数学建模——码头货轮集装箱装卸的优化问题2.doc

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1、码头货轮集装箱装卸的优化问题摘要集装箱“货币化”已成为发展趋势，而港口发展渐渐滞后于集装箱的吞吐量，研究集装箱装卸的优化问题能有效扩大港口生产力，提高港口经济效益。本文将建立集卡线路规划模型和岸桥、集卡与龙门吊协同优化模型，通过禁忌搜索算法进行求解，并通过青岛港的数据对模型进行实证分析。对于提高装卸效率，降低装卸成本这一问题，我们将其分解为线路规划、协同优化和模型检验三个子问题进行分析。针对问题一，我们建立了集卡线路规划模型。通过对青岛港前湾港集装箱码头（QQCT）的航拍图和雷达图进行分析，画出了码头泊位到堆场的平面图，按照相应的比例尺，得到实际码头与堆场间

2、的距离、各堆场间的相互距离。通过集卡行驶的速度，计算得到集卡从码头到堆场的时间、集卡在各堆场之间行驶的相互时间和集卡从堆场返回码头的时间。集卡在运输过程中，要尽量减少空集卡的行驶，即运送集装箱返回的途中携带需要装运到船上的集装箱。利用第一阶段的禁忌搜索算法，当所需装卸集装箱位置确定后，最短的行驶路线也就计算出来。针对问题二，我们建立了桥吊、集卡和龙门吊的协同优化模型。问题一计算的集卡最佳线路分配结果，继续作为桥吊、集卡和龙门吊协同优化的条件。第二阶段的禁忌搜素算法分析出最合适的桥吊、集卡与龙门吊的比例，桥吊在不等待集卡的情况下效率高。通过协同优化，得到最高效

3、率的设备分配比例。针对问题三，我们汇总了附件中所有集装箱的装卸数据，对模型进行检验分析。以青岛前湾港区为例，通过带入实际数据，得到如下比例关系，即桥吊：集卡：龙门吊为2:10:5。2辆桥吊工作时配备10辆集卡，5辆轮式龙门吊；3辆桥吊工作时配备15辆集卡，7辆龙门吊；如此分配使相对成本与效率达到最大化。本文的亮点在于：利用港口的雷达图和航拍图，绘制了港口的分布平面图，分析更贴近实际；以集卡线路规划为突破口，并以此为条件，建立了以集装箱类型为依据的集卡一站式服务（岸桥到堆场的线路标准化）；对数据的分类处理，使计算简洁；协同了集卡、桥吊、龙门吊，采用两个阶段的禁

4、忌搜索算法，将集装箱的装与卸混合在一起计算，比原来对集卡、桥吊，集卡、龙门吊等部分优化更加贴近实际，大大提升了港口的运行效率，并且降低的了成本。关键词：集卡，桥吊，龙门吊，线路规划，协同优化，禁忌搜索算法22目录摘要1一、问题重述31.1问题的背景31.2要解决的问题3二、问题分析32.1概论32.2问题一的分析52.3问题二的分析52.4问题三的分析5三、模型假设5四、符号说明6五、模型建立与求解75.1集卡线路优化模型75.1.1模型分析75.1.2模型建立75.1.3模型求解95.2岸桥、集卡和龙门吊的协同优化模型105.2.1模型的分析105.2.2

5、模型建立105.2.3模型求解105.3模型的检验分析135.3.1模型分析135.3.2模型建立155.3.3模型求解15六、模型评价156.1模型优点156.2模型缺点166.3模型改进16七、参考文献17附录1822一、问题重述1.1问题的背景集装箱码头是海陆联运的枢纽站，在各个经济体的贸易中都占据着举足轻重的地位。港口的装卸货能力在一定程度上代表着一个港口的生产力，在集装箱吞吐量不断增大而港口发展渐渐滞后的现状下，研究港口集装箱装卸的优化问题就显得尤为重要。影响集装箱装卸效率的因素主要有装卸设备的硬件配备和在现有设备基础上对各方资源的优化协调程度。本

6、文将以青岛港前湾港集装箱码头（QQCT）为现实背景，来考虑码头货轮集装箱装卸的优化问题。QQCT坐落于青岛胶州湾的前港港区，具有水深域阔、不淤不冻、避风浪的优良码头条件，可全天候停靠第六代及以上集装箱船舶。泊位长度3400米，泊位水深-17.5米，巷道水深-15米，堆场面积225平方米。该港区配备了世界上最先进、最大型的新型桥吊，可装卸目前世界上最大型的超巴拿马型集装箱船。1.2要解决的问题本问将以QQCT为原型，利用卸船箱和装船箱的数据，简化港口条件，仅在投入2个和3个QC时，构造数学模型，分别使相应成本尽量小，效率尽量高。为方便解决问题，我们将问题进行了

7、分解，主要包括以下几个问题：（1）基于集装箱类型的集卡线路一站式优化（线路标准化）；（2）岸桥、集卡和龙门吊的协同调度；（3）以青岛港的实际数据对模型进行检验分析。二、问题分析2.1概论针对以青岛港为原型的码头集装箱装卸优化问题，我们首先通过对青岛港实地情况的分析，将目标港进一步细化，选择了四个港中最专业的集装箱装运码头，即青岛前湾集装箱码头。通过航拍图（图1）和雷达图（图2），我们初步拿到QQCT的港口分布图，并基于此，我们绘制了港口分布立体图（图3）和平面图（图4），来使分析更加具体和形象。22图1航拍图图2雷达图（来源：必应地图截图）图3立体图（来源：

8、百度图片）图4平面图（泊位确定）222.2问题一的分