[发明专利]基于知识工程的集装箱码头场桥调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及集装箱运输领域，特别是码头场桥调度领域。

背景技术

随着经济全球化和区域经济一体化进程的加快，世界贸易量迅速增长，带动全球集装箱运输快速发展，各地集装箱码头均面临吞吐量急剧增长的压力。集装箱码头是集装箱运输的核心结点，在集装箱运输中占有重要地位。

由于近年来各港口之间的竞争加剧，各个港口不得不面对提高自己的服务质量、降低服务成本，增加吞吐量的压力，在这种压力下集装箱码头有两个主要目标：降低船舶在港逗留时间和增加码头吞吐量。这两个目标可以通过提高岸桥作业效率、场桥作业效率，合理安排堆场计划，合理调度作业线，合理分配泊位，合理调配场桥，降低码头交通阻塞率等方式来实现。而场桥是集装箱码头最重要的装卸集装箱的设备之一，场桥的作业效率对集装箱码头的生产率的高低起着极其重要的作用。所以，如何提高场桥的作业效率对于集装箱码头来说显得至关重要。

知识工程(Knowledge Engineering)学科专门研究如何发现、收集、管理和使用知识。从知识工程概念的提出以及应用于各个领域的推理系统涌现，到二十世纪八十年代各相关学科逐渐融入到知识工程中来，出现了多学科综合型知识库系统，再从九十年代到现今发展起来的知识发现、数据挖掘等技术，进一步丰富了知识工程领域的研究内容。目前知识工程已经不单纯是一种借助人工智能理论解决实际应用问题的技术，而是演化为横跨包括人工智能、数据库、心理学及工程学在内的多学科交叉研究领域。知识工程如此迅猛发展，为解决复杂的依赖于人类经验知识的问题开辟了崭新的思路，而目前在集装箱码头，场桥的操作作业多是依靠操作人员的工作经验，所以运用知识工程的内容对于解决如何提高场桥作业效率的问题会有很大的帮助。

场桥作为一种将集装箱在集卡和堆场指定箱位之间装卸搬运的设备，在集装箱码头的生产作业过程中起着极其重要的作用。场桥的调度方式是影响场桥作业效率最重要的因素，但是，目前的集装箱码头场桥调度仍然是手工方式，调度人员工作强度大，效率低且效果差，而不好的调度方法会导致场桥行走距离增加，效率减少，增加装卸船和外卡在场时间，因此，一些学者在场桥调度这方面进行了一定的研究。但是，由于场桥调度的灵活性和复杂性，属于NP-Hard问题，常规的理论和方法无法对其进行详细的描述并实现。

集装箱码头的堆场通常由多个箱区组成，码头堆场如图1集装箱码头堆场平面示意图所示。每个箱区中有多个贝位，奇数贝为20英尺贝，相邻的两个20英尺贝可以放一个40英尺的集装箱，标示为偶数贝。目前，每个箱区的集装箱堆存作业是靠轮胎式龙门起重机(RTGC)或轨道式龙门起重机(RMGC)来完成的。RMGC在箱区两侧的通道上各有一排轮子，它是通过安装在每个箱区的轨道来移动的，其允许建造更多的存储排，来获得更高的存储能力。RTGC跨越一个箱区，靠橡胶轮胎移动，虽然它的空间存储能力比较低，但是RTGC能够在各箱区之间方便行走，调度更加灵活。正因为如此，许多集装箱码头仍然把轮胎吊作为场地机械的首选。本发明也仅考虑使用RTGC的集装箱码头堆场的情况。一般情况下，使用轮胎吊的箱区有六排，可以堆垛四层集装箱。每个集装箱堆放的箱位用“箱区、贝、排、层”来编码表示。

当场桥需要转场，也就是从一个箱区移动到另一个箱区时，要遵循一定的路线，如图1所示。两个箱区在同一通道的情况下，即场桥从箱区1移动到箱区2，只需直线移动就可以了；两个箱区在不同通道的情况下，即场桥从箱区3移动到箱区2，则需要经过两次90°转弯才能到达目标箱区。

由于场桥的尺寸较大以及移动速度较慢，因此他们的转弯作业移动很可能会长时间占据大量的道路空间，从而导致堆场内交通堵塞以及堆场内其它的作业的耽搁，导致场桥作业效率的下降。在实际的码头堆存作业中，场桥转场次数比较多，经常会碰到两台场桥可能发生碰撞的情况，比如在图1中，同一时间将箱区1的场桥调到箱区4、将箱区3的场桥调到箱区2中，就有可能在中间的通道发生碰撞。在箱区作业量很大的情况下，会先后调度两台场桥在同一箱区内同时作业，而在调度的过程中也经常会遇到场桥之间相互碰撞的问题。场桥之间相互碰撞的话，其中一台场桥就必须停下来，在一旁等待，这样就浪费了本应该进行作业的时间，降低了场桥的作业效率。因此场桥在箱区之间的最优调配策略对提高堆场作业效率有着至关重要的作用。

集装箱码头的场桥调度问题非常复杂，需要运用调度人员的经验来分析判断，做出决策。