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基于车辆轨迹数据的港口集卡预约系统配额方案优化

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大连海事大学学报 2024年第4期50卷 79-88页

作者：马文耀王玉孙世超广东海洋大学船舶与海运学院广东湛江524000 大连海事大学交通运输工程学院辽宁大连116026

在优化预约配额方案时,现有方法面临诸多挑战,包括动态性、随机性捕捉难,理论假设局限,以及数据获取处理复杂等。本文利用集卡的GPS轨迹数据,全面捕获了集卡从到达港口至完成作业的全过程周转时间,并基于此建立了单位预约时间窗口内集... 详细信息

在优化预约配额方案时,现有方法面临诸多挑战,包括动态性、随机性捕捉难,理论假设局限,以及数据获取处理复杂等。本文利用集卡的GPS轨迹数据,全面捕获了集卡从到达港口至完成作业的全过程周转时间,并基于此建立了单位预约时间窗口内集卡到达数量与其在港总周转时间之间的映射关系。利用该映射关系,构建了一个更为精确简洁的配额优化模型,并对集卡预约配额方案进行了优化求解。实验结果表明,优化后的预约配额方案有效减少了高峰期的集卡到达量,同时提高了低谷期的车辆到达数量,显著减少了集卡在港的总周转时间,提升了码头的运营效率,进而增强了港口竞争力。

关键词：集卡预约系统配额方案优化 GPS轨迹数据车辆周转时间

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港口集卡预约系统的配额设计与失约对策

大连海事大学学报 2023年第2期49卷 91-102页

作者：孙世超史欣董曜大连海事大学交通运输工程学院辽宁大连116026

针对集卡预约系统中的预约配额方法和失约车辆再服务策略设计问题,提出一种数据驱动和数学建模相结合的决策方法。该方法通过分析码头闸口历史数据,揭示外集卡到达分布与其在港内总周转时间之间的因果关系,并以此建立一个旨在最小化外... 详细信息

针对集卡预约系统中的预约配额方法和失约车辆再服务策略设计问题,提出一种数据驱动和数学建模相结合的决策方法。该方法通过分析码头闸口历史数据,揭示外集卡到达分布与其在港内总周转时间之间的因果关系,并以此建立一个旨在最小化外集卡港内总周转时间的优化模型。在此基础上,利用优化后的集卡预约配额方案,通过模拟考虑失约情况下车辆实际到港情况,对多种场景下的失约车辆再服务策略进行评估和决策。对Y港口的实证分析结果表明,本文的数据驱动决策方法不仅提高了模型结果的真实性和准确性,而且缩短了外集卡的港内总周转时间,并合理安排了失约车辆的再服务计划。此外,该方法具有针对具体港口的实际情况进行分析和决策的优点,能够确保集卡预约配额方案和失约再服务策略与港口实际情况相符。

关键词：集装箱运输集卡预约系统预约配额设计失约车辆再服务策略数据驱动计算机仿真

基于有限优先权与休假排队系统的码头集卡预约优化研究

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基于有限优先权与休假排队系统的码头集卡预约优化研究

作者：董玉芳大连海事大学

学位级别：硕士

随着船舶大型化和港口智能化的不断发展,对集装箱港口运输的生产效率和服务水平提出了更高的要求,提高生产效率并优化服务水平成为众多港口思考的主要问题。但是目前码头中还存在一些问题:(1)集卡到达不规律,不仅降低了码头的生产效率,... 详细信息

随着船舶大型化和港口智能化的不断发展,对集装箱港口运输的生产效率和服务水平提出了更高的要求,提高生产效率并优化服务水平成为众多港口思考的主要问题。但是目前码头中还存在一些问题:(1)集卡到达不规律,不仅降低了码头的生产效率,也会因拥堵时间过长导致客户满意度低;(2)到达港口码头进行集疏运作业的外部集卡类型没有进行具体划分,均按照先到先服务排队规则等待接受服务,不能保证部分优先客户的排队优先性;(3)对于外部集卡到码头排队过程中的相关参数计算,大多采用非平稳排队模型,不能准确描述集卡到港规律。首先,本文引入了码头集卡预约系统,对每个预约时段划分预约份额,外部集卡在到达码头之前在网上选取将要到达的时段,码头运营商根据各个客户选取的预约时段进行资源分配,平衡各时段到达量,减少集卡在港周转时间,提高码头资源利用率。其次,本文对进行集疏港作业的外部集卡客户类型进行划分,划分为双重客户、集团客户以及普通客户,给予双重客户、集团客户的外部集卡在港口优先排队资格,为避免普通客户外部集卡排队时因优先客户的随意插队导致等待时间大量延长,提出有限优先权与休假排队系统相结合的排队策略,并对三类客户的外部集卡在码头闸口及堆场排队过程进行分析,设计马尔科夫转移矩阵,较以往的非平稳排队模型能够更加准确地描述集卡到达规律,以外部集卡在闸口和堆场两级排队中等待时间、油耗最小和场桥油耗最小为目标,建立了考虑有限优先权与休假系统相结合的预约集卡闸口——堆场两级排队模型,设计自适应遗传算法对模型进行求解。最后,针对大连港的外部集卡到港数据进行算例分析,验证了模型和算法有效性。实验结果表明:本文设计的模型及算法能够解决外部集卡在码头中拥堵问题,各时段外部集卡到港数量也更为均衡;在预约系统下,对到港外部集卡实行有限优先权与休假相结合的排队策略后,各类客户外部集卡的等待时间也有所减少;较无优先权与抢占优先权的排队方式相比,此排队规则不仅保证了优先客户排队优先性,也保证了普通客户排队公平性。

关键词：集卡预约系统马尔科夫模型有限优先权休假排队

数据与模型双驱动的集装箱码头集卡周转时间预测

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计算机工程与应用 2025年第2期61卷 355-362页

作者：薛桐靳志宏徐世达大连海事大学交通运输工程学院辽宁大连116000

集卡预约是缓解集装箱码头及其周边区域拥堵、实现港口内部作业机械均衡生产的有效手段。针对产业界对外集卡分时段在港周转时间预测的客观需求,提出了基于模型与数据双驱动的集卡在港周转时间预测方法,将在港周转时间预测转化为抵港车... 详细信息

集卡预约是缓解集装箱码头及其周边区域拥堵、实现港口内部作业机械均衡生产的有效手段。针对产业界对外集卡分时段在港周转时间预测的客观需求,提出了基于模型与数据双驱动的集卡在港周转时间预测方法,将在港周转时间预测转化为抵港车辆数量预测和港内周转时间测算两个子问题,抵港车辆数量预测部分构建了基于数据驱动的双层LSTM(长短期记忆递归神经网络)模型,港内周转时间测算部分则采用排队模型驱动方法。通过与历史实际数据集进行比较分析,实验结果表明:相较于传统单纯数据驱动或单纯模型驱动方法,所提出的数据与模型双驱动方法能够有效地预测码头集卡周转时间,且相较单纯数据驱动或单纯模型驱动的方法可降低40%以上的均方根误差(RMSE)和平均百分比误差(MAPE),更精确的集卡周转时间预测可为码头制定运营计划提供有利支持。

关键词：集卡预约系统集装箱码头周转时间数据驱动 LSTM神经网络排队论

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近港集疏运道路货运集卡分时畅行策略仿真

水运工程 2023年第6期 171-178页

作者：陆淼嘉陈昊洋张婧卿涂辉招同济大学交通运输工程学院上海201804 上海国际港务(集团)股份有限公司上海200080

随着国际贸易的快速发展,各大港口集装箱吞吐量快速增长。集装箱吞吐量的快速上升使得各大港口集疏运能力出现瓶颈,导致集疏运道路产生交通拥堵及交通事故等问题。针对上述问题,结合洋山港区集疏运道路环境、港外集疏运中心建设方案等因... 详细信息

随着国际贸易的快速发展,各大港口集装箱吞吐量快速增长。集装箱吞吐量的快速上升使得各大港口集疏运能力出现瓶颈,导致集疏运道路产生交通拥堵及交通事故等问题。针对上述问题,结合洋山港区集疏运道路环境、港外集疏运中心建设方案等因素,提出集卡预约系统、智能集卡编队等分时畅行策略。基于洋山港区集疏运道路现状进行远期流量预测,模拟了远期流量场景和专用车道场景,采用SUMO作为仿真软件对两类场景下分时畅行策略应用效果进行验证。仿真结果表明,基于集卡预约系统策略,远期流量场景能够实现高峰小时不均匀系数降低25%,达到了较好的削峰填谷效果;基于智能集卡编队策略,专用车道场景可实现单车道饱和状态下平均小时通行能力提升98.1%,有效提升了集疏运通道通行能力。

关键词：港口集疏运问题集卡预约系统智能集卡编队 SUMO交通仿真

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集装箱码头送箱外集卡预约优化研究

计算机工程与应用 2021年第19期57卷 267-273页

作者：丁一张成成上海海事大学物流研究中心上海201306

通过预约缓解集装箱码头拥堵是提高港口运作效率的有效途径。考虑集卡公司和码头运营商双方的利益以及码头内部作业系统的复杂性,以减小外集卡在预约时间窗内的平均排队长度和集卡公司期望到达的预约时间窗与被调配到的预约时间窗间的... 详细信息

通过预约缓解集装箱码头拥堵是提高港口运作效率的有效途径。考虑集卡公司和码头运营商双方的利益以及码头内部作业系统的复杂性,以减小外集卡在预约时间窗内的平均排队长度和集卡公司期望到达的预约时间窗与被调配到的预约时间窗间的差异为目标,运用排队论相关知识和逐点固定流体近似方法(PSFFA),建立了多目标规划模型,以确定一个使集卡公司和码头运营商双赢的集卡调度计划。引入实例数据,利用CPLEX求解模型,并将结果与蒙特卡罗仿真结果作比较,以验证模型的有效性,并在此基础上调节参数优化预约模式。算例结果表明,集卡预约多目标规划模型能有效描述集卡在闸口和堆场的排队情况,最小化外集卡在码头排队长度和集卡公司期望到达的预约时间窗与被调配到的预约时间窗之间的差异。

关键词：集装箱码头集卡预约系统多目标规划模型预约时间窗平均排队长度

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一种数据驱动的港口外集卡预约配额设计方法

大连海事大学学报 2022年第3期48卷 39-45页

作者：孙世超董曜郑勇大连海事大学交通运输工程学院辽宁大连116026

针对集装箱卡车预约配额优化问题,提出一种数据驱动的集装箱卡车预约配额设计方法。该方法通过分析码头闸口数据(车辆进出闸口信息),揭示车辆到达时间分布与车辆总周转时间之间的因果关系,并以此建立和求解车辆到达时间分布优化模型,实... 详细信息

针对集装箱卡车预约配额优化问题,提出一种数据驱动的集装箱卡车预约配额设计方法。该方法通过分析码头闸口数据(车辆进出闸口信息),揭示车辆到达时间分布与车辆总周转时间之间的因果关系,并以此建立和求解车辆到达时间分布优化模型,实现集装箱卡车预约系统的预约配额设计。以盐田港的数据为例,对该方法的可行性进行实例分析。数据挖掘的结果表明,在每一个预约窗口内,作业类型为“提进口空箱作业”以及“一交一提作业”的外部集装箱卡车,其总周转时间与车辆到达数量呈二次函数关系;而作业类型为“交出口重箱作业”的外部集装箱卡车则表现出线性函数关系。数例分析结果表明,基于上述函数关系所构建的集装箱卡车预约配额优化方法,可以有效降低码头车辆的总周转时间以及因交通拥堵产生的温室气体排放。此外,该方法是基于实证数据分析得到的,因此具有较强的泛化性和实用性,可为各个码头优化集装箱卡车预约份额提供参考。

关键词：集卡预约系统预约配额数据驱动码头闸口数据

考虑碳排放的集装箱码头闸口系统车道的动态配置研究

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考虑碳排放的集装箱码头闸口系统车道的动态配置研究

作者：臧林林大连海事大学

学位级别：硕士

随着经济全球化和国际贸易的迅猛发展,海上运输在国际供应链中扮演着越来越重要的角色,集装箱码头的作业效率和管理水平是体现海运竞争力的重要因素。而港口的高效运营,离不开闸口系统的支持。闸口是集装箱码头的重要组成部分,闸口处经... 详细信息

随着经济全球化和国际贸易的迅猛发展,海上运输在国际供应链中扮演着越来越重要的角色,集装箱码头的作业效率和管理水平是体现海运竞争力的重要因素。而港口的高效运营,离不开闸口系统的支持。闸口是集装箱码头的重要组成部分,闸口处经常会出现集卡排队等待的现象,是车辆最为集中,交通最为拥挤的地区,这不仅限制了集装箱码头物流效率的发展,还会造成严重的空气污染,不符合绿色发展和碳中和的理念。为了创建符合社会利益和经济利益的绿色港口,本文结合集卡预约系统对现有的闸口设施资源进行合理的车道动态配置决策,以最大程度地降低闸口系统中由于集卡排队而产生的总成本,从而降低集装箱码头的碳排放。基于此,本文做了以下几点研究:(1)通过对文献进行梳理,对国内外关于集装箱码头车道调度的研究现状进行分析,发现相关的研究相对较少,提出研究的必要性。并且根据当前研究现状,借鉴其他港口的发展情况,分析考虑碳排放的集装箱码头闸口系统车道动态配置问题的优势,并完成相关理论基础的准备。(2)本文系统地分析了集装箱码头的布局及集卡入闸的基础操作流程,结合排队理论,梳理了国内外有关集装箱码头在闸口组织与管理等方面业务发展现状的研究与分析。根据集装箱码头的具体作业情况,确定了闸口资源动态配置的决策方法,以及如何减少闸口处碳排放的相关措施。(3)本文在传统的闸口服务系统的基础上,提出了一种考虑到四种集卡类型的闸口动态配置框架,基于从集卡预约系统中获得的集卡抵港时间的分布,确定每个预约时段内的闸口动态配置方案,从而使包括港口运营成本和集卡碳排放成本在内的总成本降到最低。构建一个与该问题相关的优化模型,并设计与之相适应的算法,得出最终解,从而实现集装箱码头在不同的决策周期内对闸口开闭和服务类型动态配置的实时控制。最后,通过数值研究结果证实了所提出模型和算法的有效性,研究结果表明基于集卡预约系统的闸口动态配置决策方案可以显著降低闸口处的集卡碳排放量和车道运营成本。本文的研究成果可以为大型集装箱港口设计合理的闸口动态配置系统,为均衡闸口通过能力提供依据。这种作业模式可以有效地促进港口基础设施资源的整合,缓解由于不同时间段内到达集卡类型的不平衡所造成的交通压力,从而提高闸口系统的专业化服务能力和标准化作业效率,同时可以大力降低由于集卡排队在闸口处的碳排放量,减轻集装箱码头的环境污染。

关键词：碳排放闸口动态配置集卡预约系统分式整数规划

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预约模式下港外集卡送取箱调度研究

预约模式下港外集卡送取箱调度研究

作者：权俊鸣大连理工大学

学位级别：硕士

随着国际贸易的快速发展,各国之间的海上贸易愈发频繁,促使了港口集装箱运输行业的快速发展,港口集装箱吞吐量得以快速增长,对集装箱码头集疏港效率提出了更高要求。港外集卡在集疏港作业高峰期大量集中在港区闸口,一方面降低了港区的... 详细信息

随着国际贸易的快速发展,各国之间的海上贸易愈发频繁,促使了港口集装箱运输行业的快速发展,港口集装箱吞吐量得以快速增长,对集装箱码头集疏港效率提出了更高要求。港外集卡在集疏港作业高峰期大量集中在港区闸口,一方面降低了港区的整体作业效率,另一方面,港外集卡等待时间长、运作效率低,降低了集卡的周转效率。集卡预约系统的提出有效缓解了港区闸口拥堵的问题,港外集卡调度是集装箱码头集疏港作业的关键问题之一,合理调度港外集卡可以有效提高集疏港系统的整体运作效率,减少集卡车队运营成本。本文针对集装箱码头港外集卡集疏港作业调度优化问题,首先分析集装箱码头集疏港作业流程,港外集卡在集疏港过程中的工作环节,码头预约模式及其对集疏港作业过程的影响,结合上述研究基础,确定研究问题为多码头—多港外堆场的港外集卡集疏港调度问题。以集卡车队总运营成本为优化目标,考虑预约软时间窗和超时惩罚机制,建立了基于预约模式下的港外集卡调度模型。结合研究问题求解复杂的特点,设计了基于预约模式下港外集卡调度问题的F-DTQ算法（Fuzzy Double-table Q Algorithm）,应用改进的ε-greedy策略提高了算法的收束效率,针对部分状态学习不充分的问题,提出基于模糊状态集的动作选择策略,提高了算法学习精度。同时考虑码头与港外堆场作业情况不同,设计双动作组并采用双Q表进行算法学习,采用跨表更新的方式对Q值进行更新。利用离散事件系统对仿真模型进行推进,为后续的研究提供参考。最后设计实验验证算法性能,结果表明:1)F-DT-Q算法具有良好的优化性能。在可变成本部分,优化率约48%;总成本综合优化率约11%。2)在算法性能方面,基于模糊状态集的动作选择策略可以有效缩短达到收敛目标所需的迭代次数,平均收敛优化时间约19%,且随状态空间增大,收敛优化时间会继续缩短。3)F-DT-Q算法拥有良好的动态调度能力,考虑道路拥堵、港区作业时间等不确定性因素的情况下,对比原优化序列,F-DT-Q拥有更强的自调节能力,可变成本优化率约13%。

关键词：集卡预约系统集卡调度 F-DT-Q算法集装箱码头模糊状态集