[发明专利]一种多目标单向航道码头连续型泊位分配调度方法

说明书

本发明涉及一种多目标单向航道码头连续型泊位分配调度方法，本发明将船舶进出港问题抽象成二维装箱模型，以港口有效泊位利用率最大和成本最低为综合目标，设计混合算法进行求解，本申请充分考虑船舶进出港条件及装卸成本因素，包括：载重吨较大船舶需要在潮汐时间范围内进出港；不能夜航的船舶需要在日落前或日出后进出港；靠泊船舶停靠位置所属岸线功能应与船舶货物类型等要求相匹配；每段岸线上停靠船舶的货物到达各库区有不同的装卸成本。采用本方法对港口船舶进出港时间及停靠位置进行自动安排，可以充分利用泊位资源，节约成本，提升港口运行效率。

技术领域

本专利申请属于港口调度技术领域，更具体地说，是涉及一种以码头有效泊位利用率最大和港口成本最低为目标的多目标单向航道码头连续型泊位分配调度方法。

背景技术

近年来，我国沿海的大型枢纽港口已敏锐觉察到全球港口国际化、智慧化、绿色化发展的趋势，特别在智慧港口的规划与建设方面，加快了步伐。由于早期规划和资金投入等问题，航道及泊位等港口基础资源很难在短时间内提升，因此，科学合理的安排船舶靠离泊计划可有效解决压船、压港的现象。此外，散货码头不同货种堆存的位置具有较大差别，在为船舶安排靠泊位置时，充分考虑货物的装卸位置既能提升作业效率又能为码头节约港内运输成本。

单向航道指在航道上行驶的两条船不存在相遇或追越现象，不同船舶之间保持安全距离依次经过堤口，船舶成簇进出港可以有效利用航道资源，频繁的转换靠离泊轮次不利于港口整体运行效率。

随着船舶的大型化发展，对于载重20万吨以上的散货船或Cape船(Cape船，好望角型船，是指载重吨在8万吨以上，一般为9个舱口，主要承运矿石等大宗散货且营运航线相对单一的船舶，)往往需要18米以上的吃水，港口的航道水深往往不能满足船舶的航行条件，因此需要借助潮汐因素。不同码头对船舶是否乘潮水的判定条件不同，但往往对于需要乘潮水的船舶，其进出港经过堤口时间需在潮汐时间点前20分钟至潮汐时间点后60分钟范围内，且乘潮水的船舶具有较大的优先级，应给予优先安排。

港口一般由多个港池组成，以唐山港京唐港区为例(如图1)，港口拥有5个港池，其中常用的有4个，港池内有多条岸线，不同岸线间水深、载重吨及岸边作业设备存在差异。岸线内包含多个缆桩，船舶停靠的位置可以用船头和船尾系的缆桩号表示。一般规定，岸线长度应大于该岸线内停靠所有船舶的长度之和的1.2倍。码头内各作业公司在码头内拥有不同的岸线段，本公司岸线优先安排在本公司办理手续的船舶停靠，当无在本公司办理手续的船舶停靠时，安排其他公司相应货物类型的船舶停靠。

泊位分配调度与港口服务效率密切相关，国内外学者对此类问题做了大量的研究，其中以规定时间内所有抵达锚地船舶总在港时间最短或总等待时间最短为目标的研究居多，例如，Imai A等遵循“先到先服务原则”以船舶抵达锚地时间早晚等因素进行泊位分配，构建了数学模型并设计启发式算法进行求解；郑红星等人考虑潮汐对载重吨较大的船舶进出港的影响，以船舶进出港总等待时间最小为目标构建数学模型并将航道使用问题抽象成带时间窗的旅行商(TSP)问题，改进了和声搜索算法进行求解。此外，还有学者考虑多目标构建模型，例如，张新宇等人以所有船舶总在港时间和等待时间最少为目标，建立基于单向航道的多目标船舶调度优化模型，该模型假设船舶已有靠泊泊位信息，并设计多目标遗传算法求解；Hansen等除了考虑抵港船舶的作业时间外还将船舶停靠不同位置港口的运输成本引入目标函数，建立了离散型泊位分配模型并设计可变邻域搜索的启发式算法进行求解。

目前我国各港口船舶靠离泊计划均是由调度室人员根据经验手工安排，在执行过程中值班室工作人员根据现场情况随时调整。随着港口规模的扩大，进出港船舶数量的增多，只着重于某一单一目标依据经验人工安排计划已不能适应港口发展的需要。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种多目标单向航道码头连续型泊位分配调度方法，该方法充分考虑单向航道行驶限制、潮汐对船舶进出港影响、同港池内船舶进出港影响和船舶停靠要求等。