[發明專利]集裝箱碼頭閘口緩沖區優化設計及交通組織微觀仿真方法

無效

• 申請號: 201310608730.5
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103593748A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 白子建;柯水平;李新海;李旭彬;王曉華;王新岐;高潮;趙巍;馬紅偉;張瑞;林小旭
• 申請（專利權）人: 天津市市政工程設計研究院
• 主分類號: G06Q10/08
• 分類號: G06Q10/08;G06Q10/04;G06Q50/28;G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明屬于交通運輸站場規劃設計和管理技術領域，具體講，涉及集裝箱碼頭閘口緩沖區優化設計及交通組織微觀仿真方法。

技術背景

當前國內外對于集裝箱碼頭閘口緩沖區的研究很少，主要分為以下幾個方面：一是通過有關假設建立港口閘口緩沖區排隊論解析模型的方式，來對港口閘口緩沖區進行優化設計和管理。如：Morais和Lord于2006年提出著名的碼頭預約系統（TAS），通過前方碼頭與后方堆場、貨主之間的信息交互，將集疏港高峰期的集卡合理的分布到非高峰期內，以緩解閘口在集疏港高峰期的通行壓力，該方法的優點在于充分利用了信息的作用，很好的處理了集卡車集中到港所導致的擁堵問題，但是解決港口高密度集疏港時出現的集卡排隊問題。鄭學東分析了進出港閘口作業的問題和碼頭閘口作業影響因素，運用排隊論建立了閘口排隊分布解析模型，分析閘口車道數量變動和交箱時間變動的情況，針對提高天津港閘口通行能力提出了相關建議。該方法描述了集裝箱碼頭的動態特征，但是其建立的模型是基于排隊論理論，研究層面過于宏觀，在建立解析模型時存在很多假設，無法全面地反映研究對象的真實狀態，不能深入分析研究對象。二是通過建立仿真模型的方法，對港口閘口緩沖區進行優化設計和管理。如施梅超分析了傳統閘口的弊端，利用EXTEND仿真軟件建立了集裝箱港口進出港閘口的仿真模型，并通過仿真對閘口系統進行了優化。該方法應用仿真模型對閘口緩沖區進行了優化研究，提出了“加快閘口檢查速度、增加閘口通道數量”等優化措施，但是該方法是不能對到港集卡的行為準則進行定義，其研究處于宏觀層面，模型無法貼近實際情況，也就無法保證結果的準確性。另外還有一些研究定性分析閘口緩沖區在運營過程中出現的問題，并針對這些問題提出改良措施來緩解閘口前的擁堵問題，如吳閔分析了集裝箱碼頭緩沖區車輛滯留現象產生的原因，他認為集裝箱碼頭緩沖區的擁堵是集卡司機操作不當和超時停車造成的，針對這些問題，從秩序管理角度提出了治理措施。該方法提出的措施是基于豐富的管理經驗的，因此往往能夠很好的治理港區內集卡司機的違規操作和超時停車問題，從一定程度上緩解了碼頭緩沖區的擁堵問題，但是沒有對研究對象進行系統分析，往往無法挖掘出問題的根源，解決方案也無法量化，因此無法從根本上解決閘口前的擁堵問題。

從已知文獻閱讀分析可知，現有關于集裝箱港口閘口和緩沖區優化的研究具有以下特點：

（1）當前很多對集裝箱閘口緩沖區的研究都是基于宏觀理論、建立排隊論解析模型，其提出的研究方法也只是停留在宏觀層面，無法反映閘口緩沖區交通流中各因素之間復雜的非線性關系，不能精細化地分析研究對象，往往無法達到期待的效果。

（2）很多對集裝箱碼頭閘口緩沖區的仿真研究應用的軟件雖然操作相對容易，界面也易于交互，但是在研究過程中不能對仿真模型中的決策主體agent的決策行為進行定義，其研究也就達不到微觀層面。因此這些方法都存在不夠精細、模型描述不能貼合實際等缺點。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在為集裝箱碼頭閘口緩沖區設施如閘口通道數量、緩沖區規模等的布局設計提供量化依據，為碼頭運營管理時閘口通道和緩沖區域的有效利用提供量化依據，應用元胞自動機模型，對集裝箱碼頭閘口前集卡車排隊系統進行建模，以船舶到離港時間表為邊界條件，對集裝箱碼頭閘口前集裝箱卡車排隊系統進行仿真實驗。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是，集裝箱碼頭閘口緩沖區優化設計及交通組織微觀仿真方法，包括如下步驟：

元胞的選擇

將入口閘口通道檢查口前的集卡排隊隊列用一列元胞代表，隊列最前方的元胞為入口閘口通道檢查點，閘口檢查通道按照功能分為：提箱轉棧通道、內貿集港通道、外貿集港通道和應急通道，外貿集港通道和應急通道為特殊通道；

在對出口閘口進行仿真實驗時，同樣將出口閘口通道檢查口前的集卡排隊隊列用一列元胞代表，隊列最前方的元胞為閘口通道檢查點；

元胞的構成

在入口閘口仿真模型中，列中每一個元胞代表進入閘口通道執行集疏港任務的集卡車，隊列最前方為閘口通道的檢查點，集港集卡車通過檢查的時間以車為單位，服從正態隨機分布，均值時間為80秒，方差為25；提箱轉棧卡車通過閘口檢查的時間以車為單位，服從正態隨機分布，均值時間為60秒，方差為20；

在出口閘口仿真過程中，列中每一個元胞代表從碼頭內部作業子系統出來進入閘口通道準備離港的集卡車，隊列最前方為閘口通道的檢查點。集卡車通過檢查的時間以車為單位，服從正態隨機分布，均值時間為50秒，方差為25；

元胞自動機的運行

入口元胞自動機模型