集装箱积载与运输过程中的调度优化研究

摘要

集装箱是当代物流活动的主要载体，通过有机结合铁路、公路、水路等多种运输方式实现“门到门”运输，形成一体化货物运输网络。集装箱运输计划中涉及的环节复杂、数据繁多，要求运用先进、智能化的方法与技术进行优化研究。
　　本文首先将集装箱空箱调运环节作为切入点进行优化研究。空箱调运是航运企业长期面临的老大难问题。本文在对空箱调运集装箱运输网络进行分析的基础上，针对环渤海湾集装箱空箱调运问题，基于Access建立了数据库对该区域进行数字刻画，并运用Mapinfo实现调运网络可视化。基于此，本文分析了现有集装箱空箱周转流程，构建出以调运成本最低为优化目标的集装箱空箱调度解析模型，与青岛港的仿真对比实验显示所提出的空箱调运方案的有效性。
　　其次，研究了集装箱配载环节的优化问题。针对货物在集装箱内的摆放问题，本文构建了考虑现实约束的混合整数规划模型，采用基于预分配策略的启发式算法与遗传算法相结合的混合算法，最终获得较优的配载方案。基于此，还开发出集装箱配载信息系统，实现了配载过程及配载方案的可视化。
　　第三，对集装箱装船顺序问题进行了优化研究。集装箱码头出口业务流程分为五大部分，分别为:船舶抵港前业务，出口集装箱集港业务，出口集装箱堆放业务，装船作业及装船结束。鉴于出口集装箱到达堆场顺序的随机性及其与装船顺序的不一致，必然存在装船过程中的倒箱现象，严重影响集装箱码头的作业效率。在给定集装箱堆场堆存状态与装船配载图的条件下，本文建立了考虑海关放关与否现实约束的集装箱装船顺序模型，以最小倒箱量为优化目标，采用启发式算法进行求解，通过算例实验验证模型及算法的有效性。
　　第四，针对装船后的集装箱运输环节，也即多式联运问题进行了研究。多式联运是集装箱运输的高级组织形式，客观上要求各种运输方式之间以及多式联运参与各方之间的相互协同。本文提出了基于多式联运计划层次的分级优化概念模型，针对多式联运中的内陆集疏运和海上班轮运输构建了任务分配的优化模型，结合解结构特征开发出遗传算法，数值实验验证了模型与算法的实用性与有效性。
　　最后，在对集装箱运输各环节深入分析的基础上，基于雪花型架构构建立集装箱多式联运多维数据库，并对其进行多维数据分析和数据挖掘。前端展示证实了所提出技术的可行性和有效性，为集装箱运输企业提供决策支持。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 问题特性

1．2．1 集装箱空箱调运

1．2．2 集装箱配载

1．2．3 集装箱装船

1．2．4 集装箱运输计划

1．2．5 集装箱运输的信息技术

1．3 相关理论基础及研究综述

1．3．1 集装箱空箱调运问题研究

1．3．2 集装箱配载问题研究

1．3．3 集装箱装船顺序问题研究

1．3．4 集装箱运输计划相关研究

1．4 研究方法

1．5 研究思路与主要内容

第2章 集装箱空箱调运环节优化

2．1 集装箱空箱调运概述

2．1．1 集装箱空箱调运的产生

2．1．2 空箱调运的特点及待解决的问题

2．1．3 空箱调运的实践情况

2．2 集装箱空箱周转流程

2．2．1 空箱周转现状

2．2．2 改进的空箱周转流程

2．3 空箱调运流程优化

2．3．1 参数说明及模型构建

2．3．2 算法设计

2．3．3 数值实验说明

2．3．4 数值实验结果与分析

2．4 空箱调运网络数字刻画与可视化

2．4．1 Accesss与Mapinfo

2．4．2 环渤海湾集装箱空箱调运网络数字刻画

2．4．3 基于Mapinfo的空箱调运网络可视化

第3章 集装箱配载环节优化

3．1 集装箱层及剩余空间的概念

3．1．1 层的划分

3．1．2 剩余空间的划分

3．1．3 空间合并

3．2 问题描述与建模

3．2．1 问题描述与假设条件

3．2．2 变量与参数说明

3．2．3 模型构建

3．3 交互式混合算法设计

3．3．1 基于预分配策略的遗传算法

3．3．2 启发式-变异算法

3．4 数值实验及分析

3．4．1 对比现行研究

3．4．2 对比两种分配策略

3．5 集装箱配载的可视化

3．5．1 可视化系统简介

3．5．2 可视化系统操作

第4章 集装箱装船环节优化

4．1 集装箱码头简介

4．1．1 集装箱码头的功能及布局

4．1．2 集装箱码头作业设备

4．1．3 集装箱码头的装卸工艺

4．2 出口装船环节概述

4．2．1 集装箱船舶简介

4．2．2 船舶配载流程概述

4．2．3 出口箱业务概述

4．3 集装箱装船顺序问题描述与建模

4．3．1 集装箱倒箱操作

4．3．2 集装箱装船顺序问题描述

4．3．3 集装箱装船顺序优化模型

4．4 集装箱装船顺序算法设计

4．4．1 不考虑放关因素的启发式规则

4．4．2 考虑放关因素的启发式规则

4．5 数值实验与分析

4．5．1 不考虑放关因素的实验

4．5．2 考虑放关因素的实验

第5章 集装箱多式联运分级优化

5．1 多式联运系统构成及影响因素

5．1．1 协调系统的构成

5．1．2 多式联运系统的影响因素

5．2 多式联运生产计划概述

5．2．1 多式联运生产计划的种类

5．2．2 多式联运生产计划的特点

5．2．3 多式联运生产计划编制原则与依据

5．3 多式联运计划分级优化模型

5．3．1 多式联运分级概念模型

5．3．2 海上班轮运输计划优化模型

5．3．3 内陆集疏运计划优化模型

5．4 多式联运计划分级优化算法设计

5．5 数值试验与分析

5．5．1 海上班轮运输计划数值试验

5．5．2 内陆集疏运计划数值试验

5．6 多式联运的多维数据分析与挖掘

5．6．1 多式联运的多维数据集创建

5．6．2 多式联运的多维数据分析

5．6．3 多式联运的多维数据挖掘

第6章 结论与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

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