U型自动化集装箱码头堆场堆存方法
文献发布时间：2024-04-18 19:59:31
技术领域
本发明属于自动化集装箱码头堆场管理技术领域，具体涉及一种U型自动化集装箱码头堆场堆存方法。
背景技术
随着全球经济增长，集装箱海运在全球物流体系中发挥着不可替代的作用。海运运量的提升，对集装箱港口带来了机遇和挑战。随着科学技术的发展，各种先进的自动化技术和设备，实现了集装箱码头作业的自动化和智能化，集装箱码头自动化程度越来越高。U型自动化集装箱码头作为自动化集装箱码头的一种类型，在自动化码头的基础上，建立U型布局，能够有效提升水平运输设备的作业效率，减少拥堵，从而提高整个码头的作业效率。
集装箱堆场在港口物流系统中具有重要的地位和作用，对于集装箱的集散、储存、装卸、配载、转运、中转、保管、管理和信息追踪等环节起到关键的支撑和推动作用，对于提高港口物流效率、降低物流成本、增强物流服务能力具有重要意义。目前，全国自动化码头堆场集装箱装卸以端部装卸为主，此类堆场优点在于土地利用面积高，但是常常出现拥堵的情况。而U型码头布局很好的解决了这一个点，通过集装箱堆场堆存方法的优化，能够有效提升码头堆场作业效率和管理水平，从而提高整个自动化集装箱码头的运行效率。
但是，U型自动化集装箱码头中堆场管理中存在不足，会出现集装箱堆存箱位安排不合理、IGV和外集卡的水平运输距离较长、设备等待时间久、出现空载等问题，影响堆场作业效率。为此，本发明提出一种U型自动化集装箱码头堆场堆存方法。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种U型自动化集装箱码头堆场堆存方法，以解决U型自动化集装箱码头中堆场管理中存在的不足。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
U型自动化集装箱码头堆场堆存方法，包括以下步骤：
S1、集装箱到达U型自动化集装箱码头后，码头操作系统(Terminal OperationSystem，TOS)确定集装箱转运类型，以转运时间最短为目标函数，并考虑堆场堆垛原则和智能引导运输车(Intelligent Guided Vehicle，IGV)、岸桥调度等条件建立U型码头堆场堆存模型，采用启发式算法以确定集装箱箱区箱位；
S2、根据集装箱的分配计划，内集卡IGV通过I型通道，外集卡通过U型通道，将集装箱运输到分配的堆场箱区；
S3、场桥将集装箱运输至该集装箱分配的箱位，进行集装箱的装卸堆垛作业。
作为优选，所述步骤S1中，具体包含如下子步骤：
S11、TOS系统获取集装箱进港情况；
S12、TOS系统判断当前各个时刻堆场的堆存情况；
S13、TOS根据集装箱转运类型、堆场情况、设备运行情况进行调度；
S14、TOS系统生成集装箱箱位分配计划；
S15、设备管理系统(Equipment Control System，ECS)调度IGV、场桥设备进行运输作业。
作为优选，所述U型自动化集装箱码头堆场包括I型IGV通行通道、U型外集卡通行通道以及集装箱箱区。
作为优选，所述集装箱转运类型包括“海-海”、“海-陆”、“陆-海”以及“陆-陆”；其中，
集装箱转运类型“海-海”具体为：船舶到港后，岸桥对集装箱进行装卸至IGV，IGV通过I型通道进入堆场，场桥将集装箱搬运至堆场存放；出堆场时，场桥将集装箱装卸至IGV，IGV通过I型通道驶入海侧码头，由岸桥进行装船作业；
集装箱转运类型“海-陆”具体为：船舶到港后，岸桥对集装箱进行装卸至IGV，IGV通过I型通道进入堆场，场桥将集装箱搬运至堆场存放；出堆场时，场桥将集装箱装卸至外集卡，外集卡通过U型通道驶入陆侧码头，经由码头闸口离港；
集装箱转运类型“陆-海”具体为：外集卡经过码头闸口进入码头，经过U型通道驶入堆场，场桥将集装箱搬运至堆场存放；出堆场时，场桥将集装箱装卸至IGV，IGV通过I型通道驶入海侧码头，由岸桥进行装船作业；
集装箱转运类型“陆-陆”具体为：外集卡经过码头闸口进入码头，经过U型通道驶入堆场，场桥将集装箱搬运至堆场存放；出堆场时，场桥将集装箱装卸至外集卡，外集卡通过U型通道驶入陆侧码头，经由码头闸口离港。
作为优选，所述步骤S1中集装箱分配的目标函数为：
其中，in表示进口箱作业；out表示出口箱作业；O表示堆场-海侧码头作业；R表示堆场-陆侧码头作业；L表示一次进口箱或出口箱设备的运输距离；x
作为优选，所述集装箱包含特殊箱、冷藏箱以及普通箱，集装箱分为20英寸和40英尺，内集卡IGV和外集卡一次可以运输两个20英尺集装箱或一个40英尺集装箱。
作为优选，还包括以下约束条件：
(1)进出口作业流程约束：
x
x
其中，第1个公式表示进口箱只能由海侧或陆侧其中的一种方式进入堆场，第2个公式表示出口箱只能经由海侧或陆侧其中一种方式离开堆场；
(2)集装箱堆垛原则约束：
为了保证堆场作业的安全性，对集装箱在堆场的位置进行限定，包括：
a.空箱上面不允许堆垛重箱；
b.不同尺寸的集装箱分开堆垛；
c.避免出现单栋堆叠；
d.集装箱堆叠层数一般情况下不超过5层，防台风时需降至3层；
e.不同种类的危险品集装箱分开堆叠；
f.冷藏箱区一般情况下不堆存普通箱；
该式表示每一个集装箱必须放在其中一个箱位上；其中，m表示场桥贝位数量；n表示行数；o表示列数；p表示单位决策周期内集装箱的个数；
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的U型自动化集装箱码头堆场堆存方法，结合U型自动化集装箱码头堆场的特点，可以合理分配集装箱的箱位，有利于减少水平运输车辆拥堵情况，提高作业设备效率，形成合理的布局规划。
(2)本发明的U型自动化集装箱码头堆场堆存方法，一方面可以尽可能减少水平运输设备的作业路径，提高设备的运行效率，从而减少拥堵，提高码头整体运行效率；另一方面，本发明可以减少水平运输设备空载率，减少无效作业效率，提高设备利用率和作业效率。
附图说明
图1是本发明的U型自动化集装箱码头堆场堆存方法的整体流程；
图2是本发明的U型自动化集装箱码头堆场作业过程系统运行流程；
图3是本发明的U型自动化集装箱码头布局示意图。
具体实施方式
下面对本发明专利的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域所属的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照附图1-2，U型自动化集装箱码头堆场堆存方法，包括以下步骤：
S1、集装箱到达U型自动化集装箱码头后，码头操作系统(Terminal OperationSystem，TOS)确定集装箱转运类型，以转运时间最短为目标函数，并考虑堆场堆垛原则和智能引导运输车(Intelligent Guided Vehicle，IGV)、岸桥调度等条件建立U型码头堆场堆存模型，采用启发式算法以确定集装箱箱区箱位；
S2、根据集装箱的分配计划，内集卡IGV通过I型通道，外集卡通过U型通道，将集装箱运输到分配的堆场箱区；
S3、场桥将集装箱运输至该集装箱分配的箱位，进行集装箱的装卸堆垛作业。
在本实施例中，步骤S1中，具体包含如下子步骤：
S11、TOS系统获取集装箱进港情况；
S12、TOS系统判断当前各个时刻堆场的堆存情况；
S13、TOS根据集装箱转运类型、堆场情况、设备运行情况进行调度；
S14、TOS系统生成集装箱箱位分配计划；
S15、设备管理系统(Equipment Control System，ECS)调度IGV、场桥设备进行运输作业。
参照附图3，本实施例中的U型自动化集装箱码头堆场包括I型IGV通行通道、U型外集卡通行通道以及集装箱箱区。集装箱包含特殊箱、冷藏箱以及普通箱，集装箱分为20英寸和40英尺，内集卡IGV和外集卡一次可以运输两个20英尺集装箱或一个40英尺集装箱。
需要说明的是，集装箱转运类型包括“海-海”、“海-陆”、“陆-海”以及“陆-陆”；其中，
(1)海-海
船舶到港后，岸桥对集装箱进行装卸至IGV，IGV通过I型通道进入堆场，场桥将集装箱搬运至堆场存放；出堆场时，场桥将集装箱装卸至IGV，IGV通过I型通道驶入海侧码头，由岸桥进行装船作业；
(2)海-陆
船舶到港后，岸桥对集装箱进行装卸至IGV，IGV通过I型通道进入堆场，场桥将集装箱搬运至堆场存放；出堆场时，场桥将集装箱装卸至外集卡，外集卡通过U型通道驶入陆侧码头，经由码头闸口离港；
(3)陆-海
外集卡经过码头闸口进入码头，经过U型通道驶入堆场，场桥将集装箱搬运至堆场存放；出堆场时，场桥将集装箱装卸至IGV，IGV通过I型通道驶入海侧码头，由岸桥进行装船作业；
(4)陆-陆
外集卡经过码头闸口进入码头，经过U型通道驶入堆场，场桥将集装箱搬运至堆场存放；出堆场时，场桥将集装箱装卸至外集卡，外集卡通过U型通道驶入陆侧码头，经由码头闸口离港。
另外，步骤S1中集装箱分配的目标函数为：
其中，in表示进口箱作业；out表示出口箱作业；O表示堆场-海侧码头作业；R表示堆场-陆侧码头作业；L表示一次进口箱或出口箱设备的运输距离；x
另一方面，本发明的U型自动化集装箱码头堆场堆存方法还包括以下约束条件：
(1)进出口作业流程约束：
x
x
其中，第1个公式表示进口箱只能由海侧或陆侧其中的一种方式进入堆场，第2个公式表示出口箱只能经由海侧或陆侧其中一种方式离开堆场；
(2)集装箱堆垛原则约束：
为了保证堆场作业的安全性，对集装箱在堆场的位置进行限定，包括：
a.空箱上面不允许堆垛重箱；
b.不同尺寸的集装箱分开堆垛；
c.避免出现单栋堆叠；
d.集装箱堆叠层数一般情况下不超过5层，防台风时需降至3层；
e.不同种类的危险品集装箱分开堆叠；
f.冷藏箱区一般情况下不堆存普通箱；
该式表示每一个集装箱必须放在其中一个箱位上；其中，m表示场桥贝位数量；n表示行数；o表示列数；p表示单位决策周期内集装箱的个数；
本发明的U型自动化集装箱码头堆场堆存方法，结合U型自动化集装箱码头堆场的特点，可以合理分配集装箱的箱位，有利于减少水平运输车辆拥堵情况，提高作业设备效率，形成合理的布局规划，消除了管理中存在的不足，一方面可以尽可能减少水平运输设备的作业路径，缩短设备等待时间，提高设备的运行效率，减少拥堵，提高码头整体运行效率；另一方面，本发明还可以减少水平运输设备空载率，减少无效作业效率，提高设备利用率和作业效率，非常的实用，具有较好的市场应用前景。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。