装箱码头堆场翻箱技术
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装箱码头堆场翻箱技术
2010年4月14日 阅读次数: 130 新闻作者:上海海事大学 刘振宝
摘要 针对集装箱码头堆场翻箱效率低下和成本较高的问题，对国内外翻箱技术的研究现状进行分析和总结，提出未来研究方向：与实际相结合；改进算法；实现操作系统的可视化。
关键词 集装箱码头；翻箱；算法
1翻箱问题概述
集装箱码头堆场翻箱可分为装船翻箱、提箱翻箱和移箱翻箱等3种类型。移箱翻箱通常为小概率事件，虽然可能导致无效作业时间增加，但对港口服务效率一般不会产生太大影响；提箱翻箱是由于客户提箱顺序与堆场堆箱顺序不匹配造成的，对码头进提箱作业效率有一定影响，造成作业成本上升；装船翻箱主要是由于出口堆场安排不合理或配载安排不合理等原因造成的，对港口服务效率有直接影响，导致作业成本增加。
随着我国对外贸易的蓬勃发展,集装箱海运需求不断增长,港口集装箱吞吐量也随之增加。通过优化码头堆场翻箱作业，改进翻箱技术，可有效降低码头作业成本，提高码头作业效率,改善服务质量，增强港口竞争力。
2翻箱技术研究现状
2.1国内研究现状
2.1.1简单原则
王新颖提出处理堆场翻箱问题的简单原则：
（1）贝内翻箱原则 即同一贝位的集装箱不翻往其他贝位，以减小移箱距离，提高发箱和翻箱作业效率。 （2）就近翻箱原则 即将集装箱翻往最近的可用列中的较矮列，以减小移箱距离，加快发箱速度，缩短集卡等待时间。
（3）最矮原则 即将集装箱翻往同一贝位内的最矮列，以尽量拉平该贝位各列的堆存高度。
除上述原则外，适用于翻箱作业的原则还有远离车道原则和随机原则等。
2.1.2装船翻箱和提箱翻箱的控制方法
张艳等针对装船翻箱和提箱翻箱提出相应的控制方法。
2.1.2.1装船翻箱的控制方法
（1）合理安排堆场场地，并加强出口箱的装船前移位和退关箱的归位工作。
（2）适当采用“浮面”作业，即在装船前主动进行有效的翻箱作业，将待装船箱移至最上层，避免装船过程中再进行翻箱作业，从而提高装船效率。
（3）事先确定作业路数和装船顺序，利用系统模拟装船过程，控制翻箱量。
（4）中转比例较高的集装箱码头应当坚持出口中转箱优先卸船选位的原则，即在中转箱卸船时就考虑其二程船的装船要求，从而降低出口中转箱的翻箱率，提高出口中转箱的装船效率。
（5）将装船效率纳入配载人员的考核指标，从而提高配载质量，降低翻箱率。
2.1.2.2提箱翻箱的控制方法
一般情况下，进口箱作业遵循“先进先出”的原则，最理想的情况是进口箱不压堆场上原有的集装箱；但在实际作业中，由于堆场使用率较高，或在卸船作业开始前未及时对进口箱区进行合理的归、并、转等作业，导致进口箱不得不堆放在原有集装箱的上层，造成进口箱后续提箱时发生翻箱作业。进口箱提箱翻箱的主要控制方法如下：
（1）对于进口重箱，可利用卸船前获取的舱单信息，对集装箱进行群组编号，卸船时将群组编号相同的集装箱集中堆放，通过预约实现不指定箱号提箱，从而达到降低翻箱率的目的。采用这一方法需要建立完善的预约平台，并与口岸环节相配合。
（2）对于进口空箱，通过与客户（一般为港外堆场）签订成批驳箱协议，采取事先预约的方式，实现不指定箱号提箱，进而实现“零翻箱”。
（3）对于因进口重箱堆存期不同而造成的翻箱，可采取有计划的规避方法，即将堆存期较长的进口重箱与其他进口重箱分列堆放，以减少翻箱。
2.1.3广度优先搜索法 董琳等将翻箱问题抽象为从初始状态到目标状态的过程，从理论上说明可采用广度优先搜索法求得目标状态。广度优先搜索流程见图1。
在实际应用中，由于数据量大且计算过程耗时长，需对广度优先搜索进行限制和优化。
2.1.4整数规划模型
白治江等提出堆场翻箱问题的整数规划模型。对已知的初始堆码状态,在同一贝位内翻箱，使最终堆码状态满足积载计划所规定装船顺序的要求，并使翻箱次数最少。
2.1.5启发式算法及其改进算法
徐亚等对翻箱和倒箱作业中落箱位置的确定进行研究，提出启发式算法H及其改进算法IH。仿真实验结果表明，启发式算法H及其改进算法IH在求解的效果和稳定性方面均明显优于原有的启发式算法OH，其中改进算法IH与算法H相比又有进一步的提高。
2.2国外研究现状
WATANABE提出简易索引法，这种方法可估算集装箱码头跨运车系统和起重机系统重置集装箱的数量。
CASTILHO等分析进口集装箱码头，并针对进口集装箱码头堆场的翻箱作业提出相应的操作策略。 KIM提出在随机检索集装箱的情况下集装箱重置数量的计算公式，并证实其在精确性方面优于前人的方法，有利于实现集装箱重置数量的最小化。
KIM等提出针对出口箱定位的数学模型、动态方法和决策树。较重的集装箱可能最早装船，因此，将较重的集装箱堆放到较高层可减少集装箱重置数量。
AVRIEL等为优化装船流程研究集装箱重置问题，并提出01整数规划模型和启发式算法模型。
KIM等提出确定翻箱位置的2种方法，即分支定界算法和启发式算法，并对这2种算法进行比较，结果表明，启发式算法的实时性较好。
3目前研究存在的不足
（1）由于造成码头堆场翻箱的原因很多，而且现实中各个码头的实际情况不尽相同，导致目前的翻箱优化研究难以考虑所有情况，得出的算法无法完全满足实际操作要求。
（2）算法优化程度不够。翻箱研究本质上是寻求最优策略的过程，需要通过运用多种算法解决这一问题，并应用于实例对不同算法的结果进行比较，寻求最优算法。
（3）在堆场翻箱作业中，缺乏与实际问题相结合且操作简单的可视化操作系统。
4未来研究方向
从目前国内外对集装箱码头堆场翻箱技术的研究来看，国内侧重于实际操作经验的分析和总结，国外则主要通过解决集装箱检索和定位问题实现翻箱优化。
在码头堆场翻箱技术的研究中，与实际相结合是研究的基础，算法优化是研究的关键，可视化操作系统是研究的最终表现形式；因此，未来集装箱码头堆场翻箱技术的研究方向如下：
（1）与实际相结合 未来堆场翻箱技术的研究应当与实际相结合，从而尽可能全面地解决实际问题。
（2）改进算法 对现有算法进行改进，从而提高求解速度和优化程度。
（3）实现操作系统的可视化 实现操作系统的可视化，改进输入输出的方式，从而提高翻箱作业的效率。
本项目是根据我国大力发展智能港口的指导政策，结合市场需求，跟踪国内外集装箱作业管理的先进经验，自主创新，应用高精度GPS定位、地理信息系统、计算机、运筹规划等技术，对现有的集装箱作业管理流程进行有效整合，开发形成适应多种港口作业应用环境下（不同的集装箱作业操作系统、无线通信系统、作业机械电控系统等）的集装箱作业管理、作业机械控制及可视化调度、监控管理系列软硬产品的高技术应用项目。
本项目以集装箱行业为卫星导航的应用领域，重点研究目前高精度GPS在集装箱堆场复杂环境下的多路径消除技术、GPS卫星遮挡下的组合定位以及快速RTK重收敛等技术，实现集装箱作业的全过程管理、控制，促进港口经济的发展。根据港口码头集装箱企业的不同需求和应用环境，进行产品通用性、软件重构、软件工程化研究，以适应不同港口作业操作系统、作业机械、无线通信网络、应用软件平台，形成系列产品。同时将原来的作业监控应用提升到作业计划、控制、事后统计分析与可视化调度管理的应用层面。上述技术的研究，有利于推动港口码头及相关运输车辆的定位应用，产生示范效应，推动卫星导航定位技术在其他行业的实际应用。
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