摘 要

智能平面布局是自动化集装箱码头智能化生产组织的关键技术瓶颈之一。本次设计通过对集装箱码头堆场管理业务的调研与实践，在分析总结业务人员和调度人员实践经验的基础上，结合自动化集装箱码头相关工艺流程与特性，提出了自动化集装箱码头智能平面布局问题，并以进口卸船箱组和出口集港箱组与预计空闲的场地倍位之间的匹配合理性为主要研究目标，综合考虑泊位就近、场地资源充分利用、进出口箱区分离、箱区分散、以及以船舶为单位的收箱分布等诸多因素，建立相应的智能平面布局模型，并采用遗传算法求解该模型。经过大量的算例分析和系统测试，系统能够求解较复杂的平面布局问题，进一步证明了模型的有效性及算法的实用性。系统的应用对于提高平面布局质量及装卸船作业效率具有实际应用价值。相关思路及研究方法对大规模复杂物流系统智能优化问题的研究具有一定的学术价值和借鉴意义。

关键词：自动化集装箱码头，堆场管理，平面布局，多目标规划，遗传算法

Abstract

Storage space allocation planning is one of the key technical bottleneck of automated container terminal intelligent production organization.Through the research and practice of the container terminal yard management, based on analyzing and summarizing business personnel and dispatchers practical experience, combined with automated container terminalrelated processes and characteristics, the storage space allocation planning issue is proposed. Aimed at setting a reasonable match between both import and export con-groups with predicted spare space bays as the main research objective, considering many factors such as the nearest berth, blocks capacity, import amp; export blocks separate, blocks scatter , vessel distribution units etc., establishing the appropriate space allocation planning model and using genetic algorithms to solve the model. After a number of numerical examples and system testing, the system can solve complex space allocation planning problems, further proving the validity of the model and usefulness of the algorithm. Application of the system has practical value for improving the quality of space allocation planning and efficiency of loading and unloading vessels operation. Research related ideas and research methods have a certain academic value and reference for large-scale complex logistics systems intelligent optimization problem.

Key words：Automated container terminal, Yard management, Space allocation planning, Multi-objective integer programming, Genetic algorithms

目 录

第1章 绪论 1

1.1 设计背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 设计目标 4

第2章 设计任务与问题分析 6

2.1 基础资料 6

2.2 任务分析 8

2.3 问题描述 10

第3章 集装箱码头平面布局模型构建 15

3.1 符号定义 15

3.2 约束条件 16

3.3 目标函数 18

第4章 模型求解及算例分析 22

4.1 算法架构 22

4.2 编码设计和种群初始化 23

4.3 染色体修复策略设计 24

4.4 适应度函数设计 24

4.5 进化算子设计 25

4.6 终止条件设计 26

4.7 算例分析 26

第5章 结论与展望 33

5.1 设计结论 33

5.2 设计展望 33

参考文献 35

致谢 37

第1章 绪论

近年来，劳动力成本逐年攀高，且随着集装箱码头整体装备设计制造水平的不断提升以及新工艺新技术的不断完善，国内外自动化集装箱码头(Automated Container Terminal，简称ACT)已掀起新一波建设热潮。

然而，自动化集装箱码头生产组织的信息化与智能化等软实力的发展必须与装备制造等硬实力的发展相适应，二者缺一不可。因此，国内自动化码头生产作业管理相关理论与方法正面临着迫切的需求，关于自动化码头智能计划及动态调度等一系列智能协同作业成套问题已成为该领域研究的核心与热点。

本次设计所研究的自动化集装箱码头平面布局问题正是ACT智能协同作业成套问题中的重要研究方向之一。

1.1 设计背景与意义

1.1.1 设计背景

（1）集装箱码头管理系统的智能化发展趋势

随着集装箱码头自动化、信息化、智能化水平的不断提高以及港口装备大型化、数字化、集成化程度的不断加强，对其生产调度提出了全新的、更高的要求。为提高码头营运效率，其管理的信息化程度必将从操作层上升到决策层，码头操作系统也会在存储查询数据的基础上进一步将计算量较大且有规律性、原则性的模块提升到自动化的程度。此外，集装箱码头的信息越来越趋向规范化，电子数据交换(EDI)技术的引入大大提高了进口船图、进口舱单等信息的准确性和时效性，这也为码头生产作业的进一步规范提供了可能。生产过程的进一步规范也是集装箱码头的某些管理模块进一步智能化的必要条件。由此可见，未来集装箱码头管理系统将会向着智能化、自动化的方向发展。

（2）合理的资源优化配置是提升码头竞争力的有效手段