考虑堆场交通拥塞因素的集装箱港口运作优化问题研究

Along with the advance of seaside facilities in container terminals, the bottleneck of port throughput is moving from the seaside to yard side. The traffic congestion issue is one of the important factors that restrict yard operation efficiency. Most of the existing port operation models often ignore the issue of yard congestion. Thus the schedules obtained by the models may incur high density of traffic routes in some areas in a yard, and then cause traffic congestion. This project studies some port operation problems with considering yard traffic congestion. First, we will analyze the traffic congestion factors in a quantitative way by using simulation technique. Then, we will employ some methodologies, e.g., mathematical programming, simulation-based optimization, to study three problems that related with traffic congestions, i.e., vehicle scheduling problem at operational level, storage area assignment problem at tactical level, and yard layout design problem at strategic level. The results of this project could help port operators balance the vehicle traffic within the yard while optimizing the traditional objectives during their decision process, which can prevent the overall efficiency of a port from being influenced by yard traffic congestions.

随着集装箱港口岸边装卸设施的日益先进，影响港口吞吐量的瓶颈因素已由岸边操作逐渐转移至堆场系统，而堆场内集卡的交通拥塞现象正是制约堆场操作效率的重要因素之一。现有的大多数港口运作优化模型常忽略堆场交通拥塞因素，因此所得到的调度方案很容易导致堆场局部区域交通线路过于密集，进而引起拥塞。本项目从考虑堆场内集卡的交通拥塞这个角度，去研究港口运作优化领域中的一些问题。首先，我们借助计算机仿真技术，针对堆场中的交通拥塞因素进行定量化的科学分析建模；然后以此为基础，借助数学规划和基于仿真的优化等技术，研究港口运作管理范畴里，短期、中期、长期层面上与交通拥塞因素相关联的三个决策优化问题：集卡调度问题、堆存位置分配问题、堆场布局优化问题等。本项目的研究成果，可以帮助港口运营商在一些运作问题决策中，在优化传统目标的同时，使得堆场内交通负荷的分布能尽量均衡，避免出现局部交通拥塞而影响港口整体运作效率。

本项面上基金项目在四年资助期内，计划主要在面向港口运营管理优化问题，考虑堆场内交通拥塞因素，以及与之相关的港口资源、航运计划相关调度等方面，开展系统而全面的研究，在上述领域取得若干原创性的科研成果。比如，本项目针对集装箱港口的堆场内交通拥塞现象进行了定量化建模。利用概率论方法分析了集卡在港口堆场过道中行驶时受到两侧装卸活动干扰的概率，并融入到集装箱港口运作管理的各类决策之中。本项目研究提出了一系列混合整数规划模型，并设计了多种求解算法。本项目按原计划顺利开展、执行。项目组在“港口与航运运营管理优化”领域取得了众多高质量的研究成果，按时、保质、超额地完成了既定研究目标。项目申请书中原计划发表学术论文10篇左右,申请1项专利。实际目标完成情况：在TS、TR Part B、NRL、IISE、EJOR等期刊上发表论文34篇论文。其中第一作者25篇、通讯作者9篇。申请5项中国专利。按时、保质、超额地完成了既定研究目标。学术独著《集装箱港口运作管理优化问题研究》由“科学出版社”出版，并荣获了两项省部级科研奖项：教育部第八届高等学校科学研究优秀成果奖（人文社会科学）二等奖，上海市第十四届哲学社会科学优秀成果（著作类）一等奖。研究生培养方面，2016-2020四年共培养毕业全日制硕士生30余名、博士生3名。项目负责人镇璐教授在本项目的执行过程中，先后于2017年入选了教育部青年长江学者，2018年获得了国家自科重点项目资助，2020年获得了国家自科杰青项目资助。