[发明专利]码头堆存容量与靠泊能力匹配的微观仿真方法

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，具体为码头堆存容量与靠泊能力匹配的元胞自动机微观仿真方法。

技术背景

码头堆场是保证码头船舶装卸作业的基本要素，是码头集疏运作业的关键节点。无论是从技术还是经济，具有一定靠泊能力的码头必须要有一定容量的与之相配套的堆场，二者能否匹配直接决定了码头装卸作业的实际效率、码头实际的吞吐量，决定了港口能否建立起高效的集疏运系统，码头公司能否有好的经济效益和社会效益，因此二者的匹配是港口规划布局及优化设计、已有港口码头功能优化调整、港口码头企业运输组织优化、港区交通优化管理控制的基础工作和关键环节，对其进行仿真分析具有重要的工程应用价值。

针对码头堆场堆存容量与码头靠泊能力匹配的问题，国内外学者做出了一些研究：一是通过建立数学解析模型予以确定，例如：德国的DirkSteenken等总结了集装箱码头营运相关的部分文献，侧重于分析集装箱港口的装卸设备、配载图、港口EDI系统、堆场作业效率及码头后方运输系统的优化对集装箱码头营运所产生的影响；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。董婧与乐美龙应用排队网络理论对集装箱码头系统进行分析，并重点讨论集装箱码头前沿到堆场的内部运输系统的建模理论问题，并运用串联排队网络模型对内部运输网络节点服务台数量进行合理配置，使内部系统达到局部最优化；靳志宏，邱波，赵芳等人运用排队论结合与集装箱泊位实际运营相关的成本参数，确定合理的集装箱码头泊位规模，使港口的泊位规模匹配集装箱吞吐量及集装箱船流量密度。虽然这些模型非常漂亮，方法数学上严谨，但由于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，无法从微观层面上全面地描述研究对象的细致非线性关系。二是利用已有宏观仿真软件，对码头堆场堆存容量与码头靠泊能力匹配进行研究。如计三友，高悦文在考虑了集装箱重量等级分布的条件下，建立了出口箱区堆存模型，并利用搜索技术求解该模型；张仁星主要研究堆场资源的调度，重点研究堆场的配置问题，通过合理的配置场桥使得堆场的场桥利用率达到最大，降低经营成本，提高码头综合竞争力；都江沙通过概率模拟方法，建立集装箱码头堆场容量仿真系统，给出压港概率，设备空闲率等工艺参数，为港口中转、暂存工程建设提供技术支持。但这一类宏观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。三是通过建立微观仿真模型，到目前为止尚没有。

从已知文献阅读分析可知，现有关于码头堆场堆存容量与靠泊能力匹配的研究具有以下特点：

（1）不少文献是单独研究码头泊位能力的，或单独研究堆场布局来实现提高整个码头运营效率的，将两者综合地考虑，特别是建立在码头靠泊能力基础上与之匹配的码头堆存能力研究较少。

（2）当前针对码头堆存容量与靠泊能力匹配问题的研究大都停留在理论探究阶段，一些研究采用建立解析模型予以研究，假设较多，不能反映出其真实的复杂关系；一些研究利用已有宏观仿真软件，对码头堆场堆存容量与码头靠泊能力仿真，以寻找其合理的匹配度。但这一类宏观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，得到的结论相对较粗，无法保证结果的准确性和精确性。

（3）采用元胞自动机模型对堆场和码头靠泊进行微观仿真的没有，没有关于实际码头堆场货物摆放所处三维空间的微观仿真，已有模拟仿真与真实情况不相符。

考虑到码头作业以及与之配套堆场是复杂多主体非线性系统，解决码头堆场堆存容量与码头靠泊能力匹配问题的核心和关键是建立与之相符合的微观模型，特别是微观仿真模型。特别是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，综合考虑出匹配的最优方案是十分迫切的。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在利用元胞自动机模型能实现对每个决策主体（Agent）的微观行为进行具体描述的这一自然特性，建立码头堆存容量与靠泊能力相互联动的行为的仿真模型，研究码头堆场规划堆存容量对码头实际装卸效率、实际吞吐量造成的正负面影响，从而获得更符合实际的内部非线性因果关系，寻找码头堆存容量与靠泊能力的合理匹配方法。为此，本发明采取的技术方案是，一种码头堆存容量与靠泊能力匹配微观仿真方法，包括下列步骤：

元胞的选择