不确定性环境下集装箱码头泊位岸桥集成调度研究

摘要

泊位设施和岸桥设备是集装箱码头日常运营最重要的资源，两者协同完成岸边侧作业的效率对于码头整体效能具有关键性影响。本文基于集装箱码头运营优化领域已有研究，探讨不确定性环境下的泊位岸桥集成调度，旨在解决随机参数下的岸边侧作业效率优化这一理论难题，并为管理实践提供具有指导意义的决策方案。
　　作为集成调度的前导性研究，本文首先探讨单集装箱粒度下的单船岸桥调度问题，优化给定岸桥数量下的单船完成时间。针对这一类具有复杂约束的特殊平行机调度问题，提出了基于连续贝作业思想的多项式时间启发式算法，证明了其在 worst-case下的最优 gap上界，解决了现有方法在单箱粒度下无法兼顾优化质量、求解速度和结果易用性的难题，为集成调度提供了更为准确和符合实际的单船作业时间参数预估。
　　基于单船岸桥调度优化结果，本文随后针对不确定性环境下的泊位岸桥集成调度展开研究，结合不同的码头管理运营模式，分别提出前摄型和动态型两种优化方法。前者在单次决策中优化随机信息下的基础计划质量鲁棒性：针对两类相关资源在随机化参数及决策变量下的优化分配问题，建立了基于确定型关键决策变量的前摄型集成调度模型，构建了内嵌蒙特卡洛抽样和仿真评估的遗传算法，实现了大规模复杂解空间内的有效搜索和快速评估。后者在滚动决策过程中优化实际执行计划的后验最优性：针对具有特殊信息及操作动态特性的多阶段随机优化过程，建立了基于场景的集成调度二阶段近似优化模型，及相应的动态决策框架，构建了基于优先级列表的三层嵌套禁忌搜索算法，确保了动态决策的预见性和反应性。最后的对比讨论，也验证了两种集成调度方法以单船岸桥调度优化为基础的必要性，以及它们在作业时间不确定性情况下的可扩展性。
　　本文系统化地探讨了不确定性环境下泊位岸桥集成调度的优化模型与算法，丰富和拓展了运筹学及调度优化理论与方法在码头管理背景下的应用，同时也为码头运营实践提供科学决策支持，以助于提升其资源利用效率、整体服务水平和综合竞争实力。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 当前研究现状及局限

1.3 科学问题的提出

1.4 课题来源

第二章 文献综述

2.1 引言

2.2 集装箱码头整体优化

2.3 调度优化理论与方法

2.4 岸边侧调度优化研究

2.5 本章小结

第三章 高效能单船岸桥调度决策

3.1 引言

3.2 基于单箱作业的岸桥调度

3.3 连续贝作业及岸桥时间分解

3.4 多项式时间启发式算法

3.5 最优gap有界性证明

3.6 数值实验与分析

3.7 本章小结

第四章 前摄型泊位岸桥集成调度

4.1 引言

4.2 前摄决策中的集成调度

4.3 基于确定型关键决策变量的优化模型

4.4 内嵌抽样仿真评估的遗传算法

4.5 数值实验

4.6 本章小结

第五章 动态型泊位岸桥集成调度

5.1 引言

5.2 多阶段随机优化下的集成调度

5.3 基于二阶段近似优化模型的动态决策框架

5.4 多层嵌套禁忌搜索算法

5.5 数值实验

5.6 本章小结

第六章 集成调度中的单船作业时间对比讨论

6.1 引言

6.2 线性化作业时间

6.3 作业时间不确定性

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 将来的研究工作

参考文献

攻读博士学位期间已发表或录用的论文

攻读博士学位期间参与的项目

致谢