[发明专利]集装箱码头装卸交通系统布局与交通组织微观仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于交通运输场站规划设计和管理技术领域，特别涉及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。

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：Ballis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：

（1）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。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明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，本发明采用的技术方案是，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

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