本技術(shù)涉及集裝箱碼頭，特別涉及集裝箱碼頭的離散泊位和岸橋起重機(jī)的分配方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、泊位和岸橋起重機(jī)是自動(dòng)化集裝箱碼頭的關(guān)鍵資源，優(yōu)化其利用率對(duì)于提高自動(dòng)化集裝箱碼頭的經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。在已知未來一段時(shí)間內(nèi)的船舶到港情況下，將問題抽象為數(shù)學(xué)模型，并通過算法進(jìn)行求解，可以為即將到達(dá)港口的船舶分配合適的泊位、靠泊時(shí)間并將岸橋起重機(jī)分配給不同的船舶，以優(yōu)化自動(dòng)化集裝箱碼頭裝卸貨物的效率。對(duì)于大型自動(dòng)化集裝箱碼頭，其按照泊位是否連續(xù)可分為連續(xù)泊位和離散泊位；按照岸橋起重機(jī)在運(yùn)營(yíng)周期內(nèi)是否根據(jù)不同時(shí)間單元需求情況，可分為時(shí)變岸橋起重機(jī)分配和時(shí)不變岸橋起重機(jī)分配?，F(xiàn)有技術(shù)中很少研究離散泊位的分配問題，且未同時(shí)考慮時(shí)變岸橋起重機(jī)分配和時(shí)不變岸橋起重機(jī)分配，此外，在具體研究中，大多將泊位分配問題和岸橋起重機(jī)分配問題集成為一個(gè)優(yōu)化問題，使得所建立的數(shù)學(xué)模型過于復(fù)雜，影響求解效率。因此，如何綜合考慮離散泊位分配、時(shí)變岸橋起重機(jī)分配和時(shí)不變岸橋起重機(jī)分配，并提高求解效率，成為本領(lǐng)域的一重要研究方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)實(shí)施例要達(dá)到的技術(shù)目的是提供一種集裝箱碼頭的離散泊位和岸橋起重機(jī)的分配方法及裝置，用以解決當(dāng)前關(guān)于泊位和岸橋起重機(jī)分配時(shí)，未考慮離散泊位分配以及未同時(shí)考慮時(shí)變岸橋起重機(jī)分配和時(shí)不變岸橋起重機(jī)分配，且求解效率較低的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種集裝箱碼頭的離散泊位和岸橋起重機(jī)的分配方法，包括：

3、基于離散泊位和時(shí)不變岸橋起重機(jī)分配的第一問題，構(gòu)建第一混合整數(shù)規(guī)劃模型，且基于離散泊位和時(shí)變岸橋起重機(jī)分配的第二問題，構(gòu)建第二混合整數(shù)規(guī)劃模型；

4、基于船舶間的優(yōu)先關(guān)系，將所述第一問題重新表述并轉(zhuǎn)化為基于資源受限的項(xiàng)目調(diào)度的第三問題，并將所述第一混合整數(shù)規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為第三混合整數(shù)規(guī)劃模型，其中，所述第一混合整數(shù)規(guī)劃模型和所述第三混合整數(shù)規(guī)劃模型對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)均為第一目標(biāo)函數(shù)；

5、根據(jù)分支和割算法求解所述第三混合整數(shù)規(guī)劃模型，得到第一求解結(jié)果；

6、根據(jù)所述第一求解結(jié)果以及兩階段啟發(fā)式算法求解所述第二混合整數(shù)規(guī)劃模型，得到第二求解結(jié)果；

7、輸出所述第一求解結(jié)果和所述第二求解結(jié)果。

8、具體地，如上所述的方法，所述第一目標(biāo)函數(shù)為：

9、

10、其中，v為船舶集合；k為船舶索引；c1k為船舶k由于靠泊延遲超過預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間所產(chǎn)生的每時(shí)間單元的懲罰成本；c2k為船舶k由于離港延遲超過請(qǐng)求離港時(shí)間所產(chǎn)生的每時(shí)間單元的懲罰成本；c3k為船舶k由于偏離最低成本泊位的單位額外成本，一個(gè)單獨(dú)的泊位被看作是一個(gè)單位；ak為船舶預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間；gk為船舶k估計(jì)被服務(wù)的時(shí)間單元數(shù)量；bk為船舶k的最低成本的期望靠泊泊位；dk為船舶k的請(qǐng)求離港時(shí)間，且dk＝ak+bk；xk為船舶k的開始靠泊時(shí)間；sk為船舶l(fā)的開始操作時(shí)間；yk為分配給船舶k的泊位；

11、所述第三混合整數(shù)規(guī)劃模型對(duì)應(yīng)的第一約束條件包括以下至少一項(xiàng)：

12、船舶開始操作時(shí)間晚于或等于船舶開始靠泊時(shí)間；

13、船舶開始靠泊時(shí)間晚于或等于船舶預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間；

14、每艘船舶應(yīng)分配一個(gè)泊位；

15、每艘船舶應(yīng)靠泊到分配的泊位；

16、同一泊位上，后一艘船舶的開始靠泊時(shí)間與前一艘船舶的開始操作時(shí)間之差，大于等于前一艘船舶估計(jì)被服務(wù)的時(shí)間；

17、分配至同一泊位的相鄰兩艘船舶應(yīng)靠泊到對(duì)應(yīng)的泊位；

18、最小優(yōu)先關(guān)系集中的兩個(gè)船舶滿足對(duì)應(yīng)的優(yōu)先關(guān)系；

19、兩個(gè)船舶之間只有一種確定的優(yōu)先關(guān)系；

20、每個(gè)時(shí)間單元使用的岸橋起重機(jī)數(shù)量不超過可用岸橋起重機(jī)數(shù)量；

21、同一優(yōu)先關(guān)系中，低優(yōu)先級(jí)船舶的開始靠泊時(shí)間與高優(yōu)先級(jí)船舶的開始操作時(shí)間之差，大于等于高優(yōu)先級(jí)船舶估計(jì)被服務(wù)的時(shí)間；

22、分配至同一泊位的相鄰兩艘船舶具有對(duì)應(yīng)的優(yōu)先關(guān)系。

23、具體地，如上所述的方法，所述根據(jù)分支和割算法求解所述第三混合整數(shù)規(guī)劃模型，得到第一求解結(jié)果，包括：

24、初始化變量，所述變量包括：各船舶對(duì)應(yīng)的開始操作時(shí)間構(gòu)成的第一向量、開始操作的次數(shù)構(gòu)成的第二向量、解的可行性判斷變量、按時(shí)間單元進(jìn)行的禁止集、違反所述禁止集的第三向量以及第三向量的長(zhǎng)度；

25、根據(jù)所述第三向量的長(zhǎng)度，確定所述第一約束條件組中的目標(biāo)約束條件；

26、基于所述目標(biāo)約束條件求解所述第一目標(biāo)函數(shù)，得到所述第一向量對(duì)應(yīng)的初始解向量，并根據(jù)所述初始解向量更新所述第一向量；

27、對(duì)更新后的所述第一向量，進(jìn)行非降序排序和消除重復(fù)項(xiàng)處理后，更新所述第二向量；

28、根據(jù)所述第一向量和所述第二向量，依次判斷第一向量中的各船舶對(duì)應(yīng)的開始操作時(shí)間是否滿足第一預(yù)設(shè)條件，若目標(biāo)船舶滿足所述第一預(yù)設(shè)條件，則將所述目標(biāo)船舶對(duì)應(yīng)的活動(dòng)加入到所述禁止集中，并更新對(duì)應(yīng)時(shí)間單元的岸橋起重機(jī)需求量，所述第一預(yù)設(shè)條件為：所述第一向量中目標(biāo)船舶對(duì)應(yīng)的初始解小于等于所述第二向量中的目標(biāo)元素對(duì)應(yīng)值，且所述目標(biāo)船舶對(duì)應(yīng)的初始解與對(duì)應(yīng)的估計(jì)操作時(shí)間的和值，大于等于所述目標(biāo)元素對(duì)應(yīng)的時(shí)間與一時(shí)間單元的和值；

29、若所述岸橋起重機(jī)需求量大于對(duì)應(yīng)時(shí)間單元的可用岸橋起重機(jī)總數(shù)，則將所述禁止集加入所述第三向量；

30、若所述第三向量的模長(zhǎng)等于所述第三向量的長(zhǎng)度，則更新所述可行性判斷變量為可行，并將更新后的所述第一向量作為所述第一求解結(jié)果輸出，否則返回所述根據(jù)所述第三向量的長(zhǎng)度，確定所述第一約束條件中的目標(biāo)約束條件的步驟。

31、進(jìn)一步的，如上所述的方法，所述根據(jù)所述第三向量的長(zhǎng)度，確定所述第一約束條件中的目標(biāo)約束條件，包括：

32、當(dāng)所述第三向量的長(zhǎng)度為零時(shí)，則所述目標(biāo)約束條件為不包括所述每個(gè)時(shí)間單元使用的岸橋起重機(jī)數(shù)量不超過可用岸橋起重機(jī)數(shù)量的所述第一約束條件；否則，所述目標(biāo)約束為所述第一約束條件中的全部約束。

33、具體地，如上所述的方法，所述第二混合整數(shù)規(guī)劃模型的第二目標(biāo)函數(shù)為：

34、

35、其中，v為船舶集合；k為船舶索引；c1k為船舶k由于靠泊延遲超過預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間所產(chǎn)生的每時(shí)間單元的懲罰成本；c2k為船舶k由于離港延遲超過請(qǐng)求離港時(shí)間所產(chǎn)生的每時(shí)間單元的懲罰成本；c3k為船舶k由于偏離最低成本泊位的單位額外成本，一個(gè)單獨(dú)的泊位被看作是一個(gè)單位；ak為船舶預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間；ck為船舶k的完工時(shí)間；bk為船舶k的最低成本的期望靠泊泊位；dk為船舶k的請(qǐng)求離港時(shí)間，且dk＝ak+bk；xk為船舶k的開始靠泊時(shí)間；sk為船舶k的開始操作時(shí)間；yk為分配給船舶k的泊位；c4為每臺(tái)岸橋起重機(jī)的單次設(shè)置成本；wjkt為時(shí)間單元t時(shí)分配給船舶k的岸橋起重機(jī)j所具有的設(shè)置成本；

36、所述第二混合整數(shù)規(guī)劃模型的第二約束包括以下至少一項(xiàng)：

37、船舶開始靠泊時(shí)間晚于或等于船舶預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間；

38、船舶開始操作時(shí)間晚于或等于船舶開始靠泊時(shí)間；

39、每艘船舶應(yīng)分配一個(gè)泊位；

40、每艘船舶應(yīng)靠泊到分配的泊位；

41、分配至同一泊位的相鄰兩艘船舶應(yīng)靠泊到對(duì)應(yīng)的泊位；

42、每艘船舶所需服務(wù)的總時(shí)間單元數(shù)量等于各岸橋起重機(jī)服務(wù)該船舶的時(shí)間單元的數(shù)量之和；

43、提供服務(wù)的時(shí)間單元內(nèi)，分配給一船舶的岸橋起重機(jī)的數(shù)量大于等于可分配給該船舶的最小岸橋起重機(jī)數(shù)量；

44、提供服務(wù)的時(shí)間單元內(nèi)，分配給一船舶的岸橋起重機(jī)的數(shù)量小于等于可分配給該船舶的最大岸橋起重機(jī)數(shù)量；

45、各岸橋起重機(jī)在每個(gè)時(shí)間單元內(nèi)服務(wù)的船舶數(shù)量小于等于一；

46、同一泊位上，后一艘船舶的開始靠泊時(shí)間晚于或等于前一艘船舶的完工時(shí)間；

47、船舶一旦開始操作就不能被中斷，直至操作完成；

48、在一時(shí)間單元內(nèi)需要為船舶提供服務(wù)情況下，該時(shí)間單元內(nèi)為船舶提供服務(wù)的岸橋起重機(jī)的數(shù)量小于等于可分配給該船舶的最小岸橋起重機(jī)數(shù)量，且大于等于一；

49、定義最左側(cè)岸橋起重機(jī)、最右側(cè)岸橋起重機(jī)和分配給船舶的岸橋起重機(jī)所具有的設(shè)置成本；

50、每個(gè)時(shí)間單元內(nèi)，每艘船舶均只有一個(gè)最左側(cè)岸橋起重機(jī)和最右側(cè)岸橋起重機(jī)；

51、同一時(shí)間單元內(nèi)分配給一艘船舶的最左側(cè)岸橋起重機(jī)位于分配給該船舶左側(cè)泊位上的另一艘船舶的最右側(cè)岸橋起重機(jī)的左側(cè)。

52、優(yōu)選地，如上所述的方法，所述根據(jù)所述第一求解結(jié)果以及兩階段啟發(fā)式算法求解所述第二混合整數(shù)規(guī)劃模型，得到第二求解結(jié)果，包括：

53、根據(jù)所述第二預(yù)設(shè)條件，將所述第一求解結(jié)果中的初始解，轉(zhuǎn)化為可行性解，所述第二預(yù)設(shè)條件為目標(biāo)船舶需要服務(wù)的時(shí)間單元的總數(shù)量小于等于估計(jì)被服務(wù)的時(shí)間單元數(shù)量與各提供服務(wù)的時(shí)間單元內(nèi)使用的岸橋起重機(jī)數(shù)量的乘積，且大于各提供服務(wù)的時(shí)間單元內(nèi)使用的岸橋起重機(jī)數(shù)量減一后，與提供服務(wù)的時(shí)間單元數(shù)量的乘積；

54、根據(jù)可變領(lǐng)域搜索算法對(duì)所述可行性解進(jìn)行改進(jìn)，得到所述第二求解結(jié)果。

55、具體地，如上所述的方法，所述根據(jù)所述第二預(yù)設(shè)條件，將所述第一求解結(jié)果中的初始解，轉(zhuǎn)化為可行性解，包括：

56、在滿足所述第二預(yù)設(shè)條件的情況下，在所述初始解對(duì)應(yīng)的最后一個(gè)服務(wù)時(shí)間單元內(nèi)移除第一數(shù)量的岸橋起重機(jī)，得到所述可行性解，所述第一數(shù)量為所述估計(jì)被服務(wù)的時(shí)間單元數(shù)量與各提供服務(wù)的時(shí)間單元內(nèi)使用的岸橋起重機(jī)數(shù)量的乘積目標(biāo)船舶需要的岸橋起重機(jī)總操作時(shí)間單元數(shù)減去所述目標(biāo)船舶需要的岸橋起重機(jī)總操作時(shí)間單元數(shù)的差值。

57、具體地，如上所述的方法，所述根據(jù)可變領(lǐng)域搜索算法對(duì)所述可行性解進(jìn)行改進(jìn)，得到所述第二求解結(jié)果，包括：

58、根據(jù)可變領(lǐng)域搜索算法，確定算子集合，其中所述算子集合包括：前移算子、后移算子、前向右算子、右向前算子、后向右算子和右向后算子；

59、隨機(jī)生成船舶優(yōu)先級(jí)列表；

60、對(duì)于所述船舶優(yōu)先級(jí)列表中的每一艘船舶，從所述算子集合中隨機(jī)選擇一個(gè)算子并對(duì)所述可行性解進(jìn)行運(yùn)算，得到第一參考解；

61、若所述第一參考解小于等于第二參考解，則將所述第一參考解賦值給第二參考解，并使失望值歸零，否則，將所述第二參考解賦值給所述可行性解，并使所述失望值加一，其中，所述第二參考解的初始值為所述可行性解；

62、當(dāng)所述失望值等于預(yù)設(shè)失望閾值時(shí)，確定此時(shí)的所述第二參考解為所述第二求解結(jié)果，否則，返回所述隨機(jī)生成船舶優(yōu)先級(jí)列表的步驟。

63、本技術(shù)的另一實(shí)施例還提供了一種控制裝置，包括：

64、第一處理模塊，用于基于離散泊位和時(shí)不變岸橋起重機(jī)分配的第一問題，構(gòu)建第一混合整數(shù)規(guī)劃模型，且基于離散泊位和時(shí)變岸橋起重機(jī)分配的第二問題，構(gòu)建第二混合整數(shù)規(guī)劃模型；

65、第二處理模塊，用于基于船舶間的優(yōu)先關(guān)系，將所述第一問題重新表述并轉(zhuǎn)化為基于資源受限的項(xiàng)目調(diào)度的第三問題，并將所述第一混合整數(shù)規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為第三混合整數(shù)規(guī)劃模型，其中，所述第一混合整數(shù)規(guī)劃模型和所述第三混合整數(shù)規(guī)劃模型對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)均為第一目標(biāo)函數(shù)；

66、第三處理模塊，用于根據(jù)分支和割算法求解所述第三混合整數(shù)規(guī)劃模型，得到第一求解結(jié)果；

67、第四處理模塊，用于根據(jù)所述第一求解結(jié)果以及兩階段啟發(fā)式算法求解所述第二混合整數(shù)規(guī)劃模型，得到第二求解結(jié)果；

68、第五處理模塊，用于輸出所述第一求解結(jié)果和所述第二求解結(jié)果。

69、本技術(shù)的又一實(shí)施例還提供了一種電子設(shè)備，包括處理器、存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的集裝箱碼頭的離散泊位和岸橋起重機(jī)的分配方法的步驟。

70、本技術(shù)的再一實(shí)施例還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的集裝箱碼頭的離散泊位和岸橋起重機(jī)的分配方法的步驟。

71、本技術(shù)的另一實(shí)施例還提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)指令，該計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的集裝箱碼頭的離散泊位和岸橋起重機(jī)的分配方法的步驟。

72、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)實(shí)施例提供的一種集裝箱碼頭的離散泊位和岸橋起重機(jī)的分配方法及裝置，至少具有以下有益效果：

73、本技術(shù)基于時(shí)不變的岸橋起重機(jī)分配和離散泊位分配構(gòu)建第一混合整數(shù)規(guī)劃模型，且通過船舶優(yōu)選關(guān)系優(yōu)化第一混合整數(shù)規(guī)劃模型為資源受限的項(xiàng)目調(diào)度問題對(duì)應(yīng)的第三混合整數(shù)規(guī)劃模型，并通過分支和割算法對(duì)第三混合整數(shù)規(guī)劃模型進(jìn)行計(jì)算得到第一求解結(jié)果，可以提高求解第一混合整數(shù)規(guī)劃模型的質(zhì)量和效率，同時(shí)，基于時(shí)變的岸橋起重機(jī)分配和離散泊位分配構(gòu)建第二混合整數(shù)規(guī)劃模型，并基于第一求解結(jié)果和兩階段啟發(fā)式算法求解第二混合整數(shù)規(guī)劃模型，并得到第二求解結(jié)果，有利于在求解質(zhì)量損失較小的情況下，簡(jiǎn)化求解過程。彌補(bǔ)了當(dāng)前對(duì)離散泊位研究較少，以及未同時(shí)考慮時(shí)變和時(shí)不變的岸橋起重機(jī)分配問題的技術(shù)不足，同時(shí)有利于簡(jiǎn)化求解的數(shù)學(xué)模型，并提高求解效率。