基於系統復原式策略的貨櫃碼頭運作干擾管理

《基於系統復原式策略的貨櫃碼頭運作干擾管理》是依託上海交通大學，由金建鋼擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於系統復原式策略的貨櫃碼頭運作干擾管理
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：金建鋼
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

貨櫃碼頭是一個動態性很強的複雜系統，碼頭作業常常受到諸如船期延誤、設備故障等許多干擾事件的影響。在實際作業中，對碼頭運作的干擾管理主要依賴於工作人員的以往經驗。然而經驗式的干擾管理一般只能套用於系統擾動較小的干擾事件和小規模的作業系統，且只能滿足被動式的應急管理需求。本項目基於系統復原式的干擾管理策略，對碼頭作業系統的干擾管理模型及算法進行科學研究。具體內容包括：首先，構建碼頭作業系統復原性能的定量評估指標，並提出相應的泊位-岸橋聯合系統的復原性能評估框架；其次，針對碼頭作業系統外部和內部兩類不同的干擾事件，提出干擾事件發生和發展過程中的碼頭作業反饋式應急回響模型；最後，基於所提出的系統復原式策略，建立“前饋-反饋”兩階段的主動式碼頭作業干擾管理模型。本項目旨在構建有效的碼頭作業干擾管理模型及算法，為碼頭工作人員應對干擾事件做出理論和最佳化模型上的決策支持。

結題摘要

貨櫃港口作業常常受到諸如船期延誤、設備故障等許多干擾事件的影響，實際的干擾管理依賴於經驗豐富的操作人員，缺乏科學的決策支持。本項目基於系統復原式的干擾管理策略，對碼頭作業系統的干擾管理模型及算法進行科學研究。首先，從被動式干擾管理的角度，本項目採取適應性調度方法，對貨櫃碼頭泊位和岸橋調度提出了實時干擾恢復理論方法，以原始計畫目標的調正和恢復成本的最小化為雙目標建立混合整數最佳化模型，採用了基於Squeaky Wheel Optimization的啟發式算法，探索了延遲船舶數量、損壞岸橋數量、速遣船舶數量等因素對於結果的影響。其次，從主動式干擾管理的角度開展了貨櫃轉運港戰術層面泊位及堆場協同分配研究，提出了主動式調整支線船舶進港時間從而來平衡岸側作業分布策略，並開發了混合整數線性規劃模型，並基於模型的結構特點從而利用Danzig-Wolfe技巧重新調整模型，提出了高效的列生成算法。第三，本項目開展了貨櫃轉運港擁堵情形下的支線規劃及調度研究，針對擁堵港口的遠洋航線同支線轉運的問題，開展了系統性規劃支線服務網路的理論方法；開發了一個混合整數規劃模型，並針對模型結構性質，採用Danzig-Wolfe方法提出了列生成模型，以及改進的定向列生成算法和列生成-啟發式混合算法。最後，本項目將干擾管理策略拓展至航線規劃及調度，並針對北冰洋航線開展運營運風險分析及應急管理模型研究；本項目針對貨櫃運輸過程中的各種干擾風險，量化分析了北極航線上貨櫃運輸的各項干擾與恢復成本。同時，考慮了船舶航速的在貨櫃運輸營運成本中的重要影響，建立了新的北極航線貨櫃運輸營運成本模型，為北極航線面臨的干擾風險的量化分析方法提供了一定的借鑑。綜上，本項目為港口運作的干擾管理開發了一系列高效的數學最佳化模型及算法，為實際港口開展干擾管理及調度提供了理論決策支持。本項目的研究工作在Transportation Research Part B、Part E等交通物流主流期刊上發表了8篇SCI期刊論文。