堆场模块为随机生成一个60*6*3的三维元胞自动机，按照集港的先后顺序对每个集装箱进行编号，区分集装箱所在箱区，箱型以及序号，无箱则用0表示；集卡模块，所有箱区各自对应相同数量的一维元胞，I代表空闲状态，0代表非空闲状态；码头前沿道路模块，由于模拟的船舶规模需要3个岸桥，所以该模块有3条道路。每条的长度为1600m，道路上车辆的车身长为15m，最大的行驶速度为12m/s ;分别在720、800、880处表示三条道路上岸桥的作业位置；集装箱在相应泊位的前方堆场集港，待船舶到港后，依配载图搜索到指定要提的集装箱，判定该集装箱上是否有后面的箱子覆盖，如没有则直接将该箱从前方堆场提出，否则进行翻箱，按配载图将序号较大的箱子重新至于下层，提出指定集装箱；接着判定是否有空闲状态的集卡，若存在则该集卡元胞由空闲状态变为非空闲状态，驶入码头前沿相应的车道，否则等待空闲集卡的出现再进行后续步骤；最后的判定是岸桥是否为空闲状态，如果空闲，则进行装船作业，否则在相应岸桥处排队等待岸桥作业。作业完成后，集卡驶出码头前沿道路，集卡元胞由非空闲状态变为空闲状态；再依据配载图进行下一轮的流程；(I)元胞的初始化前方堆场模块——三维元胞进行初始化，三维元胞随机生成后，用编号区分出每一个集装箱所在箱区号，箱型以及到港顺序，然后随机生成一个一维序号组代表提箱顺序；集卡模块——每个箱区生成的集卡元胞均为空闲状态，等待场桥作业；道路模块——初始化时所有道路上没有车辆；(2)元胞自动机的运行v(i,k+l)表示第i辆车第k+1秒的速度，v(i,k)表示第i辆车第k秒的速度， 表示车辆可以行驶的最大速度，d(i，k)表示第i辆车在第k秒时与前一辆车的距离，x(i, k+1)表示第i辆车第k+1秒的位置，x(i，k)表示第i辆车第k秒的位置；1)前方堆场模块规则:按照随机生成的提箱顺序，找到即将被提取的集装箱后，判定是否需要翻箱，若不需要，则直接提取，该箱位清空；如需要翻箱，则判断需要翻几次箱，一次则将上面的一个箱子放在下面箱位的位置，相面的箱位清空；两次则将最上面的箱位清空，被上面的两个箱子进行装船顺序的判断，将序号较大的放在最下面的箱位上；2)集卡队列模块规则:完成一次装车作业，集卡模块对应的一个元胞由空闲状态变为非空闲状态；3)码头前沿道路的更新，当运行总时间与堆场装车完成时间一致时，该车辆驶入码头前沿道路，集卡在车道上的主要演化规则为(1)加速:v(i, k+l)=min(v(i, k)+l, Vmax)表明集卡司机期望以最大速度在道路上行驶；(2)减速:^^，!^!)=!!^^^!^)^^!^))即集卡司机为避免和前车发生碰撞而采取减速措施；(3)以概率口随机慢化:^^，!^)=!!^^^!^)-^)反映现实中由包括天气因素、集卡司机心理状态因素、以及道路的路面状况因素的不确定因素造成的集卡减速；(4)运动:x(i,k+l)=x(i,k)+v(i,k+l)即集卡按照调整后的速度向前行驶，进入下一个仿真步；(5)集卡在岸桥处完成装船作业；4)集卡队列模块规则。完成一次装船作业，集卡驶出道路模块，其对应的一个元胞由非空闲状态变为空闲状态。建立集装箱码头装卸交通系统布局与交通组织微本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种集装箱码头装卸交通系统布局与交通组织微观仿真方法，其特征是，包括：建立集装箱码头装卸交通系统布局与交通组织微观仿真框架：元胞的选择将前方堆场集港的集装箱用若干组三维元胞表示，每组三维元胞代表一个箱区，箱区都配有一个场桥以及相应的集卡数量，每组集卡同样用一列一维元胞代表；船舶规定使用三个岸桥进行作业，因此，码头前沿设有三个车道与之对应，各用一列元胞代表，每个车道指定元胞位置表示岸桥作业处；元胞自动机的运行仿真总时长为40000秒，仿真步长为1s，每一个元胞仿真长度为1m；前方堆场模块为随机生成一个60*6*3的三维元胞自动机，按照集港的先后顺序对每个集装箱进行编号，区分集装箱所在箱区，箱型以及序号，无箱则用0表示；集卡模块，所有箱区各自对应相同数量的一维元胞，1代表空闲状态，0代表非空闲状态；码头前沿道路模块，由于模拟的船舶规模需要3个岸桥，所以该模块有3条道路。每条的长度为1600m，道路上车辆的车身长为15m，最大的行驶速度为12m/s；分别在720、800、880处表示三条道路上岸桥的作业位置；集装箱在相应泊位的前方堆场集港，待船舶到港后，依配载图搜索到指定要提的集装箱，判定该集装箱上是否有后面的箱子覆盖，如没有则直接将该箱从前方堆场提出，否则进行翻箱，按配载图将序号较大的箱子重新至于下层，提出指定集装箱；接着判定是否有空闲状态的集卡，若存在则该集卡元胞由空闲状态变为非空闲状态，驶入码头前沿相应的车道，否则等待空闲集卡的出现再进行后续步骤；最后的判定是岸桥是否为空闲状态，如果空闲，则进行装船作业，否则在相应岸桥处排队等待岸桥作业。作业完成后，集卡驶出码头前沿道路，集卡元胞由非空闲状态变为空闲状态；再依据配载图进行下一轮的流程；（1）元胞的初始化前方堆场模块——三维元胞进行初始化，三维元胞随机生成后，用编号区分出每一个集装箱所在箱区号，箱型以及到港顺序，然后随机生成一个一维序号组代表提箱顺序；集卡模块——每个箱区生成的集卡元胞均为空闲状态，等待场桥作业；道路模块——初始化时所有道路上没有车辆；（2）元胞自动机的运行v(i,k+1)表示第i辆车第k+1秒的速度，v(i,k)表示第i辆车第k秒的速度，vmax表示车辆可以行驶的最大速度，d(i,k)表示第i辆车在第k秒时与前一辆车的距离，x(i,k+1)表示第i辆车第k+1秒的位置，x(i,k)表示第i辆车第k秒的位置；1）前方堆场模块规则：按照随机生成的提箱顺序，找到即将被提取的集装箱后，判定是否需要翻箱，若不需要，则直接提取，该箱位清空；如需要翻箱，则判断需要翻几次箱，一次则将上面的一个箱子放在下面箱位的位置，相面的箱位清空；两次则将最上面的箱位清空，被上面的两个箱子进行装船顺序的判断，将序号较大的放在最下面的箱位上；2）集卡队列模块规则：完成一次装车作业，集卡模块对应的一个元胞由空闲状态变为非空闲状态；3）码头前沿道路的更新：当运行总时间与堆场装车完成时间一致时，该车辆驶入码头前沿道路，集卡在车道上的主要演化规则为①加速：v(i,k+1)=min(v(i,k)+1,vmax)表明集卡司机期望以最大速度在道路上行驶；②减速：v(i,k+1)=min(v(i,k),d(i,k))即集卡司机为避免和前车发生碰撞而采取减速措施；③以概率p随机慢化:v(i,k+1)=max(v(i,k)?1,0)反映现实中由包括天气因素、集卡司机心理状态因素、以及道路的路面状况因素的不确定因素造成的集卡减速；④运动：x(i,k+1)=x(i,k)+v(i,k+1)即集卡按照调整后的速度向前行驶，进入下一个仿真步；⑤集卡在岸桥处完成装船作业；4）集卡队列模块规则：完成一次装船作业，集卡驶出道路模块，其对应的一个元胞由非空闲状态变为空闲状态。...
【技术特征摘要】
1.一种集装箱码头装卸交通系统布局与交通组织微观仿真方法，其特征是，包括: 建立集装箱码头装卸交通系统布局与交通组织微观仿真框架: 元胞的选择 将前方堆场集港的集装箱用若干组三维元胞表示，每组三维元胞代表一个箱区，箱区都配有一个场桥以及相应的集卡数量，每组集卡同样用一列一维元胞代表；船舶规定使用三个岸桥进行作业，因此，码头前沿设有三个车道与之对应，各用一列元胞代表，每个车道指定元胞位置表示岸桥作业处； 元胞自动机的运行 仿真总时长为40000秒，仿真步长为ls，每一个元胞仿真长度为Im ;前方堆场模块为随机生成一个60*6*3的三维元胞自动机，按照集港的先后顺序对每个集装箱进行编号，区分集装箱所在箱区，箱型以及序号，无箱则用0表示；集卡模块，所有箱区各自对应相同数量的一维元胞，I代表空闲状态，0代表非空闲状态；码头前沿道路模块，由于模拟的船舶规模需要3个岸桥，所以该模块有3条道路。每条的长度为1600m，道路上车辆的车身长为15m，最大的行驶速度为12m/s ;分别在720、800、880处表示三条道路上岸桥的作业位置； 集装箱在相应泊位的前方堆场集港，待船舶到港后，依配载图搜索到指定要提的集装箱，判定该集装箱上是否有后面的箱子覆盖，如没有则直接将该箱从前方堆场提出，否则进行翻箱，按配载图将序号较大的箱子重新至于下层，提出指定集装箱；接着判定是否有空闲状态的集卡，若存在则该集卡元胞由空闲状态变为非空闲状态，驶入码头前沿相应的车道，否则等待空闲集卡的出现再进行后续步骤；最后的判定是岸桥是否为空闲状态，如果空闲，则进行装船作业，否则在相应岸桥处排队等待岸桥作业。作业完成后，集卡驶出码头前沿道路，集卡元胞由非空 闲状态变为空闲状态；再依据配载图进行下一轮的流程； (1)元胞的初始化 前方堆场模块——三维元胞进行初始化，三维元胞随机生成后，用编号区分出每一个集装箱所在箱区号，箱型以及到港顺序，然后随机生成一个一维序号组代表提箱顺序；集卡模块——每个箱区生成的集卡元胞均为空闲状态，等待场桥作业；道路模块——初始化时所有道路上没有车辆； (2)元胞自动机的运行 v(i, k+1)表示第i辆车第k+1秒的速度，v(i，k)表示第i辆车第k秒的速度，Vmax表示车辆可以行驶的最大速度，d(i，k)表示第i辆车在第k秒时与前一辆车的距离，x(i,k+l)表示第i辆车第k+1秒的位置，x(i，k)表示第i辆车第k秒的位置； 1)前方堆场模块规则:按照随机生成的提箱顺序，找到即将被提取的集装箱后，判定是否需要翻箱，若不需要，则直接提取，该箱位清空；如需要翻箱，则判断需要翻几次箱，一次则将上面的一个箱子放在下面箱位的位置，相面的箱位清空；两次则将最上面的箱位清空，被上面的两个箱子进行装船顺序的判断，将序号较大的放在最下面的箱位上； 2)集卡队列模块规则:完成一次装车作业，集卡模块对应的一个元胞由空闲状态变为非空闲状态； 3)码头前沿道路的更新:当运行总时间与堆场装车完成时间一致时，该车辆驶入码头前沿道路，集卡在车道上的主要演化规则为 ①加速:v(i, k+1) =min(v(i, k)+l, vmax...
【专利技术属性】
技术研发人员：白子建，柯水平，李旭彬，李新海，王新岐，王晓华，高潮，李强，赵巍，毛伟，史德军，
申请(专利权)人：天津市市政工程设计研究院，
类型：发明
国别省市：
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