如何發(fā)表論文基于禁忌搜索方法的集裝箱配載問題研究

　　摘要:集裝箱運(yùn)輸具有“快速、安全、質(zhì)優(yōu)”的特性,已經(jīng)成為交通運(yùn)輸現(xiàn)代化的重要標(biāo)志和國際貿(mào)易的首選方式。配載作為集裝箱運(yùn)輸過程的一個(gè)核心環(huán)節(jié),目的是尋求一種滿足倒箱最少和作業(yè)高效的裝載方案。在實(shí)地調(diào)研寧波港3期碼頭的基礎(chǔ)上,結(jié)合遺傳算法,設(shè)計(jì)了基于禁忌搜索算法的集裝箱配置算法,優(yōu)化了原有的裝箱算法,提高了工作效率,對(duì)集裝箱碼頭的現(xiàn)代化管理有廣泛的工程背景和應(yīng)用價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞:集裝箱,配載,禁忌搜索,港口,遺傳算法,如何發(fā)表論文

　　港口業(yè)一直是寧波的支柱產(chǎn)業(yè),港口的發(fā)展拉動(dòng)了寧波數(shù)以千計(jì)的外貿(mào)產(chǎn)業(yè),也推動(dòng)了寧波的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。如何打造寧波的港口業(yè)一直是學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)問題,而集裝箱配載作為港口的一個(gè)重要環(huán)節(jié),在港口運(yùn)輸過程中占有了重要的地位。它確定了集裝箱在船上的具體位置,形成集裝箱裝卸順序,理想的配置方式可以提高了港口的工作效率,減少了翻箱的次數(shù),保證了船舶和貨物的安全職稱論文。

　　配置是在保證船舶穩(wěn)定性和強(qiáng)度的基礎(chǔ)上,根據(jù)基本的配置原則,把一定的貨物裝載到船倉的過程。研究的對(duì)象是集裝箱。集裝箱碼頭的配置過程如下:

　　1 集裝箱碼頭配置的作業(yè)流程

　　集裝箱的配置過程分為六步,具體如下:

　　第一步:確定裝艙貨物卸港的先后次序,后到港的集裝箱放在艙內(nèi),先到港的集裝箱后裝或放在甲板上,裝箱的過程中航次貨運(yùn)量不得大于航次凈載重量,即貨物總的裝箱數(shù)量不能超過船舶在當(dāng)前港口能裝載的總箱數(shù)。第二步:依次向艙內(nèi)安排貨物。按分艙的結(jié)果,向艙內(nèi)裝載貨物,按卸港的順序和箱子的重量將集裝箱安排到具體的箱位。第三步:計(jì)算穩(wěn)性和總強(qiáng)度。根據(jù)船舶數(shù)據(jù)資料及集裝箱在船上的具體安排情況,計(jì)算船舶相關(guān)的穩(wěn)性和總強(qiáng)度數(shù)據(jù)。第四步:調(diào)整。根據(jù)穩(wěn)性和總強(qiáng)度計(jì)算的結(jié)果對(duì)個(gè)別集裝箱的位置進(jìn)行調(diào)整,以保證滿足穩(wěn)性和總強(qiáng)度要求。第五步:預(yù)配。預(yù)配也稱為布置配載,主要是將裝載港的集裝箱按貨物類型、尺寸及目的港組成同類箱組,依據(jù)一定的預(yù)配原則和優(yōu)化目標(biāo)將其分配到船舶的不同Bay位上,確定集裝箱在船上的縱向裝載位置,完成集裝箱在船上的總體布置。第六步:Bay位排箱。Bay位排箱主要是在預(yù)配的基礎(chǔ)上,確定單個(gè)集裝箱在船上Bay位中的具體位置,主要考慮箱子的尺寸、重量,船舶的穩(wěn)性及倒箱等因素,確定集裝箱沿船舶縱向和橫向的合理分布,它將影響船舶的GM、橫傾及扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。

　　具體的集裝箱船每航次一般都要�？慷鄠�(gè)中途港進(jìn)行貨物裝卸,配載時(shí)應(yīng)綜合考慮貨物性質(zhì)、船舶到港順序、貨物重量、裝卸作業(yè)條件,應(yīng)保證中途港貨物順利卸出及中途港貨物裝卸后的船舶性能,具體配載算法可考慮以下啟發(fā)式規(guī)則:①成組指派技術(shù)將集裝箱按貨物類型、集裝箱尺寸、到港順序予以歸類,同一屬性的貨物組成同類箱組;以箱組為單位分別在船上選擇相應(yīng)位置。②當(dāng)貨物屬性不同時(shí),先特殊后一般將貨物按類型劃分為危險(xiǎn)貨物、冷藏貨物及普通貨物.在配載時(shí),應(yīng)首先選擇危險(xiǎn)貨物及冷藏貨物的艙位,然后根據(jù)具本情況適當(dāng)安排普通貨物的艙位。

　　2 配置過程的數(shù)學(xué)函數(shù)和約束條件

　　配載達(dá)到的要求為滿足一定約束條件下最大體積裝載率或重量裝載率,以提高集裝箱的利用率,獲得最佳效益。裝箱的目標(biāo)可描述為其中:n為貨物數(shù);k為集裝箱數(shù);li,wi,hi,gi分別表示貨物的長(zhǎng)、寬、高和質(zhì)量;Lj,Wj,Hj,Mj分別表示集裝箱的長(zhǎng)、寬、高和最大裝載質(zhì)量.貨物裝載時(shí)必須要求:貨物平行于集裝箱的邊放置;貨物不能完全懸空,放置在上層的貨物必須與下層貨物有接觸。

　　配置的具體約束如下:約束一:集裝箱重心位置的約束。為了使集裝箱在運(yùn)輸過程中保持平衡,對(duì)集裝箱的重心位置有一定的要求,即實(shí)際重心與集裝箱的幾何中心的距離不能超過一定的距離(D)。約束二:集裝箱單箱重量約束。為了便于運(yùn)輸與搬運(yùn),集裝箱單箱重量不超過上限。約束三:貨物放置順序約束。實(shí)際裝載過程中盡量做到“大不壓小,重不壓輕”原則,即貨物放置的層有一定的限制。約束四:貨物擺放方位約束。集裝箱長(zhǎng)、寬、高均為L(zhǎng)、W、H規(guī)格,優(yōu)化目標(biāo)為集裝箱的空間利用率最高,即對(duì)一批固定的貨物進(jìn)行轉(zhuǎn)載,使選用集裝箱的數(shù)量最少。

　　3 基于禁忌搜索算法的求解方法

　　禁忌搜索引入了人工智能的記憶機(jī)制,特別對(duì)于一些復(fù)雜問題,顯示出極強(qiáng)的尋優(yōu)能力。禁忌指的是禁止重復(fù)前面的操作。為了防止搜索陷入局部最優(yōu),用一個(gè)叫禁忌表的結(jié)構(gòu)記錄下已經(jīng)到達(dá)過的局部最優(yōu)點(diǎn),在下一次搜索中,利用禁忌表中的信息不再或有選擇地搜索這些點(diǎn),以此來跳出局部最優(yōu)點(diǎn),同時(shí)“遺忘”又使禁忌在一定時(shí)間后失效,最終達(dá)到全局優(yōu)化。我們使用DBSTree的算法來實(shí)現(xiàn)這一思想,具體的操作如下:

　　Step1:初始化箱子容量、箱子標(biāo)號(hào)、物品數(shù)量及各物品所占空間;

　　Step2:以箱子容量為關(guān)鍵值構(gòu)造DBSTree,并為每個(gè)結(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào);

　　Step3:依次裝載每個(gè)物品,如果物品的尺寸大于容量最大的箱子,則將物品拆分,先將超尺寸物品裝入當(dāng)前容量最大的箱子中,如果拆分后物品的殘余部分還大于箱子的容量,則繼續(xù)拆分,否則轉(zhuǎn)Step4。

　　Step4:搜索:尋找最優(yōu)匹配的箱子,假設(shè)該物品所占的空間為s1,尋找大于等于量的關(guān)鍵值:首先從根開始,如果根為空,那么搜索樹不包含任何關(guān)鍵值,查找挫敗,則將丑與根的關(guān)鍵值相比較。

　　Step5:插入:如果箱子未被裝滿,則以箱子的剩余空間更新箱子容量,假設(shè)箱子的剩余空間為e,則首先通過搜索二叉樹來確定要插入的值e的位置,如果搜索不成功,新元素插入到搜索的中斷點(diǎn),轉(zhuǎn)Step7:

　　Step6:刪除:如果箱子已被裝滿,則從樹中刪除最優(yōu)箱子,分三種情況:

　　Case1:要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)t是樹葉:丟棄樹葉結(jié)點(diǎn);

　　Case2: 要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)f只有一個(gè)非空子樹:如果t沒有父結(jié)點(diǎn),則將t丟棄,t的唯一子樹的節(jié)點(diǎn)成為新的搜索樹的根節(jié)點(diǎn);如果t有父結(jié)點(diǎn)node—f,則修改node的指針,使得node指向node的唯一孩子,然后刪除節(jié)點(diǎn)node。

　　Case3: 要?jiǎng)h除一個(gè)左右子樹都不為空的節(jié)點(diǎn)中的元素,將該元素替換為它的左子樹中的最大元素或右子樹中的最小元素。

　　Step7:所有物品都被裝載了嗎?如果是,轉(zhuǎn)Step8;否則轉(zhuǎn)Step3:

　　Step8:輸出所用箱子個(gè)數(shù)、總?cè)萘考把b箱結(jié)果,結(jié)束。

　　4 結(jié)論

　　集裝箱船配載問題是帶有復(fù)雜約束的多目標(biāo)組合優(yōu)化問題,傳統(tǒng)優(yōu)化方法對(duì)此類問題的解決因面臨“組合爆炸”而失去可行性,要解決這個(gè)問題,必須探討新的優(yōu)化方法,在探討新的優(yōu)化算法過程中,重點(diǎn)研究了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、禁忌搜索、蟻群算法及遺傳算法等。考慮到配載問題的復(fù)雜性,單純使用一種算法無法很好的滿足系統(tǒng)建模的要求,最后選擇針對(duì)不同的模型特點(diǎn)采用不同的算法,主要應(yīng)用了禁總搜索算法,布局優(yōu)化中的裝箱算法和隱式圖啟發(fā)式搜索算法等用于解決集裝箱船全航線配載問題。