[發明專利]一種提高集裝箱船舶穩定性和岸橋作業效率的配載方法

有效

• 申請號: 201310517387.3
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103544586A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 唐立新;董赟
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06Q10/08
• 分類號: G06Q10/08;G06Q50/28
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種提高集裝箱船舶穩定性和岸橋作業效率的配載方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：確定裝船出港的集裝箱數量、集裝箱尺寸、集裝箱重量、船箱位數量和集裝箱的到港站；所述不同尺寸的集裝箱包括20英尺通用集裝箱、40英尺通用集裝箱和40英尺超高集裝箱；

步驟2：確定每個集裝箱所堆放的船箱位的決策變量：將每個集裝箱分配的船箱位用貝、行、層的三維坐標表示；

步驟3：建立船舶穩定性和岸橋作業效率的目標函數及其約束條件，該目標函數用以表征待配載的船舶橫向各貝位間集裝箱重量分布均勻性指標、每個貝位內縱向各行間集裝箱重量分布均勻性指標、上下相鄰兩個集裝箱的重量差指標之和最小，即船舶穩定性偏差最小化，該目標函數的約束條件包括：裝船集裝箱總數為裝船出港的集裝箱數量、每個集裝箱只能存放于船上的一個船箱位、每個船箱位最多放置一個集裝箱、40英尺集裝箱只能存放在船舶的偶數貝、20英尺的集裝箱只能存放在船舶的奇數貝內、20英尺的集裝箱不能堆放在相鄰偶數貝已存放40英尺集裝箱的奇數貝內、20英尺的集裝箱不能放在40英尺的集裝箱上面、堆放在上層船箱位的集裝箱的到港站早于堆放在下層船箱位的集裝箱的到港站、甲板下超高箱的最大堆放高度不超過甲板的位置；

步驟4：利用啟發式算法預分配船箱位，即為各到港站的各尺寸屬性的集裝箱劃分待配載船舶上的裝載區域；

步驟4.1：統計要到達各到港站的集裝箱的總數并計算要到達各到港站的集裝箱需占用的船箱位數量；

步驟4.2：從船首開始，以船艙內的雙貝位為單位，給各到港站的集裝箱集合分配艙內的船箱位，直到所有的艙內貝位分配完畢：

步驟4.2.1：按照到港站先后循環的順序給各到港站的集裝箱集合分配艙內的船箱位，同時更新各到港站未分配船箱位的集裝箱數量；

步驟4.2.2：為下一個到港站的集裝箱集合分配艙內雙貝位，直到當前到港站未分配船箱位的集裝箱數量為零或者當前到港站未分配船箱位的集裝箱數量小于兩個連續貝位內的船箱位數，則不再為該到港站的集裝箱集合分配艙內貝位；

步驟4.3：?從船首開始，以甲板上各貝位的層為單位，為各到港站的集裝箱集合分配甲板上的船箱位，分配時需滿足上層到港站不晚于下層到港站；

步驟4.3.1：按照到港站先后循環的順序為各到港站的集裝箱集合分配甲板上的船箱位，同時更新各到港站未分配船箱位的集裝箱數量；

步驟4.3.2：分配完甲板上所有貝位的第一層船箱位后，返回船首開始分配甲板上所有貝位的上一層船箱位，直到所有到港站的集裝箱都分配了船箱位，在分配過程中，若當前層集裝箱的到港站晚于下層集裝箱，則選擇后續貝位的相應層；

步驟4.4：在已分配的船箱位區域內，以貝位中的層為單位，按照從船首至船尾且從甲板最上層到艙內最下層的順序分別為各到港站所屬的40英尺超高集裝箱劃分箱區，且相鄰貝位需要同時有可用箱位；

步驟4.5：在已分配的船箱位區域內，以貝位中的層為單位，按照從船首至船尾且從甲板最上層到艙內最下層的順序分別為各到港站所屬的40英尺通用集裝箱劃分箱區，且相鄰貝位需要同時有可用箱位；

步驟4.6：在已分配的船箱位區域內，將剩余未分配的船箱位全部分配給20英尺通用集裝箱；

步驟4.7：判斷艙內滿層堆放的貝位中是否存在滿層堆放的40英尺超高集裝箱，是，則將最上層的40英尺超高集裝箱移至對應貝位甲板上的最底層堆放，甲板上的集裝箱依次上移一層；

步驟5：利用改進差分進化算法確定每一個集裝箱具體堆放的船箱位，即船箱位分配結果；

步驟5.1：設差分種群個體的維數為D，即裝船集裝箱的總數m，每一維表示集裝箱堆放的船箱位，設定種群規模NP=3×D，變異參數F，交叉概率因子CR，最大迭代次數Gmax；

步驟5.2：將已分配的船箱位的集合按照對應的到港站和尺寸類別劃分為3×p個子集，p為到港站個數，各船箱位均由六位整數組成，其中前兩位表示船箱位的貝位號，中間兩位表示船箱位的行號，后兩位表示船箱位的層號；用一維索引值對每個子集內的船箱位進行排序編號，從1開始升序編碼，編碼的優先級規則是：貝位為第一優先級，順序為由船尾至船首；層為第二優先級，順序為由艙內最底層至甲板的最上層；行為第三優先級，順序為由船中間行依次交替至左右兩邊行；即從船首貝位的底層中間行開始對已分配的船箱位進行排序，依次完成行、層和貝的編號，直至所有已分配的箱位排序編號結束；

步驟5.3：將裝船集裝箱集合按照到港站和尺寸類別劃分為3×p個子集，并依次由各子集內的集裝箱來構成差分種群個體內的元素；

步驟5.4：對差分種群進行差分迭代循環；

步驟5.4.1：變異操作：在差分種群中取三個互異的船箱位作為父代序列的個體，并對父代序列中的元素進行線性變異運算，得到差分種群的變異個體序列；

步驟5.4.2：交叉操作：以設定的交叉概率CR從差分種群的變異個體序列中選擇集裝箱位元素，其他船箱位元素的從父代個體序列中選擇，來得到子代試驗個體序列，并將得到的子代個體序列內的船箱位元素按照數值大小進行排序，按照該排序將集裝箱映射到已編號的各船箱位即得到一組集裝箱的船箱位分配結果；

步驟5.4.3：選擇操作：根據產生的子代個體序列以及船舶穩定性和岸橋作業效率的目標函數，計算該子代個體序列對應的船箱位序列的船舶穩定性和岸橋作業效率的目標函數值，并與父代個體序列的船舶穩定性和岸橋作業效率的目標函數值進行比較，選擇目標函數值較小的個體進入下一代種群進行迭代；返回步驟5.4.1，當達到最大迭代次數，迭代結束；

步驟5.5：選擇當前種群中船舶穩定性和岸橋作業效率的目標函數值最小的個體序列，將以一維索引值表示的各集裝箱具體堆放的船箱位轉換回以貝位號、行號和層號表示的船箱位，得到各集裝箱具體堆放的船箱位；

步驟6：根據確定的每一個集裝箱具體堆放的船箱位對集裝箱進行裝船配載。