考虑场桥效率的集卡失约优化仿真

2023-03-29张宝国

计算机仿真 2023年2期

赵旭，张宝国，索浩

(大连海事大学交通运输工程学院，辽宁大连 116026)

1 引言

近年来，由于我国日益完善的集装箱港口硬件设备，集装箱吞吐量快速增加，港口堆场集装箱进出口流动大，这对集卡的运输效率提出了更高的要求，集卡预约系统能够降低集卡港内周转时间和排队等待时间，但是受客观因素影响，有部分集卡难以在预约时间段到达，这就造成了集卡的失约现象。现实情况中，集卡预约系统的实施效果是受到现实因素干扰的，比如交通堵塞、天气变化等带来的不确定性因素，增加了集卡的失约率，干扰了以降低排队时间为目标的集卡预约系统，并且一旦失约集卡的数量过多，甚至会造成原本预约模式的不可行。在集卡预约系统中，集卡的早到和晚到或未预约集卡的进入港口都会对港口的服务水平产生影响。这种干扰会造成港口设备的重叠使用，并且增加集卡的港内周转时间，并且造成集卡公司的营运成本增加。

国内外学者在集卡预约方面己开展了众多前沿性的研究，取得了重大进展。一些研究致力于评价集卡预约系统的效果[1]，典型研究如Giulianoa和Erera[2]分析了集卡预约系统对闸口排队和碳排放的影响。Namboothiria和Erera[3]以最小运输成本为目标构建了集卡调度模型，研究了集卡预约对集卡车队的影响。Zhao和Goodchild[4]则考虑堆场翻箱，得出集卡预约可以降低堆场翻箱率。

为提高集卡预约系统效率，一些学者针对预约系统的设计与优化问题开展了研究。如，Huynh和Walton[5]通过仿真集卡在集装箱码头的作业过程，以码头和集卡车队效益最大为目标，通过设定实施目标，利用数学模型获得每个时间段可接受的最大集卡数量。由于集卡到达的随机性，刻画集卡到达闸口的过程较为复杂，一些学者针对码头集卡服务排队问题开展了研究，Guan和Liu[6]利用M/EK/c排队模型计算集卡的排队的平均队长，在此基础上构建了预约优化模型。集卡预约系统属于随机服务系统，准确把握集卡排队规律是预约决策的基础，由于集卡到达具有随时间变化的非稳态特征，传统的稳态排队模型虽然可得到集卡排队的平均情况，但不能准确反映集卡的到达规律，为解决此问题，非稳态排队论逐渐得到应用，如Chen[7]建立集卡预约优化模型，利用非稳态排队模型计算集卡在闸口的等待时间，以此为依据优化集卡预约份额。

这些研究为集卡预约实践提供了理论基础，但仍然存在以下问题：1)集卡预约系统没有将失约现象作为重要影响因素；2)失约现象下集卡在闸口和堆场等待时间如何计算；3)能否调整闸口和堆场效率来降低失约带来的损耗。

基于上述问题，本文以揭示预约机制下的集卡到达与服务规律、考虑集卡失约的情况最小化集卡等待时间为目标，运用马尔可夫、排队论和干扰管理等理论，将失约作为主要的影响因素，以集卡等待时间最小化为目标，利用python进行仿真进行深入探讨并详细的数值分析。

2 模型建立

2.1 问题描述与基本假设

外集卡预约系统旨在降低闸口和堆场拥堵问题，提高港口工作效率，充分利用场桥等资源。预约系统的执行在于集卡公司和码头运营者进行良好沟通，确定每一个时间段集卡到达数，也就是每个时间段的预约份额。预约份额的确定一方面在于货量的多少，另一方面在于码头有多少资源来提供服务。本文不考虑货量，只考虑闸口效率和堆场效率以及场桥的利用率。本文中如无特别指定，集卡统一指外集卡。

本文研究中，外集卡港内工作流程如下所示。如图1。