1．目的及意义
1.1 国内外的研究现状分析
随着集装箱数量规模增大，港口集装箱装卸需求的快速增长给码头运营带来了诸多挑战。集卡预约系统与堆场场桥的协调，可以节约运输资源，提高运输效率，减少能源消耗。
对于集卡预约系统，范厚明[1]等基于为缓解码头高峰时段集卡不规律到达导致的拥堵问题所建立的集卡预约机制，研究了港外堆场的送箱集卡在多个集装箱码头间的调度问题。曾庆成[2]等针对码头集卡集中到达引起的拥堵问题，提出了基于内外集卡协同服务的码头集卡预约优化模型，建立了休假式排队系统。范厚明[3]等为解决集卡不规律到达导致码头拥挤问题而提出的集卡预约集港机制，构建了单堆场多码头送箱集卡调度模型。杨宇[4]将码头堆场的容量限制问题融入集卡预约系统中，构建考虑堆场容量限制的码头送箱集卡多目标预约优化模型，综合了考虑集卡在闸口和堆场的两阶段排队系统。曾庆成[5]等针对集装箱码头闸口拥堵问题，建立集卡预约优化模型，该模型在给定的集卡到达调整量水平的限制下，确定每个时段最优的预约份额，同时利用非平稳排队模型描述集卡到达随时间到达的特点。马梦知[6]等针对送箱集卡随机到港引起的场桥作业不均衡，以及高峰时段场桥资源紧缺、集装箱码头拥堵等问题，构建送箱集卡预约与场桥调度协同优化的二层规划模型。邵乾虔[7]将场桥资源配置与集卡预约系统进行集成优化，提出了基于场桥配置信息共享的集卡预约机制，开发了以“时间残值矩阵”为核心的仿真模型。郭振峰[8]等对集卡不规律到达而导致的码头闸口与堆场拥挤问题，提出按船舶预约的集港模式，利用两级排队网络描述集卡在闸口和堆场的排队过程，建立了集卡送箱预约优化模型。
许巧莉[9]等对集货高峰期集卡到达不均而导致的码头严重拥堵问题，同时考虑内在的码头服务能力和外在的集卡到达特征，构建了基于闸口、堆场集卡两阶段排队等待时间的码头集卡预约多目标优化模型。Mai-Ha Phan和Kap Hwan Kim[10]提出了货运公司和码头协同确定卡车运营时间表和卡车到达预约的集卡预约模式，并通过迭代的方法解决了该问题。针对高峰期的拥堵问题Mai-Ha Phan和Kap Hwan Kim[11]提出了一种用于平滑到达高峰的数学公式，考虑到卡车在高峰时段改变其到达时间和卡车等待成本的不便，提出了一种分散的决策模型，以支持货运公司与码头运营商之间的协调过程。
对于堆场场桥,卫家骏[12]提出了一种优化出口集装箱堆场位置的启发式优化算法，目的是提高集装箱码头装船效率。郑红星和于凯[13]研究了混堆模式下集装箱箱区内场桥的调度问题，以最大限度地减少该时段内所有任务的等待成本和场桥非装卸成本为目标构建了非线性数学规划模型。吴萍[14]对集装箱码头翻箱策略优化问题进行了研究，分析了集卡到达信息对翻箱的影响并提出了针对提箱翻箱问题的三种翻箱策略。孙健[15]提出了堆场翻箱启发式算法，分析了集卡到达信息对于堆场提箱过程中翻箱率产生的影响，并研讨了集卡到达信息对于集卡和场桥系统效率的影响。杨超和陆志强[16]对港口出口集装箱送箱时间窗的进行分析，综合考虑了港口闸口处作业量平衡及堆场空间资源利用率两个影响港口整体服务质量的因素。

1.2 研究目的和意义
近年来随着集装箱运输网络的完善，集装箱运输己经成为衡量各国现代运输水平的一个重要标志。在现今的海运领域，集装箱运输网络占据了90%的货运量，而作为集装箱运输网络的瓶颈枢纽节点，集装箱码头堆场的作业效率将直接影响集装箱运输效率。集装箱码头作为一个复杂的调度系统，整个过程可以分为，集装箱从船由龙门吊放在内集卡运到集装箱堆场的特定区域，再由外部集卡进港提箱取走集装箱。随着需求的增长，集装箱的吞吐量也日益增多，堆场资源随之变得紧张。
随着预约机制的诞生，船舶到港时间变得较为确定，码头管理者很容易知道各个船的大概到达时间表，从而合理安排进箱时间。但是，在装船作业时，考虑到船的稳定性，一般采取的原则是重下轻上，而随着堆场资源的紧张，以及出箱时间的不确定，堆场不会采用重上轻下的堆放原则。因此，在闸口进箱堆存时，一般会采用两种堆放原则：分吨原则和分类原则。这可以一定程度上避免某些不必要的翻箱操作，并且提高了堆场的利用率。然而，由于集卡到达时间的不确定，提箱过程中翻箱操作还是在所难免。因此，对于集卡进场提箱过程的场桥调度优化，对码头管理者和客户都有着现实而深远的意义。
（1）提高了码头装卸效率。减少了场桥调度过程的无效作业，提高了堆场设备的装卸效率，减少了设备损耗；
（2）降低了码头运营成本。减少了码头作业的次数，降低了码头系统的作业成本。
（3）增强了竞争力。缩短了集卡的周转时间和等待时间，也减少了船舶的在港时间，使得更多的船只和货运公司愿意选择此码头进行集装箱装卸。
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2. 研究的基本内容与方案

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3、基本内容和技术方案
3.1 基本内容
3.1.1 基本框架


3.1.2对集装箱码头提箱作业进行深入分析
(1)总结目前集装箱码头堆场内场桥调度的规则；
(2)分析集卡进场提箱的作业流程；
(3)基于不同的集卡到达顺序优化提箱过程中的翻箱操作；
(4)构建进口箱场桥作业调度优化模型。

3.1.3对场桥资源配置和作业顺序进行分析
(1)确定场桥资源配置和作业顺序优化模型；
(2)设计算法最小化场桥的作业路径。

3.1.4结果分析
根据所得的优化结果，提出集装箱码头预约提箱作业的具体优化措施和保障方法。

3.2 技术方案
(1)对翻箱操作的优化
在提箱顺序确定的前提下，考虑两种不同的集卡到达顺序的影响。

第一种为完全信息：知道每辆集卡的到港顺序；第二种为不完全信息：知道每辆集卡在哪个时间段到港，通过改变预约时段的大小，获得不同程度的不完全信息。

在此基础上采用两种翻箱策略来降低翻箱量，两种翻箱策略的主要不同在于是否引入预计翻箱量。

在matlab上采用模拟退火算法计算比较这两种策略在不同的集卡到达顺序下的优劣。

(2)对场桥作业路径的优化
在场桥提箱作业过程中，需要访问不同的贝位，考虑到两种不同的初始位置与待作业贝位的位置关系。

第一种：若待提箱贝位均位于场桥所在初始贝位的一侧，则场桥移动至距离其最近的目标贝位并依次向另一端作业；第二种：若场桥所在初始贝位位于待提箱贝位分布之间，则找到待作业贝位位于两端的贝位，并选择其中距离场桥当前位置较近的作为起始贝位，并依次向另一端作业。

通过多项式时间精确算法计算其从初始位置移动至不同贝位的作业顺序的路径，以最小化其作业路径来实现场桥资源配置和作业顺序的优化。