專利名稱：集裝箱碼頭管理方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在貯存場地、鐵路堆場或港口轉運或駁運集裝箱的管理方法以及實現該方法的系統(tǒng)，特別是涉及一種對集裝箱碼頭運載卡車實施全場智能調度、對集裝箱堆放實施全場智能控制的集裝箱碼頭管理方法及其系統(tǒng)。
背景技術：
一個達到世界先進水平的集裝箱碼頭離不開高質量的管理。目前上海港各碼頭的操作，仍然停留在傳統(tǒng)的裝卸模式上，對提高整個碼頭的裝卸效率非常困難，主要表現在整個碼頭的裝卸過程中，船時效率低，橋機、集卡利用率低，集卡空載比率大。
傳統(tǒng)裝卸工藝存在不足在于以下幾個方面1.缺乏對各作業(yè)路集卡數量調控，傳統(tǒng)工藝只是簡單地將一定數量的集卡分配各作業(yè)路，事實上各作業(yè)路根據箱區(qū)狀況的不同，對集卡的需求量是不同的，如果機械地將某一作業(yè)路的集卡配置量定為一個固定值，則在箱區(qū)通暢時尚未充分發(fā)揮集卡運輸潛能，而在箱區(qū)梗阻的情況下，由于過多的集卡相互干擾，反而影響效率。2.集卡空駛現象嚴重，傳統(tǒng)作業(yè)工藝由于集卡局限于一條作業(yè)路，在某一時段內集卡基本只處于一種作業(yè)狀態(tài)，即或者裝船、或者卸船、或者轉棧。這種情況下集卡必然存在完成一次作業(yè)后，須空駛回場或碼頭，再進行第二次作業(yè)，造成集卡利用率低下。3.同倍同步裝卸的資源開銷過大，所謂“同倍同步裝卸”，即橋機在卸下一個集裝箱的同時，在另一根槽中裝上一個集裝箱，在實際生產中由于裝船存在翻箱率高的情況，客觀上裝船的效率要大大低于卸船效率，因此為防止由于同倍同步裝卸而造成卸船效率降低，在傳統(tǒng)工藝作業(yè)時往往采用雙套集卡作業(yè)的方式，即一套集卡即裝又卸，而另一套集卡只卸不裝，以確保整體效率，為此造成資源開銷過大，裝卸成本過高。
傳統(tǒng)集裝箱堆放工藝存在的不足1.堆場效率低下，由于集裝箱嚴格地按船舶集中堆放，雖然策劃方便直觀。但在實際作業(yè)過程中無論是裝船亦或卸船作業(yè)，還是進箱亦或提箱作業(yè)，往往是同一條船的集裝箱會集中作業(yè)，從而造成堆場上集卡排隊等候作業(yè)，正是這種低下的堆場效率嚴重影響到船舶的裝卸效率和外集卡的及時作業(yè)服務承諾。2.設備配置不合理，由于同一條船的集裝箱集中堆放，必然導致不同船舶的集裝箱分布于不同的箱區(qū)，集裝箱碼頭為確保必要的裝卸效率必然要配置足夠的場地龍門吊，因此龍門吊的出勤數量取決于當天作業(yè)船舶的數量，而非當天裝卸集裝箱的數量，這樣的配置必然造成龍門吊作業(yè)量不平衡，部分龍門吊利用率低下。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有集裝箱碼頭管理當中作業(yè)效率低、機械利用率低、資源耗費高的缺點，提供一種利用模糊技術能對集裝箱碼頭中的集卡實施全場智能調度、對集裝箱的堆放實施智能控制的集裝箱碼頭管理方法，以及實現所述方法的集裝箱碼頭管理系統(tǒng)。
為了實現上述目的，本發(fā)明采取的技術方案一種集裝箱碼頭管理方法，包括如下步驟(a)將集卡在不同集裝箱區(qū)域的直線長度通過非線性尺度變換轉化為距離點度量，對該距離進行模糊分割，建立相應的距離論域、距離模糊集合，距離模糊集合隸屬度函數，所述距離點度量的表達式為N=Δ10*|iA-iB|+|jA-jB|+|kA-kB|,]]>A點的位置表示為(iA，jA，kA)，B點的位置表示為(iB，jB，kB)；(b)對不同集裝箱作業(yè)的重要性進行模糊分割，建立相應的重要性論域、重要性模糊集合，重要性模糊集合隸屬度函數；(c)對碼頭箱區(qū)內龍門吊數量進行模糊分割，建立相應的龍門吊數量論域、龍門吊數量模糊集合，龍門吊數量模糊集合隸屬度函數；(d)對龍門吊下等候的集卡數量進行模糊分割，建立相應的龍門吊下等候的集卡數量論域、龍門吊下等候的集卡數量模糊集合，該龍門吊下等候的集卡數量模糊集合等同于相應描述響應迅速程度的模糊集合，由此確立相關響應迅速程度模糊集合隸屬度函數；(e)根據模糊控制規(guī)則表達式Riif x is Ai，……and y is Bi，then z＝Ci(x，……y)分別建立包含距離模糊集合和重要性模糊集合的集卡綜合狀態(tài)評估模糊調度規(guī)則庫和包含龍門吊數量模糊集合和響應迅速程度模糊集合的集裝箱模糊堆放規(guī)則庫，其中Ri為模糊控制規(guī)則，x、y和z是代表系統(tǒng)狀態(tài)和控制量的語言變量，Ai、Bi、Ci分別是x、y、z的語言值，x、y和z分別有各自的論域；(f)調度人員或計算機系統(tǒng)依據上述集卡綜合狀態(tài)評估模糊調度規(guī)則庫和集裝箱模糊堆放規(guī)則庫對集卡全場調度方案和集裝箱全場堆放方案進一步模糊推理確立最終集裝箱碼頭管理方案。
一種集裝箱碼頭管理系統(tǒng)，包括覆蓋全部碼頭區(qū)域的無線網絡、作業(yè)機械上的無線終端設備、若干計算機信息處理裝置，以及相關模糊邏輯推理程序模塊。
本發(fā)明的有益效果在于，所述集裝箱碼頭管理系統(tǒng)在綜合利用計算機技術、網絡技術的基礎上重點采用模糊邏輯推理融合人工經驗對集卡實施全場智能調度和集裝箱智能堆放，可以在不增加基礎投入的情況下，充分利用碼頭現有資源，自動合理的調配各個操作環(huán)節(jié)中機械設備的運轉，提高集裝箱碼頭的裝卸效率，帶來更多的經濟效益。


圖1是集裝箱碼頭管理系統(tǒng)三層結構的邏輯處理流程。
具體實施例方式
下面結合附圖1，對本發(fā)明進一步詳細描述一種集裝箱碼頭管理方法，包括如下步驟(a)將集卡在不同集裝箱區(qū)域的直線長度通過非線性尺度變換轉化為距離點度量，對該距離進行模糊分割，建立相應的距離論域、距離模糊集合，距離模糊集合隸屬度函數，所述距離點度量的表達式為N=Δ10*|iA-iB|+|jA-jB|+|kA-kB|,]]>A點的位置表示為(iA，jA，kA)，B點的位置表示為(iB，jB，kB)；(b)對不同集裝箱作業(yè)的重要性進行模糊分割，建立相應的重要性論域、重要性模糊集合，重要性模糊集合隸屬度函數；(c)對碼頭箱區(qū)內龍門吊數量進行模糊分割，建立相應的龍門吊數量論域、龍門吊數量模糊集合，龍門吊數量模糊集合隸屬度函數；(d)對龍門吊下等候的集卡數量進行模糊分割，建立相應的龍門吊下等候的集卡數量論域、龍門吊下等候的集卡數量模糊集合，該龍門吊下等候的集卡數量模糊集合等同于相應描述響應迅速程度的模糊集合，由此確立相關響應迅速程度模糊集合隸屬度函數；(e)根據模糊控制規(guī)則表達式Riifx is Ai，……and y is Bi，then z＝Ci(x，……y)分別建立包含距離模糊集合和重要性模糊集合的集卡綜合狀態(tài)評估模糊調度規(guī)則庫和包含龍門吊數量模糊集合和響應迅速程度模糊集合的集裝箱模糊堆放規(guī)則庫，其中Ri為模糊控制規(guī)則，x、y和z是代表系統(tǒng)狀態(tài)和控制量的語言變量，Ai、Bi、Ci分別是x、y、z的語言值，x、y和z分別有各自的論域；(f)調度人員或計算機系統(tǒng)依據上述集卡綜合狀態(tài)評估模糊調度規(guī)則庫和集裝箱模糊堆放規(guī)則庫對集卡全場調度方案和集裝箱全場堆放方案進一步模糊推理確立最終集裝箱碼頭管理方案。
通過非線性尺度變換將集卡在不同箱區(qū)的直線長度轉換為距離點度量，設碼頭前沿和堆場的位置為(i，j，k)，i≤n；j≤m；k≤p二個不同箱區(qū)A和B的距離采用距離點表示，其中A的箱區(qū)位置為((iA，iA，kA)，B的箱區(qū)位置為(iB，jB，kB))，則距離點定義為N=Δ10*|iA-iB|+|jA-jB|+|kA-kB|,]]>所述距離模糊分割為1，2，3，4，5，6，7，＞7，即為距離論域z＝{1，2，3，4，5，6，7，＞7}，其中1，2，3，4，5，6，7分別表示該距離在堆場或碼頭的同一作業(yè)區(qū)域，＞7代表該距離在不同作業(yè)區(qū)域，距離變化范圍與量化等級采用非均勻量化，見表1，由此建立具有8個變量相應描述距離的模糊集合N1，N2，N3，N，R3，R2，R1，VR，確定該模糊集合的隸屬度函數，見表2。
表1.距離的非均勻量化等級表

表2.距離模糊集合隸屬度函數表


作業(yè)重要程度確定的基本思想越是重要的作業(yè)，應該配備越多的集卡進行作業(yè)。因此，決定作業(yè)重要程度與人為確定作業(yè)優(yōu)先程度、實際等候集卡數量、等候集卡缺額數量及其作業(yè)優(yōu)先程度與等候集卡缺額數量等因素直接相關，設P為人為認定作業(yè)優(yōu)先程度(P應該可以人為隨機干預，以反映人的經驗，智能。)，N為實際集卡數量，L為等候集卡缺額數量，則作業(yè)重要程度可定義為Li＝Pi-Ni，i≤n，式中n表示作業(yè)目的地數目，如果Li＜0，表示集卡數量充裕；Li＝0表示集卡數量正好，Li＞0表示集卡數量不足，按作業(yè)重要程度進行集卡調度的原則是，如果Li＞Lj，則集卡先調度至目的地i，如果Li＝Lj(i≠j)，又如果Pi＞Pj，則集卡先調度至目的地i，如果Pj＞Pi，則集卡先調度至目的地j。所述重要性描述及其量化等級見表3，所述重要性模糊分割為≤0，1，2，3，4，5，6，≥7，重要性論域y＝{≤0，1，2，3，4，5，6，≥7}，建立具有5個變量的重要性模糊集合P1，P2，P3，P4，VP，確立重要性模糊集合隸屬度函數，見表4。
表3.重要性描述及其量化等級表

表4.重要性集合隸屬度函數表


集卡現場智能調度規(guī)則庫采用狀態(tài)評估模糊調度規(guī)劃，集卡現場智能調度規(guī)則包括1.人為干預優(yōu)先，2.重點艙優(yōu)先，3.最近距離優(yōu)先，4.前沿碼頭優(yōu)先(重來重去原則)。按照上述實際中得到的原則，再根據模糊控制規(guī)則表達式Riif x is Ai，……and y is Bi，then z＝Ci(x，……y)分別建立包含距離模糊集合和重要性模糊集合的集卡綜合狀態(tài)評估模糊調度規(guī)則庫，其中Ri為模糊控制規(guī)則，x、y和z是代表系統(tǒng)狀態(tài)和控制量的語言變量，Ai、Bi、Ci分別是x、y、z的語言值，x、y和z分別有各自的論域。集卡綜合狀態(tài)評估模糊調度規(guī)則庫見表5。
表5.集卡綜合狀態(tài)評估模糊調度規(guī)則庫表

采用模糊技術的集卡全場智能調度中的規(guī)則通常來源于碼頭作業(yè)工程師和經理們的知識，對于多輸入多輸出(MINO)系統(tǒng)，其規(guī)則具有如下的表達式R={RMIMO1,RMIMO2,······,RMIMOn},]]>其中RiMIMO，如果X是Aiand……and Y是Bi，則Zi是Ci，……，Zq是Di，RiMIMO前提條件構成了在直積空間X×……×Y上的模糊集合Ai×……×Bi，結論是q個控制作用的并，它們之間是相互獨立的，因此，第i條規(guī)則RiMIMO可以表示為如下的模糊蘊含關系RiMIMO(Ai×……×Bi)→(Zj+……+Zq)，其中+號表示相互獨立各控制因素的并，于是規(guī)則R可以表示為={Yi=1n[(Ai×......×Bi)→Zi],······,Yi=1n[(Ai×......×Bi)→Zq]}]]>={RBMISOi,Λ,RBMISOq}]]>可見規(guī)則庫可看成由q個子規(guī)則庫所組成，每一個子規(guī)則庫由n個多輸入單輸出(MISO)的規(guī)則所組成。由于每個子規(guī)則是相互獨立的，因此只需考慮其中一個MISO子規(guī)則庫的近似推理問題具有一般性。
R={Yi=1nRMIMOi}]]>={Yi=1n[(Ai×......×Bi)→(Zi×......×Zq)]}]]>在兩個輸入一個輸出的模糊系統(tǒng)中，輸入x是A’and y是B’，R1如果x是A1and y是B1，則z是C1，同樣R2如果x是A2and y是B2，則z是C2……推導出Rn如果x是An and y是Bn，則z是Cn，輸出z是C’。
其中x、y和z是代表系統(tǒng)狀態(tài)和控制量的語言變量，Ai、Bi、Ci分別是x、y、z的語言值，x、y和z分別有各自的論域X、Y、Z。
模糊控制規(guī)則“如果x是An and y是Bn則z是Cn”的蘊含關系Ri，定義為Ri＝(Ai and Bi)→Ci，即μRi=μ(AiandBi→Ci)(x,y,z)]]>=[μAi(x)andμBi(y)]→μCi(z)]]>其中“Ai and Bi”是定義在X×Y上的模糊集合Ai×Bi，Ri＝(Ai and Bi)→Ci，是定義在X×Y×Z上的模糊蘊含關系，考慮n條模糊控制規(guī)則的總的模糊蘊含關系為(取連結詞“also″為求并運R=Yi=1nRi]]>算)
最后求得推理的結論為C′＝(A′and B′)oR其中μ(A′and B′)(x，y)＝μA′(x)∧μB′(y)或者“o”是合成運算符，通常采用最大μ(Aa′nd B′)(x，y)＝μA′(x)μB′(y)-最小合成法。
經過模糊邏輯推理理論結論與實際經驗相結合進行修正，得到集卡全場智能調度實時查詢控制表，見表6。
表6.集卡全場智能調度實時查詢控制表

集卡已等候時間是實際現場操作中的重要因素，集卡全場調度的理論上可以考慮不計此因素，但實際操作上應予以綜合，所以綜合考慮集卡等候時間的集卡全場智能調度控制的表達式為Ct＝C·tn，n由類別實驗求得。
若存在n輛集卡，其缺額數、距離點、等候時間均為相同，則稱此問題為奇異性問題。解決奇異性問題采用以下方法1.由n輛集卡的優(yōu)先級差異來決定，即，如果Pi＞Pj，則集卡先調度至目的地i；2.隨機選取，隨機選取指由計算機隨即選擇集卡。
所述龍門吊數量模糊分割為0，1，2，3，即為龍門吊數量論域z＝{1，2，3，4，5，6，7，≥7}，由此建立具有4個變量相應描述龍門吊數量的模糊集合N，N1，N2，N3，確定該模糊集合的隸屬度函數，見表7。
表7.龍門吊數量模糊集合隸屬度函數表


所述龍門吊下等候的集卡數量模糊分割為0，1，2，3，4，5，6，≥7，等待作業(yè)集卡數描述及其量化等級見表8，龍門吊下等候的集卡數量論域z＝{0，1，2，3，4，5，6，≥7}，由此建立具有5個變量相應描述龍門吊下等候的集卡數量的模糊集合Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，確定該模糊集合的隸屬度函數，見表9。
表8.等待作業(yè)集卡數描述及其量化等級表

表9.龍門吊下等候的集卡數量的模糊集合隸屬度函數表

集裝箱智能堆放規(guī)則，針對進口(船到堆場)箱依次考慮1.箱區(qū)有無輪胎吊及其數目，2.有輪胎吊作業(yè)箱區(qū)等待集卡的數目，3.待作業(yè)得集裝箱是重箱還是輕箱，4.待作業(yè)得集裝箱是20尺還是40尺；針對出口(道口到堆場)箱主要考慮1.船名，2.港口，3.待作業(yè)得集裝箱是20尺還是40尺，是否是特種箱。根據模糊控制規(guī)則表達式Riif x is Ai，……and y is Bi，then z＝Ci(x，……y)建立包含龍門吊數量模糊集合和響應迅速程度模糊集合的集裝箱模糊堆放規(guī)則庫，其中Ri為模糊控制規(guī)則，x、y和z是代表系統(tǒng)狀態(tài)和控制量的語言變量，Ai、Bi、Ci分別是x、y、z的語言值，x、y和z分別有各自的論域。集裝箱模糊堆放規(guī)則庫見表10。
表10.集裝箱模糊堆放規(guī)則庫表
通過集裝箱模糊堆放的理論推導和實際經驗修正，得到集裝箱智能堆放查詢控制表。
一種集裝箱碼頭管理系統(tǒng)，包括覆蓋全部碼頭區(qū)域的無線網絡、作業(yè)機械上的無線終端設備、若干計算機信息處理裝置，以及相關模糊邏輯推理程序模塊。所述集裝箱碼頭管理系統(tǒng)框架是一個三層的系統(tǒng)立體結構和一個可不斷擴展的平面結構。系統(tǒng)的三層結構是業(yè)務處理層、綜合管理層和管理決策支持層，這三個層次體現了本次優(yōu)化工程的各類業(yè)務/管理要素和信息系統(tǒng)的各個應用層面。實際上，在每個系統(tǒng)層次上，分離的子系統(tǒng)和分系統(tǒng)，需要進一步整合起來，在業(yè)務管理規(guī)范化的同口小需要保障數據的一致性和規(guī)范處理流程，需要保證基礎數據和代碼的統(tǒng)一。同時，隨著管理的深化和技術手段的進步，每個系統(tǒng)層次上的應用還可以不斷擴展，能夠擴大整個集裝箱碼頭管理系統(tǒng)的內涵，見圖1集裝箱碼頭管理系統(tǒng)三層結構的邏輯處理流程。
權利要求
1.一種集裝箱碼頭管理方法，其特征在于包括如下步驟(a)將集卡在不同集裝箱區(qū)域的直線長度通過非線性尺度變換轉化為距離點度量，對該距離進行模糊分割，建立相應的距離論域、距離模糊集合，距離模糊集合隸屬度函數，所述距離點度量的表達式為N=Δ10*|iA-iB|+|jA-jB|+|kA-kB|,]]>A點的位置表示為(iA，jA，kA)，B點的位置表示為(iB，jB，kB)；(b)對不同集裝箱作業(yè)的重要性進行模糊分割，建立相應的重要性論域、重要性模糊集合，重要性模糊集合隸屬度函數；(c)對碼頭箱區(qū)內龍門吊數量進行模糊分割，建立相應的龍門吊數量論域、龍門吊數量模糊集合，龍門吊數量模糊集合隸屬度函數；(d)對龍門吊下等候的集卡數量進行模糊分割，建立相應的龍門吊下等候的集卡數量論域、龍門吊下等候的集卡數量模糊集合，該龍門吊下等候的集卡數量模糊集合等同于相應描述響應迅速程度的模糊集合，由此確立相關響應迅速程度模糊集合隸屬度函數；(e)根據模糊控制規(guī)則表達式Riifx is Ai，……and y is Bi，then z＝Ci(x，……y)分別建立包含距離模糊集合和重要性模糊集合的集卡綜合狀態(tài)評估模糊調度規(guī)則庫和包含龍門吊數量模糊集合和響應迅速程度模糊集合的集裝箱模糊堆放規(guī)則庫，其中Ri為模糊控制規(guī)則，x、y和z是代表系統(tǒng)狀態(tài)和控制量的語言變量，Ai、Bi、Ci分別是x、y、z的語言值，x、y和z分別有各自的論域；(f)調度人員或計算機系統(tǒng)依據上述集卡綜合狀態(tài)評估模糊調度規(guī)則庫和集裝箱模糊堆放規(guī)則庫對集卡全場調度方案和集裝箱全場堆放方案進一步模糊推理確立最終集裝箱碼頭管理方案。
2.根據權利要求1所述的一種集裝箱碼頭管理方法，其特征在于步驟(a)中所述距離模糊分割為1，2，3，4，5，6，7，＞7，即為距離論域z＝{1，2，3，4，5，6，7，＞7}，其中1，2，3，4，5，6，7分別表示該距離在堆場或碼頭的同一作業(yè)區(qū)域，＞7代表該距離在不同作業(yè)區(qū)域，由此建立具有8個變量相應描述距離的模糊集合，確定該模糊集合的隸屬度函數。
3.根據權利要求1所述的一種集裝箱碼頭管理方法，其特征在于步驟(b)中所述不同集裝箱作業(yè)的重要性劃分依據是“越是重要的作業(yè)，配備越多的集卡”，所述重要性模糊分割為≤0，1，2，3，4，5，6，≥7，重要性論域y＝{≤0，1，2，3，4，5，6，≥7}，建立具有5個變量的重要性模糊集合，確立重要性模糊集合隸屬度函數。
4.根據權利要求1所述的一種集裝箱碼頭管理方法，其特征在于步驟(c)中所述龍門吊數量模糊分割為0，1，2，3，即為龍門吊數量論域z＝{1，2，3，4，5，6，7，≥7}，由此建立具有4個變量相應描述龍門吊數量的模糊集合，確定該模糊集合的隸屬度函數。
5.根據權利要求1所述的一種集裝箱碼頭管理方法，其特征在于步驟(d)中所述龍門吊下等候的集卡數量模糊分割為0，1，2，3，4，5，6，≥7，龍門吊下等候的集卡數量論域z＝{0，1，2，3，4，5，6，≥7}，由此建立具有5個變量相應描述龍門吊下等候的集卡數量的模糊集合，確定該模糊集合的隸屬度函數。
6.根據權利要求1所述的一種集裝箱碼頭管理方法，其特征在于步驟(f)中對于多輸入多輸出系統(tǒng)所述模糊推理方法表達式為R={RMIMO1,RMIMO2,······,RMIMOn},]]>其中RMIMOi，如果X是Aiand……and Y是Bi，則Zi是Ci，……，Zq是Di，RMIMOi前提條件構成了在直積空間X×……×Y上的模糊集合Ai×……×Bi，結論是q個控制作用的并。
7.實現權利要求1所述集裝箱碼頭管理方法的集裝箱碼頭管理系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括覆蓋全部碼頭區(qū)域的無線網絡、作業(yè)機械上的無線終端設備、若干計算機信息處理裝置，以及相關模糊邏輯推理程序模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集裝箱碼頭管理方法及其系統(tǒng)，其特征在于對集卡在不同集裝箱區(qū)域的直線長度通過非線性尺度變換轉化為距離點度量，對該距離以及不同集裝箱作業(yè)的重要性、碼頭箱區(qū)內龍門吊數量和龍門吊下等候的集卡數量應用模糊技術進行分割，建立相應的論域、模糊集合，模糊集合隸屬度函數，并根據模糊控制規(guī)則表達式R
文檔編號B65G43/10GK1548353SQ0311684
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月9日 優(yōu)先權日2003年5月9日
發(fā)明者黃有方, 包起帆, 李冠聲, 繆強, 史建民, 沈聯紅, 王玲, 劉海威 申請人:上海浦東國際集裝箱碼頭有限公司, 上海國際港務(集團)有限公司