基于混合整数模型与贪婪遗传算法的集成式连续泊位分配及时不变专用码头起重机调度方法

《Scientific Reports》：Integrated continuous berth allocation with time-invariant specific quay crane assignment using a mixed-integer model and greedy genetic algorithm

　　

摘要

在船舶流量不断增加而海岸线容量有限的背景下，有效协调泊位和码头起重机资源对于提升集装箱码头的运营效率至关重要。本文研究了一个综合优化问题，该问题将连续的泊位分配与时间不变的特定码头起重机指派相结合。与仅确定每艘船所分配的码头起重机数量的研究不同，本研究在考虑实际运营约束的情况下，明确指定了被分配的码头起重机的具体身份，这些约束包括连续的泊位位置、针对不同船舶的起重机数量限制、相邻起重机的指派要求、船舶之间不重叠、起重机容量以及起重机不得交叉运行等条件。研究构建了一个混合整数规划模型，旨在最小化船舶在港口停留的总时间。为高效解决中大规模问题，研究人员开发了一种贪婪遗传算法，该算法结合了贪婪初始化、进化搜索、基于解码的可行性检验以及针对不可行后代的修复操作。该算法旨在在恢复泊位空间和起重机资源约束下的可行性的同时，保留有用的遗传信息。研究使用了中国辽宁一个集装箱港口的真实运营数据以及不同规模的模拟案例进行计算实验。结果表明，所提出的方法能够在合理的计算时间内得到高质量的可行调度方案。进一步的消融实验表明，贪婪初始化和修复机制都有助于提升性能，其中修复机制在平均解决方案质量和稳定性方面带来了最为显著的提升。这些研究结果说明，所提出的方法适用于那些需要明确指定起重机身份并快速生成可行调度方案的综合性海上调度问题。