改进的狼群算法在集装箱港口场桥调度优化中的应用
发布时间：2021-01-02 16:26
随着国际进出口贸易规模的日益扩大,集装箱运输业获得了迅猛的发展,伴随而来的是各集装箱港口之间激烈的竞争。为了在不提升成本投入的基础上提高港口自身的竞争力和作业效率,就必须加大港口相关资源和设备的利用率。场桥作为集装箱堆场中的主要装卸设备,对其调度问题进行研究和探讨,关乎整个堆场的运作效率和费用,具有相当的意义和价值。本文以混堆模式下集装箱堆场箱区内的场桥调度问题为工程背景,为内、外集卡设定了不同的等待费率、计费时间和最长等待时间,以及被服务的优先级别,同时考虑了多场桥共同作业时,场桥之间作业量平衡和防止干扰或跨越等实际约束,建立了以集卡等待成本及场桥移动成本之和为目标的混堆箱区内单场桥和多场桥调度问题的数学优化模型。为求解上述调度问题模型,选用较为新颖的狼群算法（WPA）进行进一步研究,提出了一种改进的狼群算法（IWPA）。所提改进算法引入了自适应参数调整、停滞状态的再次随机初始化和基于饥饿值的狼群更新等策略。自适应参数的调整可以使算法三种智能行为的步长随着迭代的进行自适应变化,前期步长较大有利于加快全局搜索,后期步长较小,可强化局部搜索,更容易找到最优解;停滞状态的再次随机初始化可以...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１集装箱码头布局??Ｆｉｇ．?２－１?Ｔｈｅ?ｌａｙｏｕｔ?ｏｆ?ｃｏｎｔａｉｎｅｒ?ｔｅｒｍｉｎａｌｓ??
集装箱堆场简介??如上文所提到的，集装箱码头堆场可以分成前方和后方堆场两部分，是进行集装箱??暂存和交接的地方。前方和后方堆场是根据其在码头中的前后位置划分的。根据箱型堆??场主要包含特种箱区、冷藏箱区、危险品箱区、干货箱区等；根据堆存的集装箱进出口??类型不同，堆场可以分成出口、进口及中转等箱区；根据集装箱是空箱还是重箱，堆场??还可以分成空箱区和重箱区。??在集装箱码头堆场中，集装箱通常按其尺寸、箱型和目的港对其进行堆放，每个集??装箱都对应一个箱位号来确定其所在的具体位置。从图２－２可以很容易看出，堆场中集??装箱的箱位号一般由它所在的箱区、贝位、列和层决定。箱位号是集装箱在堆场中的标??识符，一个集装箱对应一个箱位号，一个箱位号也对应唯一一个集装箱，两者之间一一??对应。在集装箱堆场中，通常有２０尺和４０尺两种大小的集装箱，２０尺的集装箱所在的??贝位通常用奇数表示，４０尺的集装箱所在的贝位用偶数表示。例如，堆场中一个集装箱??的箱位号是Ｂ０３００４０５０３，那么通过００４贝位是偶数可以判断此箱为４０尺，其所在的位??置是Ｂ０３箱区００４贝０５列０３层；如果集装箱的箱位号是Ａ０４００３０１０２，那么通过００３??贝位是奇数可以判断此箱为２０尺，其所在的位置是Ａ０４箱区００３贝０１列０２层。???????！??ｊ?ｊ?一个箱?ＩＩ??二??—?ｆ??ＣＬ＇＼＇＇?＿?＿??ＩＺＪ?ｔＺＪ?Ｕ?＾?、?《位??（ｓｌａｃｋ）?（ｂａｙ）??图２－２堆场堆存示意图??Ｆｉｇ．?２－２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｅｒｍｉｎａｌ?ｓｔａｃｋｉｎｇ??２．?２．?２集装箱堆场堆存模
应用???有内集卡又有外集卡，通常同一时刻等待作业的集卡数量比较多，这就提高了场桥的利??用率。不过，混堆模式下，同一箱区内进口箱、出口箱、内集卡、外集卡同时存在，进??而增加了堆场工作状况的复杂性，如何调度场桥更快更好地完成装卸任务成为难点，因??此混堆模式下堆场内的场桥调度问题十分具有研宄意义。??ＷｖＵｍ?ｇｉｓ：ｇｇ｜￣?—?—?｜；觅?１１?ＥＭ３?出门待提箝??ｔ＝—ｊ：二□出口綱??□祕送箱??－ｍ／ｕ＇?＿?■??内外集卡待服务队列??图２４混堆模式堆场平面图??Ｆｉｇ．?２－４?Ｐｌａｎｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｎｔａｉｎｅｒ?ｙａｒｄ?ｉｎ?ｍｉｘｅｄ－ｈｅａｐ?ｍｏｄｅｌ??常见场桥调度方法有两种［５１］，第一种遵循先到先服务原则，即先到的集卡先被服务，??这样可以缩短集卡的等待时间，可是场桥的挪动跨距相对会大些；第二种是遵循邻近原??贝Ｕ，即场桥只装卸周围固定几个贝位的任务，这样可以缩短场桥作业时的移动距离，但??总的集卡等待时间相对会长一些。??２．?２．?３集装箱堆场的作业设备及流程??由于集装箱庞大的体积和重量，想要实现堆存和提取操作，需要使用到一些大型的??装卸设备。目前，各个港口堆场使用的机械设备种类很多，但是其中堆场中使用的机械??设备基本分为装卸设备和水平运输设备。??集装箱堆场内的装卸设备主要有场桥、正面吊和叉车等。其中，场桥又叫龙门吊，??有轮胎式龙门吊（Ｒｕｂｂｅｒ?Ｔｉｅｒ?Ｇａｎｔｒｙ?Ｃｒａｎｅ，?ＲＴＧＣ）和轨道式龙门吊（Ｒａｉｌ?Ｍｏｕｎｔｅｄ?Ｇａｎｔｒｙ??Ｃｒａｎｅ，?ＲＭＧＣ）两种。ＲＭＧＣ具有起重能力大、可靠性高、容易操纵
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hybrid Optimization Algorithm Based on Wolf Pack Search and Local Search for Solving Traveling Salesman Problem[J]. 董如意,王生生,王光耀,王新颖. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2019(01)
[2]一种求解TSP问题的离散蝙蝠算法[J]. 张瑾,毕国通,李丽丽. 计算机工程与科学. 2018(11)
[3]改进狼群算法求解旅行商问题[J]. 黄海松,任竹鹏,魏建安. 计算机应用研究. 2019(12)
[4]基于狼群算法优化的FCM图像自动分割[J]. 汪方正. 控制工程. 2018(09)
[5]集装箱码头送箱集卡预约与场桥调度协同优化[J]. 马梦知,范厚明,计明军,郭振峰. 交通运输系统工程与信息. 2018(03)
[6]自动化码头双场桥调度与集装箱存储选位建模[J]. 魏亚茹,朱瑾. 计算机应用. 2018(04)
[7]基于自适应和变游走方向的改进狼群算法[J]. 郭立婷. 浙江大学学报(理学版). 2018(03)
[8]求解带时间窗车辆路径问题的狼群算法[J]. 叶勇,张惠珍. 公路交通科技. 2017(10)
[9]改进狼群优化算法的Otsu图像分割法[J]. 曹爽,安建成. 微电子学与计算机. 2017(10)
[10]一种改进的狼群算法[J]. 惠晓滨,郭庆,吴娉娉,赵昱. 控制与决策. 2017(07)
硕士论文
[1]混堆堆场多箱区场桥联合调度研究[D]. 吴岳.大连海事大学 2015
[2]混堆集装箱码头场桥调度研究[D]. 于凯.大连海事大学 2015
[3]基于狼群算法的三维传感器优化布置研究[D]. 王传伟.大连理工大学 2014
[4]集装箱场桥调度及其仿真研究[D]. 陈欢.武汉理工大学 2011
本文编号：2953245
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１集装箱码头布局??Ｆｉｇ．?２－１?Ｔｈｅ?ｌａｙｏｕｔ?ｏｆ?ｃｏｎｔａｉｎｅｒ?ｔｅｒｍｉｎａｌｓ??
集装箱堆场简介??如上文所提到的，集装箱码头堆场可以分成前方和后方堆场两部分，是进行集装箱??暂存和交接的地方。前方和后方堆场是根据其在码头中的前后位置划分的。根据箱型堆??场主要包含特种箱区、冷藏箱区、危险品箱区、干货箱区等；根据堆存的集装箱进出口??类型不同，堆场可以分成出口、进口及中转等箱区；根据集装箱是空箱还是重箱，堆场??还可以分成空箱区和重箱区。??在集装箱码头堆场中，集装箱通常按其尺寸、箱型和目的港对其进行堆放，每个集??装箱都对应一个箱位号来确定其所在的具体位置。从图２－２可以很容易看出，堆场中集??装箱的箱位号一般由它所在的箱区、贝位、列和层决定。箱位号是集装箱在堆场中的标??识符，一个集装箱对应一个箱位号，一个箱位号也对应唯一一个集装箱，两者之间一一??对应。在集装箱堆场中，通常有２０尺和４０尺两种大小的集装箱，２０尺的集装箱所在的??贝位通常用奇数表示，４０尺的集装箱所在的贝位用偶数表示。例如，堆场中一个集装箱??的箱位号是Ｂ０３００４０５０３，那么通过００４贝位是偶数可以判断此箱为４０尺，其所在的位??置是Ｂ０３箱区００４贝０５列０３层；如果集装箱的箱位号是Ａ０４００３０１０２，那么通过００３??贝位是奇数可以判断此箱为２０尺，其所在的位置是Ａ０４箱区００３贝０１列０２层。???????！??ｊ?ｊ?一个箱?ＩＩ??二??—?ｆ??ＣＬ＇＼＇＇?＿?＿??ＩＺＪ?ｔＺＪ?Ｕ?＾?、?《位??（ｓｌａｃｋ）?（ｂａｙ）??图２－２堆场堆存示意图??Ｆｉｇ．?２－２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｅｒｍｉｎａｌ?ｓｔａｃｋｉｎｇ??２．?２．?２集装箱堆场堆存模
应用???有内集卡又有外集卡，通常同一时刻等待作业的集卡数量比较多，这就提高了场桥的利??用率。不过，混堆模式下，同一箱区内进口箱、出口箱、内集卡、外集卡同时存在，进??而增加了堆场工作状况的复杂性，如何调度场桥更快更好地完成装卸任务成为难点，因??此混堆模式下堆场内的场桥调度问题十分具有研宄意义。??ＷｖＵｍ?ｇｉｓ：ｇｇ｜￣?—?—?｜；觅?１１?ＥＭ３?出门待提箝??ｔ＝—ｊ：二□出口綱??□祕送箱??－ｍ／ｕ＇?＿?■??内外集卡待服务队列??图２４混堆模式堆场平面图??Ｆｉｇ．?２－４?Ｐｌａｎｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｎｔａｉｎｅｒ?ｙａｒｄ?ｉｎ?ｍｉｘｅｄ－ｈｅａｐ?ｍｏｄｅｌ??常见场桥调度方法有两种［５１］，第一种遵循先到先服务原则，即先到的集卡先被服务，??这样可以缩短集卡的等待时间，可是场桥的挪动跨距相对会大些；第二种是遵循邻近原??贝Ｕ，即场桥只装卸周围固定几个贝位的任务，这样可以缩短场桥作业时的移动距离，但??总的集卡等待时间相对会长一些。??２．?２．?３集装箱堆场的作业设备及流程??由于集装箱庞大的体积和重量，想要实现堆存和提取操作，需要使用到一些大型的??装卸设备。目前，各个港口堆场使用的机械设备种类很多，但是其中堆场中使用的机械??设备基本分为装卸设备和水平运输设备。??集装箱堆场内的装卸设备主要有场桥、正面吊和叉车等。其中，场桥又叫龙门吊，??有轮胎式龙门吊（Ｒｕｂｂｅｒ?Ｔｉｅｒ?Ｇａｎｔｒｙ?Ｃｒａｎｅ，?ＲＴＧＣ）和轨道式龙门吊（Ｒａｉｌ?Ｍｏｕｎｔｅｄ?Ｇａｎｔｒｙ??Ｃｒａｎｅ，?ＲＭＧＣ）两种。ＲＭＧＣ具有起重能力大、可靠性高、容易操纵
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hybrid Optimization Algorithm Based on Wolf Pack Search and Local Search for Solving Traveling Salesman Problem[J]. 董如意,王生生,王光耀,王新颖. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2019(01)
[2]一种求解TSP问题的离散蝙蝠算法[J]. 张瑾,毕国通,李丽丽. 计算机工程与科学. 2018(11)
[3]改进狼群算法求解旅行商问题[J]. 黄海松,任竹鹏,魏建安. 计算机应用研究. 2019(12)
[4]基于狼群算法优化的FCM图像自动分割[J]. 汪方正. 控制工程. 2018(09)
[5]集装箱码头送箱集卡预约与场桥调度协同优化[J]. 马梦知,范厚明,计明军,郭振峰. 交通运输系统工程与信息. 2018(03)
[6]自动化码头双场桥调度与集装箱存储选位建模[J]. 魏亚茹,朱瑾. 计算机应用. 2018(04)
[7]基于自适应和变游走方向的改进狼群算法[J]. 郭立婷. 浙江大学学报(理学版). 2018(03)
[8]求解带时间窗车辆路径问题的狼群算法[J]. 叶勇,张惠珍. 公路交通科技. 2017(10)
[9]改进狼群优化算法的Otsu图像分割法[J]. 曹爽,安建成. 微电子学与计算机. 2017(10)
[10]一种改进的狼群算法[J]. 惠晓滨,郭庆,吴娉娉,赵昱. 控制与决策. 2017(07)
硕士论文
[1]混堆堆场多箱区场桥联合调度研究[D]. 吴岳.大连海事大学 2015
[2]混堆集装箱码头场桥调度研究[D]. 于凯.大连海事大学 2015
[3]基于狼群算法的三维传感器优化布置研究[D]. 王传伟.大连理工大学 2014
[4]集装箱场桥调度及其仿真研究[D]. 陈欢.武汉理工大学 2011
本文编号：2953245
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