集装箱船舶贝内配载和堆场装船顺序协调优化

交通运输系统工程与信息 ›› 2019, Vol. 19 ›› Issue (6): 223-230.

集装箱船舶贝内配载和堆场装船顺序协调优化

刘志雄¹，颜家岚^*2，张煜³

1. 武汉科技大学机械自动化学院，武汉 430081；2. 武汉科技大学汽车与交通工程学院，武汉 430065；3. 武汉理工大学物流工程学院，武汉 430063

收稿日期:2019-06-20 修回日期:2019-08-11 出版日期:2019-12-25 发布日期:2019-12-25
作者简介:刘志雄(1975-)，男，湖北麻城人，教授，博士.
基金资助:
国家自然科学基金/ National Nature Science Foundation of China (71372202).

Coordinated Optimization Problem of Slot Planning and Shipment Sequencing

LIU Zhi-xiong¹, YAN Jia-lan², ZHANG Yu³

1. School of Mechanical Automation,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081, China; 2. School of Automobile and Traffic Engineering,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430065, China; 3. School of Logistics Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063, China

Received:2019-06-20 Revised:2019-08-11 Online:2019-12-25 Published:2019-12-25

摘要/Abstract

摘要：

针对集装箱船舶贝内配载和堆场装船顺序协调优化问题，以堆场贝位和船舶贝位翻箱次数之和最小为优化目标，考虑堆场装船要求和船舶适航性等多种约束条件，建立数学模型. 鉴于问题的NP特性，提出混合演化策略算法(HES)求解模型，设计二维实数编码，提出基于力矩平衡和逐列装载的解码方法. 基于三点交叉互换的重组算子，单点突变的变异算子和互换的局部搜索策略对算法进行改进. 通过计算证明，对不同规模算例，HES算法均能求解出较优的贝内配载方案和堆场装船顺序.HES 算法与传统演化策略算法(ES)、粒子群算法 (PSO)、基于规则的启发式算法(HA-MBSCC)进行对比，进一步验证了算法的优越性.

关键词: 水路运输, 集装箱翻箱, 混合演化策略算法, 局部搜索, 贝内配载, 堆场装船顺序

Abstract:

Aiming at the coordinated optimization problem of slot planning and shipment sequencing, a mathematical model is established with the objective of minimizing the sum number of the reloading operations of the yard and the ship. At the same time, various constraints of the yard and the ship are considered comprehensively. By proposing a hybrid evolutionary strategy algorithm (HES), the two-dimensional real coding and decoding method based on moment balance and stowing column by column are designed to solve the problem. Furthermore, the local search strategy is adopted to improve the algorithm. The calculation results show that the HES algorithm can solve the coordinated optimization problem of different scales. At the same time, by comparing with the traditional evolutionary strategy algorithm (ES), the particle swarm optimization (PSO), and the heuristic algorithm based on actual shipping rules (HA-MBSCC), the superiority of the HES algorithm is further verified.

Key words: waterway transportation, container reloading operation, hybrid evolutionary strategy algorithm, local search strategy, the slot plan problem, containership loading sequence

中图分类号:

U169.6

刘志雄，颜家岚，张煜. 集装箱船舶贝内配载和堆场装船顺序协调优化[J]. 交通运输系统工程与信息, 2019, 19(6): 223-230.

LIU Zhi-xiong, YAN Jia-lan, ZHANG Yu. Coordinated Optimization Problem of Slot Planning and Shipment Sequencing[J]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 2019, 19(6): 223-230.

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参考文献

[1] 周晓峰. 粒子群算法应用于装船顺序整数规划模型 [J]. 舰船科学技术, 2017, 39(10): 147-149. [ZHOU X F. Integer programming model of shipping order based on particle swarm calculation[J]. Ship Science and Technology, 2017, 39(10): 147-149.]

[2] 祝慧灵, 计明军, 郭文文, 等. 基于配载计划的集装箱提箱顺序和倒箱策略优化[J]. 交通运输系统工程与信息, 2016, 16(2): 191-199. [ZHU H L, JI M J, GUO W W, et al. Optimization of the container retrieving sequence and rehandling strategy based on stowage plan [J]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 2016, 16(2): 191-199.]

[3] JI M J, GUO W W, ZHU H L, et al. Optimization of loading sequence and rehandling strategy for multiquay crane operations in container terminals[J]. Transportation Research Part E, 2015(80): 1-19.

[4] PARREÑO F, PACINO D, ALVAREZ-VALDES R. A GRASP algorithm for the container stowage slot planning problem[J]. Transportation Research Part E, 2016(94): 141-157.

[5] Ambrosino D, Paolucci M, Sciomachen A. A MIP heuristic for multi-port stowage planning[J]. Transportation Research Procedia, 2015(10): 725-734.

[6] 祝慧灵. 集装箱船舶与堆场协调作业优化模型与算法研究[D]. 大连: 大连海事大学, 2018. [ZHU H L. Optimal models and algorithms of coordinated operations between container ship and terminal yard[D]. Dalian: Dalian Maritime University, 2018.]

[7] 田维, 张煜, 程惠敏. 集装箱船舶装箱排序问题优化模型及算法[J]. 中国航海, 2016, 39(4): 118-128. [TIAN W, ZHANG Y, CHENG H M. Optimal model and algorithm of sequencing and bin packing problem for container carrier[J]. Navigation of China, 2016, 39(4): 118-128.]

[8] 蔡兴武. 全航线集装箱船与堆场混合配载优化[D]. 宁波: 宁波大学, 2017. [CAI X W. Research on the optimization of full routes ship and container yard mixed stowage[D]. Ningbo: Ningbo University, 2017.]

[9] 刘志雄, 李俊, 张煜, 等. 基于混合演化策略算法的多场桥调度优化[J]. 计算机应用与软件, 2016, 33(5): 242-247. [LIU Z X, LI J, ZHANG Y, et al. Yard cranes scheduling optimisation based on hybrid evolutionary strategy algorithm[J]. Computer Applications and Software, 2016, 33(5): 242-247.]

[1]	廖诗管, 翁金贤, 胡甚平. 液化天然气船通航模式下的航道通过能力评价方法[J]. 交通运输系统工程与信息, 2022, 22(2): 290-297.
[2]	靳志宏, 焉红, 王小寒, 邢磊, 徐奇. 滚装甩挂运输牵引车调度优化及作业模式类比分析[J]. 交通运输系统工程与信息, 2022, 22(1): 142-151.
[3]	李德昌, 杨华龙, 赵帅奇, 郑建风. 排放控制区下集装箱班轮运输船期设计与燃油补给联合优化[J]. 交通运输系统工程与信息, 2022, 22(1): 273-281.
[4]	邵斐, 张永锋, 真虹. 中国进口铁矿石海运网络抗毁性仿真[J]. 交通运输系统工程与信息, 2022, 22(1): 311-321.
[5]	彭子烜, 于滨. 内外贸同船运输下长江经济带穿梭巴士网络优化[J]. 交通运输系统工程与信息, 2022, 22(1): 322-331.
[6]	杨华龙, 赵帅奇, 方旭, 段静茹. 考虑海上意外时间和合作协议的班轮运输船期设计鲁棒优化[J]. 交通运输系统工程与信息, 2021, 21(6): 210-216.
[7]	严新平, 李晨, 刘佳仑, 游旭, 王树武, 马枫. 新一代航运系统体系架构与关键技术研究[J]. 交通运输系统工程与信息, 2021, 21(5): 22-29.
[8]	葛颖恩, 温馨. 环境可持续集装箱班轮运输管理研究综述[J]. 交通运输系统工程与信息, 2021, 21(4): 6-22.
[9]	楚金华, 李俊鹤, 王春娟, 陈超. 排放控制区下集装箱班轮航线路径规划与航速调度集成决策[J]. 交通运输系统工程与信息, 2021, 21(4): 230-238.
[10]	戈佳威, 袁克镖, 殷明, 王学锋. 传播动力学视角下集装箱海运网络关键港口节点识别[J]. 交通运输系统工程与信息, 2021, 21(4): 256-262.
[11]	戈艳艳，王姗姗. 考虑碳排放的港口全要素生产率及影响因素分析[J]. 交通运输系统工程与信息, 2021, 21(2): 22-29.
[12]	廖诗管，杨冬，白茜文，翁金贤. 基于船舶大数据的港口装卸效率值计算方法[J]. 交通运输系统工程与信息, 2021, 21(2): 217-223.
[13]	高天航，徐力，靳廉洁，葛彪. 考虑航艏向与数据变化差异的船舶轨迹预测[J]. 交通运输系统工程与信息, 2021, 21(1): 90-94.
[14]	房斯明，刘正江，封室丞，王新建. 船舶倾斜对不同行人流疏散效率影响的数值分析[J]. 交通运输系统工程与信息, 2021, 21(1): 201-206.
[15]	邵丽花，李宁海，唐清，宋丽英，王新昌. 制造业离岸和回流对我国港口发展的影响[J]. 交通运输系统工程与信息, 2020, 20(6): 47-56.