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浅谈基于禁忌搜索方法的集装箱配载问题研究

浅谈基于禁忌搜索方法的集装箱配载问题研究 摘要：集装箱运输具有“快速、安全、质优”的特性，已经成为交通运输现代化的重要标志和国际贸易的首选方式。配载作为集装箱运输过程的一个核心环节，目的是寻求一种满足倒箱最少和作业高效的装载方案。在实地调研宁波港3期码头的基础上，结合遗传算法，设计了基于禁忌搜索算法的集装箱配置算法，优化了原有的装箱算法，提高了工作效率，对集装箱码头的现代化管理有广泛的工程背景和应用价值。 关键词：集装箱配载禁忌搜索港口遗传算法 港口业一直是宁波的支柱产业，港口的发展拉动了宁波数以千计的外贸产业，也推动了宁波的经济的发展。如何打造宁波的港口业一直是学术界的热点问题，而集装箱配载作为港口的一个重要环节，在港口运输过程中占有了重要的地位。它确定了集装箱在船上的具体位置，形成集装箱装卸顺序，理想的配置方式可以提高了港口的工作效率，减少了翻箱的次数，保证了船舶和货物的安全职称论文。 配置是在保证船舶稳定性和强度的基础上，根据基本的配置原则，把一定的货物装载到船仓的过程。研究的对象是集装箱。集装箱码头的配置过程如下： 1、集装箱码头配置的作业流程 集装箱的配置过程分为六步，具体如下： 第一步：确定装舱货物卸港的先后次序，后到港的集装箱放在舱内，先到港的集装箱后装或放在甲板上，装箱的过程中航次货运量不得大于航次净载重量，即货物总的装箱数量不能超过船舶在当前港口能装载的总箱数。第二步：依次向舱内安排货物。按分舱的结果，向舱内装载货物，按卸港的顺序和箱子的.重量将集装箱安排到具体的箱位。第三步：计算稳性和总强度。根据船舶数据资料及集装箱在船上的具体安排情况，计算船舶相关的稳性和总强度数据。第四步：调整。根据稳性和总强度计算的结果对个别集装箱的位置进行调整，以保证满足稳性和总强度要求。第五步：预配。预配也称为布置配载，主要是将装载港的集装箱按货物类型、尺寸及目的港组成同类箱组，依据一定的预配原则和优化目标将其分配到船舶的不同Bay位上，确定集装箱在船上的纵向装载位置，完成集装箱在船上的总体布置。第六步：Bay位排箱。Bay位排箱主要是在预配的基础上，确定单个集装箱在船上Bay位中的具体位置，主要考虑箱子的尺寸、重量，船舶的稳性及倒箱等因素，确定集装箱沿船舶纵向和横向的合理分布，它将影响船舶的GM、横倾及扭转强度。 具体的集装箱船每航次一般都要停靠多个中途港进行货物装卸，配载时应综合考虑货物性质、船舶到港顺序、货物重量、装卸作业条件，应保证中途港货物顺利卸出及中途港货物装卸后的船舶性能，具体配载算法可考虑以下启发式规则：①成组指派技术将集装箱按货物类型、集装箱尺寸、到港顺序予以归类，同一属性的货物组成同类箱组;以箱组为单位分别在船上选择相应位置。②当货物属性不同时，先特殊后一般将货物按类型划分为危险货物、冷藏货物及普通货物.在配载时，应首先选择危险货物及冷藏货物的舱位，然后根据具本情况适当安排普通货物的舱位。 2、配置过程的数学函数和约束条件 配载达到的要求为满足一定约束条件下最大体积装载率或重量装载率，以提高集装箱的利用率，获得最佳效益。装箱的目标可描述为其中：n为货物数;k为集装箱数;li，wi，hi，gi分别表示货物的长、宽、高和质量;Lj，Wj，Hj，Mj分别表示集装箱的长、宽、高和最大装载质量.货物装载时必须要求：货物平行于集装箱的边放置;货物不能完全悬空，放置在上层的货物必须与下层货物有接触。 配置的具体约束如下：约束一：集装箱重心位置的约束。为了使集装箱在运输过程中保持平衡，对集装箱的重心位置有一定的要求，即实际重心与集装箱的几何中心的距离不能超过一定的距离(D)。约束二：集装箱单箱重量约束。为了便于运输与搬运，集装箱单箱重量不超过上限。约束三：货物放置顺序约束。实际装载过程中尽量做到“大不压小，重不压轻”原则，即货物放置的层有一定的限制。约束四：货物摆放方位约束。集装箱长、宽、高均为L、W、H规格，优化目标为集装箱的空间利用率最高，即对一批固定的货物进行转载，使选用集装箱的数量最少。 3、基于禁忌搜索算法的求解方法 禁忌搜索引入了人工智能的记忆机制，特别对于一些复杂问题，显示出极强的寻优能力。禁忌指的是禁止重复前面的操作。为了防止搜索陷入局部最优，用一个叫禁忌表的结构记录下已经到达过的局部最优点，在下一次搜索中，利用禁忌表中的信息不再或有选择地搜索这些点，以此来跳出局部最优点，同时“遗忘”又使禁忌在一定时间后失效，最终达到全局优化。我们使用DBSTree的算法来实现这一思想，具体的操作如下： Step1：初始化箱子容量、箱子标号、物品数量及各物品所占空间; Step2：以箱子容量为关键值构造DBSTr