專利名稱：一種基于整數(shù)線性規(guī)劃模型的連續(xù)泊位分派方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碼頭管理優(yōu)化與集裝箱船裝卸優(yōu)化的技術(shù)領(lǐng)域，特別是泊位分派的優(yōu)
化和對(duì)偏離偏好位置產(chǎn)生的成本優(yōu)化。
背景技術(shù)：
集裝箱船到港后需要給其安排碼頭泊位以便進(jìn)行裝卸作業(yè)，一般會(huì)提前1到2天 得到船舶的靠岸時(shí)間。泊位空間是港口的稀缺資源，泊位安排的優(yōu)化是提高集裝箱港口的 利用效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。泊位配置問(wèn)題，就是為到港的船舶指定適當(dāng)?shù)奈恢?，供其靠泊?業(yè)，以減少船舶的在港時(shí)間，提高效率。 目前，集裝箱港口的泊位配置大多是港口計(jì)劃人員根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)安排，沒(méi)有成熟 的模型和方法。目前公開(kāi)的泊位分派的專利還很少見(jiàn)。專利02146748. X公開(kāi)了一種泊 位裝卸工藝方法及設(shè)備，沒(méi)有涉及泊位本身的分派。已經(jīng)公開(kāi)的研究成果主要是針對(duì)離 散泊位下的靜態(tài)泊位配置問(wèn)題，一般都是建立的非線性的混合整數(shù)模型，采用近似算法或 啟發(fā)式算法求解。例如G. G. Brown等(G. G. Brown， K. J. Cormican， S. Lawphongpanich， D. B. Widdis， Optimizing submarine berthing with a persistence incentive. Naval ResearchLogistics， 1997 (44) :301-318. G. G. Brown， S丄awphongpanich， K. P. Thurman， Optimizing ship berthing. Naval Research Logistics,1994(41) :1-15.)石開(kāi)究了軍 事港的離散泊位安排問(wèn)題，建立混合整數(shù)規(guī)劃模型；A. Imai等(A. Imai， E. Nishimura， S. Papadimitriou， Berth allocation with service priority. TransportationResearch Part B-Methodological, 2003. 37(5) :437-457.)研究了考慮服務(wù)優(yōu)先級(jí)泊位分配問(wèn)題 及其求解的遺傳算法；K. H. Kim等(K. H. Kim， K.C.Moon， Berthscheduling by simulated annealing. Transportation Research Part B -Methodological,2003. 37(6) :541-560.) 建立最小費(fèi)用泊位分配模型，采用模擬退火算法求解；C,J. Liang等(C,J丄iang， Y. Huang， Y. Yang， A quay cranedynamic scheduling problem by hybrid evolutionary algorithm for berth allocationplarming. Computers&Industrial Engineering, 2009.56(3) :1021-1028.)研究了基于遺傳算法的靜態(tài)離散泊位分派問(wèn)題；李平等(李 平，孫俊清，韓梅，泊位調(diào)度問(wèn)題的GATS混合優(yōu)化策略.天津理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006.22(4): 58-61.)建立泊位分派的非線性規(guī)劃模型，采用混合優(yōu)化策略求解。也有部分研究成果 考慮了泊位的連續(xù)性，但建立的是混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型，具有很高的計(jì)算復(fù)雜性，難 以求解。例如韓曉龍等(韓曉龍，丁以中，集裝箱港口泊位配置優(yōu)化.系統(tǒng)工程理論方法 應(yīng)用，2006. 15(3) :275-278.)建立了連續(xù)泊位分派的非線性規(guī)劃模型，采用回溯算法求 角牟；A. Imai等 (A. Imai， X. S皿，E. Nishimura， S. Papadimitriou, Berth allocation in a container port :using a continuous locationspace approach. Transportation Research Part B-Methodological, 2005. 39 (3) : 199-221.)建立了連續(xù)泊位分派的非線性 規(guī)劃模型，采用啟發(fā)式算法求解。 另一方面，在集裝箱港口中，出口箱進(jìn)場(chǎng)時(shí)有一個(gè)通用的規(guī)則，即將同一條船的出口箱盡量放在碼頭前沿的某一個(gè)區(qū)域或連續(xù)的幾個(gè)區(qū)域內(nèi)，船舶?？繒r(shí)越接近該區(qū)域，越 可以降低港口的作業(yè)成本，提高船舶的作業(yè)效率。申請(qǐng)者此前公開(kāi)的成果(韓曉龍，丁以 中，集裝箱港口泊位配置優(yōu)化.系統(tǒng)工程理論方法應(yīng)用，2006. 15(3) :275-278.)中，雖然考 慮了該條件，但建立的是整數(shù)非線性規(guī)劃模型，難以求解。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過(guò)建立一種連續(xù)泊位配置的整數(shù)線性規(guī)劃模型，轉(zhuǎn)化模型中 的非線性成分，降低模型求解的復(fù)雜性，以提供一種碼頭管理和泊位配置的優(yōu)化方法，提高 碼頭和橋吊的利用率。 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的 —種基于整數(shù)線性規(guī)劃模型的連續(xù)泊位分派方法，其特征在于 1)建立對(duì)連續(xù)泊位分配問(wèn)題的模型； 2)所述的模型基于船舶停靠的偏好位置； 3)所述模型的目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)是整數(shù)線性函數(shù)。 港口泊位沿岸線前沿連續(xù)分配；橋吊沿岸線平移；船舶的作業(yè)橋吊數(shù)量在船舶最 大作業(yè)線數(shù)量?jī)?nèi)進(jìn)行分配。 定義偏好位置的上下限，作為約束函數(shù)處理。 目標(biāo)函數(shù)是整數(shù)線性函數(shù)；約束函數(shù)都是整數(shù)線性函數(shù)。 本發(fā)明提供的一種連續(xù)泊位分派方法的整數(shù)線性規(guī)劃模型是 (1)參數(shù)與變量的定義 1)集合的定義 SHIP ={1， 2，...， SHIPS}:船舶集 合，sGSHIP
(1) BSPACE = {1， 2， . ， BN}:離散的空間(泊位)方向位置向量，b G BSPACE
(2) TUNIT = {1，2， ... ， TN}:離散的時(shí)間方向向量，YN是一個(gè)較大的值，t G TUNIT
(3) 2)輸入變量 CRANEMAXS: 舟白s
(4) W s : 船 舶
(5) L s: 船
(6) PREFs: 船
(7) P E N A L T Y s : 偏 離 偏好位 置 的 懲 罰 系 數(shù)
(8) T S s: 船 舶 s 的 至IJ 港 時(shí) 間
可分配的最大橋吊數(shù)
的 作 業(yè)
舶
的 長(zhǎng) 度
舶
的偏好 位 置(9)
(10)

(11)
(12)
(13)
(14)

》





<formula>formula see original document page 6</formula>-b《P0Ss-PREFs《a (30)
下面解釋由式(15) (30)確定的模型。 式(15)是目標(biāo)函數(shù)，最小化船舶的在港時(shí)間。顯然，式(15)是整數(shù)線性函數(shù)。
式(16)規(guī)定任意兩船不交疊。 式(17) (24)定義在任意時(shí)刻的總橋吊資源約束。式(17)定義在每一時(shí)刻都滿 足總橋吊數(shù)目的約束。式(18)定義對(duì)任意船在任意時(shí)刻滿足其最大作業(yè)路數(shù)的限制。式 (19)確定裝卸船的工作量的約束。式(20)和式(21)在時(shí)間維度上定義任意船是否占用該 時(shí)間段的1/0變量。式(22)確定船舶的離開(kāi)時(shí)間約束。式(23)確保船舶占有連續(xù)的作業(yè) 時(shí)間。式(24)定義船舶的開(kāi)始作業(yè)時(shí)間約束，只能在到港后才能開(kāi)始作業(yè)。從這些約束可 以看出，橋吊可以沿岸線平移，船舶的作業(yè)橋吊數(shù)量在船舶的最大作業(yè)路線數(shù)量?jī)?nèi)分配。
式(25) (28)根據(jù)pdbts定義空間方向bsBbs，定義空間上的船舶的連續(xù)性。式 (25)和(26)定義船舶在空間占位的0/l變量。式(27)定義船舶作業(yè)在空間上的連續(xù)性。 式(28)定義船舶在岸線方向上的長(zhǎng)度。以上這些約束表明，本發(fā)明公開(kāi)的方法建立的模型 是對(duì)連續(xù)泊位進(jìn)行分派，沒(méi)有規(guī)定對(duì)泊位的離散劃分。 式(29)和(30)定義船舶作業(yè)的偏好位置，及其約束。從此處可以看出，本發(fā)明公 開(kāi)的方法考慮了船舶停靠的偏好位置，根據(jù)定義的偏好位置的上下限，作為約束函數(shù)處理。
由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效 果本發(fā)明的一種連續(xù)泊位配置的方法，通過(guò)建立一整數(shù)線性規(guī)劃模型，采用現(xiàn)有的運(yùn)籌優(yōu) 化方法與軟件，可以求解，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需要；本發(fā)明建立的泊位配置模型中，泊位 是連續(xù)的，并且沒(méi)有將位置和數(shù)量固定，能夠最大限度的利用泊位資源；本發(fā)明考慮了船舶 ?？康钠梦恢茫軌蚬?jié)省集裝箱裝卸的成本；提高碼頭和橋吊的利用率。


圖1是一個(gè)實(shí)施案例的輸入數(shù)據(jù)表格 圖2是使用本發(fā)明的一種基于整數(shù)線性規(guī)劃模型的連續(xù)泊位分派方法的一個(gè)實(shí) 施例的結(jié)果圖。 橫坐標(biāo)是時(shí)間，以小時(shí)為單位；縱坐標(biāo)是岸線，分成30個(gè)單位；5個(gè)粗線框是5條 船舶，粗線框中的數(shù)字是船舶的編號(hào)。
具體實(shí)施例方式
0066] 為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具 體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
圖1是使用本發(fā)明的一種基于整數(shù)線性規(guī)劃模型的連續(xù)泊位分派方法的一實(shí)施 例的測(cè)試數(shù)據(jù)。圖1中的表的一實(shí)施例的測(cè)試數(shù)據(jù)包括5條船，泊位分派的時(shí)間周期是一晝 夜(24小時(shí))。根據(jù)圖1的數(shù)據(jù)初始化本發(fā)明公開(kāi)的模型的參數(shù)，并且，參數(shù)a二b = 1.5。 通過(guò)運(yùn)籌優(yōu)化軟件，在PIII、256M內(nèi)存配置的電腦上求解，可以求得如圖2所示的泊位分派 圖。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，如可以 通過(guò)很多組合調(diào)整目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)，并且仍然確保模型是整數(shù)線性規(guī)劃模型，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及 其等同物界定。
權(quán)利要求
一種基于整數(shù)線性規(guī)劃模型的連續(xù)泊位分派方法，其特征在于1)建立對(duì)連續(xù)泊位分配問(wèn)題的模型；2)所述的模型基于船舶?？康钠梦恢?；3)所述模型的目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)是整數(shù)線性函數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于整數(shù)線性規(guī)劃模型的連續(xù)泊位分派方法，其特征在 于港口泊位沿岸線前沿連續(xù)分配；橋吊沿岸線平移；船舶的作業(yè)橋吊數(shù)量在船舶最大作 業(yè)線數(shù)量?jī)?nèi)進(jìn)行分配。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于整數(shù)線性規(guī)劃模型的連續(xù)泊位分派方法，其特征在 于定義偏好位置的上下限，作為約束函數(shù)處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于整數(shù)線性規(guī)劃模型的連續(xù)泊位分派方法，其特征在 于目標(biāo)函數(shù)是整數(shù)線性函數(shù)；約束函數(shù)都是整數(shù)線性函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于整數(shù)線性規(guī)劃模型的連續(xù)泊位分派方法，涉及到碼頭管理與連續(xù)泊位分派優(yōu)化的技術(shù)領(lǐng)域。該模型將對(duì)泊位進(jìn)行連續(xù)劃分，橋吊對(duì)船舶的分配數(shù)量根據(jù)總體優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分派；該模型考慮到船舶?？康钠梦恢脤?duì)成本的影響，建立了偏好位置的上下限約束；該模型的目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)都設(shè)計(jì)為線性函數(shù)，因此能夠快速求得最優(yōu)解。本發(fā)明為連續(xù)泊位分派建立可以快速求解的整數(shù)線性規(guī)劃模型，非常適用于碼頭泊位資源的動(dòng)態(tài)分派優(yōu)化，提高碼頭和橋吊的利用率。
文檔編號(hào)G06Q50/00GK101782984SQ20091005476
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者丁以中, 胡志華, 韓曉龍 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)