基于滚动策略的集装箱码头连续泊位与桥吊集成调度

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1、基于滚动策略的集装箱码头连续泊位与桥吊集成调度基丁滚动策略的集装箱码头连续泊位与桥吊集成调度摘要：针对连续泊位与桥吊集成调度大规模求解困难的问题，提出一种基于滚动策略的优化方法。首先，建立了最小化船舶偏离偏好泊位的成本以及延迟靠泊、延迟离港的惩罚成本的基本的多目标优化模型;然后，釆用滚动调度方法根据动态抵泊的船舶抵达顺序将调度过程分成连续的调度窗口，并设计窗口的平移策略、当前窗口对下一窗口的参数更新方式；对每个窗口内船舶进行调度优化，根据每个窗口内的优化结果，更新下一个窗口中数学模型的输入参数；通过选取以船舶数量表示的滚动计划窗口和冻结船舶的数量，持续滚动获得每个窗口的最优解，叠加

2、后获得对所有船舶的靠泊计划。通过算例分析表明,滚动调度能够解决较大规模的调度问题，其效率受滚动窗口大小、冻结船舶数量及滚动次数影响。关键词：连续泊位分派问题；桥吊分配问题；滚动策略；混合整数规划；集成调度0引言泊位和桥吊都是集装箱码头的稀缺资源，泊位分派问题(BerthAllocationProblem,BAP)和桥吊分配问题(QuayCraneAssignmentProblem,QCAP)是提高集装箱港口作业效率的关键。用于符合实际情况的动态连续靠泊计划问题(DynamicContinuousBerthAllocationProblem,DCBAP)是BAP和QCAP的集成优化，

3、然而集成优化在计算上的困难使得相关研究成果难以得到推广。而滚动策略是码头实际运作计划过程中广泛采用的方法，本文的主要工作是设计DCBAP的滚动优化策略并进行实现。BAP和QCAP是集装箱港口运作优化领域的热点问题。根据岸线是否连续，町分为离散泊位分派问题(DiscreteBAP)[1]与连续泊位分派问题(ContinuousBAP)[2]。在离散BAP中，岸线被分为多个泊位，船停靠时一般不能跨越多个泊位，只能处于某个泊位所限定的位置空间；连续BAP则把岸线看作一个整体，船舶通常可以在任意可以容纳它的空闲位置作业。根据船舶抵港时间，可分为静态泊位分派问题(StaticBAP)与动态泊

4、位分派(DynamicBAP)问题。静态BAP指在进行泊位分配时，所有需要安排作业的船舶都已经抵达港口［3］；而动态BAP是指泊位分配开始仍有船舶未到港，未到港的船舶会在分配时间段中的某时刻到达［4］。根据船舶抵达的动态性，依抵达顺序形成序列，为滚动调度提供基础。BAP和QCAP相互耦合，桥吊对船舶的分配数量直接影响船舶作业吋间。将BAP与QCAP独立地分别研究，往往存在一个问题：当港口繁忙时，船舶按照最优靠泊方式靠泊以后，有限的桥吊不能满足其正常作业需求，按吋离港；而港口相对空闲吋，乂可能造成桥吊资源的浪费［3,5］。因此在研究BAP时,需要考虑桥吊数量的限制。Imai等［5］建

5、立了同时优化泊位分配与岸桥调度的模型，考虑了岸桥移动路径优化问题并采用离散泊位分配方法。Legato等［6］以船舶操作时间和岸桥使用数量最少为目标，并考虑船偏好泊位和时间。虽然已有大量文献对BAP建模和设计算法，但是通常都对桥巾分派数量决定船舶作业时间这一条件进行简化，或者简化总桥吊数量有限这…现实条件。例如,Zhen等［7］针对泊位分配问题的不确定性进行了场景分析，并采用启发式算法，解决了40条船舶的较大规模的问题，但忽略了桥吊数量对船舶作业时间的影响。Sammarra等⑻釆用禁忌搜索算法(TabuSearch,TS)解决了桥吊分派调度问题，同样未考虑桥吊分派数量对船舶作业吋间的

6、影响。目前在靠泊计划中，同时考虑桥吊数量对船舶作业吋间影响和桥吊总数量限制的大规模问题(例如80条船舶以上)，在文献中l'i勺未见研究。连续泊位与桥吊的集成调度问题在求解上存在困难，以往研究主要采用的是TS和模拟退火算法等启发式算法或智能算法对简化模型进行求解［8-10］,而基于数学规划的精确算法或启发式算法往往只能获得中小规模问题的最优解或近似解［7,10-11］o滚动调度法最初主要运用于生产制造领域，它通过反复求解小规模优化问题來取代求解大规模的调度问题［8-10］oRaa等［12］利用滚动策略解决离散泊位下的泊位桥吊集成调度问题，并采用混合启发式算法对窗口船舶进行调度优化。何

7、军良等［13］从能耗角度考虑连续泊位下的泊位调度模型,并提出了滚动式优化决策策略，但并未考虑泊位与桥吊的集成调度问题。DCBAP同时考虑了船舶的动态靠泊、连续泊位分配、岸桥调度问题,较符合集装箱港口动态优化的实际情形，已有文献对其进行研究。Park等［14］釆用两阶段方法，在笫•个阶段确定靠泊的位置和分配的桥吊数量，而在第二个阶段确定桥巾对船舶的分派，但是在所研究的算例中，只能获得9个桥吊、40条船舶和1200m岸线的中小规模算例的近似解。韩晓龙等［15］将泊位问题抽