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基于多目标遗传算法的煤码头泊位与机械联合调度摘要：针对煤码头泊位分配问题考虑泊位与机械的联合调度.综合考虑煤种类对船舶靠泊位置的影响、航道开放时间和如开设机械双线作业等特殊原则以最大化岸线利用率和机械利用率以及最小化船舶在港时间为目标建立泊位与机械的联合调度模型.设计具有自适应性的多目标遗传算法进行求解.利用天津港煤码头实际案例分析验证模型的可行性和算法的有效性.该方法可为大多数散货码头的生产运营管理提供借鉴.关键词：煤码头；泊位分配；机械调度；多目标遗传算法中图分类号：U691.31文献标志码：A收稿日期：20150414修回日期：201506090引言随着我国煤炭需求量的激增煤炭码头发展规划水平不断提升.作为煤炭运输的中转站码头泊位作业系统的高效化愈发重要.[1]然而目前鲜有针对散货码头泊位分配问题的科学合理的优化调度方案.散货码头泊位分配问题与集装箱码头的十分相似而集装箱码头泊位分配问题和岸桥分配问题一直是港口研究热点.[2]BIERWIRTH等[2]依据岸线布局将泊位分配问题分为离散型和连续型.针对前者通常以最小化所有到港船舶总在港时间为目标建立混合整数规划模型并利用启发式算法、模拟退火算法、遗传算法进行求解；韩笑乐等[3]基于先到先服务（FirstComeFirstServiceFCFS）修改后的规则生产初始解结合禁忌搜索和模拟退火法求解.针对连续型泊位问题IMAI等[4]建立整数规划模型指出连续泊位调度计划的高效性；ZHEN等[5]考虑船舶到达与作业时间的不确定性提出两阶段模型利用亚启发式算法求解；DU等[6]考虑船舶燃油消耗提出混合整数二阶锥规划模型；HENDRIKS等[7]同步考虑泊位分配和堆场计划.实际上泊位分配与机械调度相互影响[8]船舶靠泊作业时间很大程度上由所分配的机械数量决定因此在泊位分配问题中必须同时考虑机械调度.针对集装箱码头泊位与岸桥这两个港口关键资源约束ZHANG等[9]考虑了岸桥覆盖范围并用梯度优化技术求解；CHANG等[10]依据滚动水平方法编出程序模型利用混合并行遗传算法求解；RAA等[11]考虑船舶的优先权提出混合整数线性规划模型.散货码头的泊位和岸边机械分配问题虽然与集装箱码头的相似但其仍然具有自身的特殊性[12]例如：散货种类影响装卸机械的选型、船舶停靠的岸线位置、航道开放时间等.因此有必要针对散货码头的特殊性在决策船舶靠泊方案时考虑岸边机械资源建立船舶与岸边机械的联合调度模型以使调度方案更加合理.1问题描述煤码头在散货码头中占据重要地位出口型煤码头布局见图1其中泊位系统主要包括码头岸线、装卸机械设备（移动式装船机、皮带输送装置等）以及到港服务的船舶其调度计划的两项基本工作是了解船舶动态和编制昼夜作业计划而码头现存人工调度计划由于工作人员个人工作能力的差别使得制订出的泊位计划不尽合理.煤码头所运输的煤可分为末煤和块煤两种末煤由装船机作业块煤由门机作业而装船机在左侧门机在码头右侧即末煤船舶靠泊在左块煤船舶靠泊在右.船舶作业时间与岸边装卸机械的分配有关岸边机械可在合适情况下开设双线作业.一般情况下载质量≥3.0万t船舱数≥4个的船舶比较适合采用双线作业方式装船.例如当某台装船机处于空闲状态时可以动态安排到邻近船舶进行辅助装船作业以缩短船舶在港时间.航道每隔两小时变换一次航道开放状态见表1.此外为便于计算假设：码头岸线泊位为连续直线型泊位以10m为一个岸壁线单元以1h为一个时间单位；待排船均已到达港口锚地（静态调度）；任意时刻某一岸壁线单元仅能被一艘船占用；每艘船所需机械数量有上限和下限由该船配载舱数决定；内外贸船舶进出港手续办理时间不一样；航道深度满足所有船的需求；停靠在码头上的船舶船身占有的泊位长度可以从该船映射的缆绳桩头尾之间的距离来确定并将此长度反映为均匀的缆绳桩之间距离的整数倍一个桩位只可用于一艘船.抵港船舶的靠泊作业流程见图2.因此与已有的研究[13]相比进一步考虑在散货煤码头分开靠泊块煤、末煤船舶航道开放时间允许适当开设双线协同作业等实际特点同时考虑岸线、机械利用率最大和船舶总在港时间最短等多个目标.2模型建立2.1参数及变量参数定义：i代表待安排靠泊计划的船舶I为锚地待排船舶总数1≤i≤I；j为岸线被分割的岸壁线单元J为分割的岸壁线单元总数1≤j≤J；t表示某一时刻；L为岸线总长度；li为船i的长度（包括水平安全距离）；Ci为船i装载量；Hi为船i办理进出港手续时间；ta和tb分别为内、外贸船舶办理进离港手续时间；ri为01变量ri为0时是内贸船否则是外贸船