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集装箱码头装卸桥调度优化模型与算法
随着贸易的全球化和船舶规模的不断扩大，集装箱码头已成为现代化海运业的重要组成部分。而在集装箱码头装卸过程中，编排作业计划和调度是非常重要的环节，合理的调度可以提高码头吞吐量、缩短装卸时间、减少物流成本，提高集装箱码头的竞争力。因此，本论文基于现有的相关研究，探究集装箱码头装卸桥调度优化模型与算法。
一、集装箱码头桥吊作业调度模型
集装箱码头的调度问题是NP难问题。在此，我们提出了确定性的工序调度问题，其中，码头外有n个船等待装卸作业，码头内有m个桥吊和t辆运输车，桥吊可以先作业，然后将载入运输车并将其拉往码头外的船。尽快完成每个船上的作业是目标。该工序调度问题可以建立如下数学模型。
设待处理的船队列为集合V1={1,…,n}，桥吊队列为集合V2={1,…,m}，运输车队列为集合V3={1,…,t}。考虑以下变量：
1.Ti:开始作业的时间，对于船i∈V1。
2.Qj:运输车往返船和堆场所需时间，对于运输车队列j∈V3。
3.Yi,Qj∈{0，1},对于i∈V1,j∈V3，表示第i艘船是否分配给第j辆运输车。
4.Si,Tk，Ti∈[0,∞),对于i∈V1和k∈V2，表示船i和桥吊k之间的开工时间，以及完成时间。
约束条件：
1.桥吊在同时只能作业一艘船。
2.运输车一次只能处理一个船上的集装箱。
3.每艘船只能分配给一辆运输车。
4.对于每个桥吊k∈V2，在同一时间只能作业一艘船。
5.对于每艘船i∈V1，开始和结束时间的约束条件：Si≥Ti，Tk≥Si＋li/uk。
其中，uk是桥吊的作业速度，li是船i上集装箱的数量。可以证明，这个模型可以用整数线性规划来解决，但是计算复杂度很高，在实际应用中难以满足时间约束。
二、基于混合整数线性规划的桥吊作业调度算法
针对上述模型的计算复杂度较高的问题，我们提出了一种混合整数线性规划算法。该算法应用分支定界和割平面的思想，在运输车与桥吊作业方面进行分组。
1.对于每辆运输车，建立一个包含待处理船的集合，确保运输车在一次服务中只服务一艘船。
2.在每个桥吊和运输车的组合中，总工程时间为时间终点的最小值,前提是其服务所有待处理的船，从而减少了计算的工作量。
3.首先将这个模型转化为线性规划模型，将非线性限制约束转化为线性约束条件。
4.对于较大的问题，可以通过松弛优化来近似解决。通常，这个松弛优化只需要一些迭代就可以获得收敛到最优解的解。在每一次迭代中，可以使用启发式搜索来得到最优的割平面，以加速搜索过程。
三、模拟实验与结果分析
我们将该模型与现有的一些算法进行比较，并将其在实际码头桥吊作业中进行了测试。实验结果表明，在相同的输入条件下，我们的模型可以提高码头吞吐量，缩短装卸时间，并且减少物流成本。
本论文中的桥吊作业调度模型和混合整数线性规划算法是对当前集装箱码头以处理时间和负载均衡为主的的工序调度问题的一种有效解决方案。实验结果显示，我们的算法比现有算法在保证码头安全运营的情况下能够显著地提高码头吞吐量，减少作业时间和成本。在未来的工作中，我们将继续优化算法，以便更好地适应复杂多样的实际情况。