不确定环境下集装箱码头堆存和翻箱自适应智能决策

集装箱堆场涉及装船、卸船、集港、提箱等作业环节，几乎和码头内所有的操作均有关联，是集装箱码头的关键资源。目前，关于集装箱堆存和翻箱等堆场空间资源分配和再分配问题的研究，尚缺乏对不确定性因素的合理考虑和有效处理，存在方案自适应能力和抗扰动能力差，较少兼顾码头系统整体性能等不足。本项目以岸边配备常规岸桥和新型双40英尺岸桥、堆场配备场桥的混合装卸系统为研究对象，运用不确定性决策理论、复杂系统仿真优化方法、大规模组合优化问题求解技术和信息融合技术，从堆存计划、集装箱到场箱位动态分配、翻箱和箱位再分配等三个层面，对堆场空间资源分配模型的描述方法、有效性和抗扰动能力进行研究；对翻箱模型求解算法设计、空间资源分配系统化仿真优化和评估模型的构建、仿真结果的可靠性及模型的重用性进行研究；开发堆场空间资源智能分配决策系统，并对系统和现有码头营运信息系统间的接口问题进行研究，具有重要的理论和现实意义。

堆场是集装箱码头的关键资源和缓冲区，起着有效衔接集装箱船舶和其他集疏运工具间作业转换的重要作用，几乎和码头内所有的操作均有关联，是集装箱码头作业组织的重点和难点。虽然国内外对集装箱码头生产管理进行了一定程度的研究，并出现了用于生产实际的管理信息系统，但由于船舶到达时间、外集卡到港规律、港内交通实况、机械设备实际作业效率、预到港出口箱信息等的不确定性，目前为止，出口箱集港计划、堆场作业翻箱等堆场核心业务仍由人工决策，尚未实现优化和智能化。为此，对集装箱码头关键业务及堆场核心业务进行深入和细致的研究势在必行。. 项目综合考虑了大型现代化集装箱码头生产实际和发展趋势，以岸边配备常规岸桥、新型双40 英尺岸桥，堆场配备场桥的装卸系统为研究对象，通过复杂问题启发信息挖掘、系统仿真优化方法、大规模组合优化问题求解技术和信息融合技术，从堆存计划、集装箱到场箱位动态分配、翻箱和箱位再分配等三个层面，针对堆场空间资源分配问题开展了理论研究、技术开发和试验平台研制。构建了双40英尺岸桥和常规岸桥作业系统集港计划数学模型；设计了适合不同堆场密度的集港箱多级分类堆存体系；针对双40英尺岸桥作业系统的集港箱箱位动态分配，提出了2区段并行互补集箱及区段内2子区段互补集箱方法，建立了适合双40英尺岸桥作业的集港箱箱位分配模型；针对常规岸桥作业系统中集港箱重压轻堆存策略，构建了箱位动态分配数学模型；提出了装船前堆场倍位内预翻箱和装船时堆场发箱翻箱的方法，针对翻箱决策的大规模组合特性，设计了翻箱集装箱的箱位再分配规则和启发式算法，开发了集装箱码头堆场翻箱智能决策支持系统；构建了事件驱动的面向新技术的集装箱码头生产系统二维模块化仿真模型，实现了仿真模型的快速重构，有效解决了集港计划决策、到场箱箱位动态分配等系统问题的数学模型求解和决策；提出了一种将二维仿真成果快速转化为虚拟现实的方法，研制了集装箱港口全真仿真试验平台，通过开展港口全真模拟和集装箱码头运营试验，验证了理论研究成果的有效性、仿真结果的可靠性和仿真模型的可重构性。. 研究成果对实现集装箱码头关键、复杂业务的自动化智能决策，促进双40英尺岸桥的应用和推广具有一定的实用价值和理论意义。堆场翻箱智能决策支持系统和通用港口全真试验平台具有良好的应用前景，对于提升港口物流能力和服务水平具有重要价值。