论集装箱码头堆场布置的虚拟现实仿真

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1、论集装箱码头堆场布置的虚拟现实仿真　摘要：将虚拟现实技术运用到集装箱码头的规划设计中来，展现拟规划建设的集装箱码头及其装卸生产的试验过程，可突出展现码头高峰作业的试验场景或其他特殊装卸工况。　　关键词：集装箱码头；堆场布置；仿真　　　　　　随着经济全球化的不断推进，国际贸易对于经济的拉动作用越来越显著。集装箱码头作为货物中转的重要节点，在国际贸易交往中扮演着关键作用，集装箱装卸系统的大型化、高速化、自动化、信息化发展方向对集装箱码头装卸效率提出越来越高的要求。　　集装箱码头的建设投资大、周期长，其规划和设计牵涉技术、经济、社会环境等多方

2、面的因素。传统的码头规划设计方法具有很强的专业性，设计构思主要通过二维的图纸来体现，非专业人员很难参与到规划设计的过程之中。并且传统的集装箱码头设计方法主要依据设计手册，灵活性不足，误差较大，难以适应不断变化的客观环境和社会需求。　　最近十多年来，计算机仿真技术广泛应用在码头规划设计中，突出表现在两个方面：一是码头的数值模拟，即以码头的装卸工艺流程为依据建立仿真模型，通过仿真试验，统计码头的交通流数据及码头装卸作业过程参数，评价装卸工艺和码头路网结构设计的合理性，模型的表现是简单的平面动画形式，没有三维表现或表现功能比较差；二是码头的浏

3、览式虚拟表现，主要是以逼真的三维表现码头场景，给人以身临其景观察码头、享受码头美景的感觉，但基本没有数值计算功能。随着计算机软件技术和复杂系统分析与建模学科的发展，将数值仿真和虚拟现实技术相结合，提出一个完整的集装箱码头装卸工艺系统虚拟现实试验方法从而进一步提高集装箱码头设计水平成为可能。　　本论文提出的基于数值仿真的集装箱码头物流系统虚拟现实仿真试验平台研究，将虚拟现实技术运用到集装箱码头的规划设计中来，展现拟规划建设的集装箱码头及其装卸生产的试验过程，可突出展现码头高峰作业的试验场景或其他特殊装卸工况。通过试验平台展现的可视场景和仿

4、真数据，码头规划设计技术人员仿佛身临其境地观察和识别码头道路布局和装卸工艺设计的合理性及瓶颈，分析比较不同装卸工艺的优缺点，为最终确定码头建设方案提供决策依据。同时可以打破专业人士和非专业人士之间的沟通障碍，加强码头规划过程中的多方参与，提高合作效率和设计效果。　　1集装箱码头虚拟现实仿真试验流程　　本文使用的集装箱码头虚拟现实仿真平台是基于数值仿真，因为在该平台上进行虚拟现实仿真试验的流程与其它仿真方法相比存在许多不同之处。下图1所示为集装箱码头虚拟现实仿真试验的基本流程。　　2集装箱码头虚拟现实仿真评价方法　　集装箱码头虚拟现实仿真

5、的评价方法主要包括两个方面。　　2.1基于动态三维视景的码头物流系统性能评价　　（1）通过三维场景漫游对码头进行全面浏览。　　用户可以在不同漫游模式下，根据自己的需要对码头三维场景进行全方位、多角度的漫游。在漫游过程中，不同的设计人员可以通过直观感受对当前的码头方案进行评价。　　（2）通过设定装卸作业工况下的动态视景仿真对码头方案细节进行研究。　　在对码头进行数值仿真后，实验人员进行数据分析发现问题，针对需要进一步分析的部分，可以针对性的进行再次数值仿真得到指定工况下的作业数据，然后驱动虚拟现实模型，进行虚拟现实试验，从而可加深对各个工

6、况的生产状况的认识，同时使不同专业的人员都能参与到仿真试验和数据分析中来，充分发挥团队协作能力。　　2.2基于数值仿真数据的码头物流系统性能评价　　基于数值仿真数据的码头物流系统性能评价是指在数值仿真模型中加入一系列能够反映码头物流系统整体或局部生产指标的统计量，通过对试验数据的分析，进而评估码头物流系统性能。下表1所示为集装箱码头数值仿真中所需的主要统计量。　　以上统计量的分析往往不是独立进行的，由于集装箱码头是各个环节紧密联系、相互影响的系统，因此要在考虑相关性的情况下评估系统，才能准确找到系统瓶颈。　　表1集装箱码头数值仿真主要统

7、计量　　序号统计量评估作用　　1吞吐量评估码头的吞吐能力　　2船舶在港时间反映码头总的船舶服务水平　　3船舶待泊时间反映泊位和装卸船系统的综合效率　　4集卡在港时间反映码头系统服务集卡的效率　　5集卡闸口等待时间反映了闸口车道配置合理性和人员服务效率　　6机械利用率评估机械配置合理性　　7泊位利用率评估泊位配置的合理性　　8堆场占用率反映堆场容量和配置是否满足需求　　9道路车流量评估码头路网的通过能力　　3集装箱码头堆场布置的虚拟现实仿真试验　　目前，集装箱码头的堆场布置主要有水平和垂直两种，如图2所示。在我国各大集装箱码头，水平布置为

8、主要布置形式，而在国外有些自动化码头，则多采用垂直式布置。总的而言，当前的集装箱码头水平布置更为普遍。为什么垂直布置形式应用较少？水平布置和垂直布置各有什么特点？在码头规划过程中应该如何选择堆场布置形式？这