专利名称：集装箱码头运营系统中船舶排队模型的建模方法
技术领域：
本发明涉及一种集装箱码头物流运营通用性仿真系统的建模方法，特别涉 及一种集装箱码头运营系统中船舶排队模型的建模方法。
背景技术：
仿真是一种基于模型的活动，系统仿真就是建立系统模型并在模型上进行 试验。建模与仿真技术在港口码头系统上的应用，是伴随着模拟技术本身的发 展和港口码头机械化、自动化水平的提高而深入的。综观国内外文献，国外学 术界从上世纪90年代末开始对集装箱码头建模与仿真研究逐渐升温。与国外 相比，国内对集装箱物流系统仿真与建模的研究目前还处在起步阶段，但自 2000年以来进展十分迅速。运用计算机仿真对集装箱码头系统规划和管理进行 研究已经成为热点问题。目前对于集装箱码头物流运营系统的建模与仿真研究，在通用性建模与仿 真理论领域尚存在以下问题(1) 通用性建模与仿真是一个具有挑战性和创新性的研究领域。 目前现有技术尚缺乏在两类领域(操作型仿真和战略型仿真)均适用的通用性建模理论的研究，而适用于战略型仿真和操作型仿真并适合各种典型工艺 系统的通用性建模与仿真理论，将为基于离散事件动态系统的集装箱码头物流 运营系统建模与仿真提供一个较为清晰的全貌、框架和体系。由于集装箱码头 物流运营系统是一个离散事件动态系统，具有随机性、复杂性和动态性特征， 建模的难度较大。因此，研究该领域通用性仿真建模与仿真系统是一个具有挑 战性和创新性的研究领域。(2) 建模与仿真系统只适用于一个港口对象不利于利用仿真系统进行经 验积累和规律寻求。对于以集装箱码头为研究对象的仿真与建模研究往往以具体港口为背景 展开。已经开发的集装箱码头物流仿真系统也是将一个具体港口作为研究对象3或者为了解决某一个具体的问题而设计，旨在为这些港口提供解决方案。国外研究涉及的港口有鹿特丹港、釜山港、Virginia港、Los Angeles港、新加坡的 Brani港、Riga港、马来西亚的Kelang集装箱码头、Gdansk港[等港口。国内 研究涉及的港口有上海、香港和宁波等。在此背景下，使得每一次建模只能适 用于一个对象，不仅对需求的响应较慢，而且不利于利用仿真系统进行经验积 累和规律寻求。(3 )利用非港口专用仿真的仿真软件建模难以覆盖港口的所有管理和运 营环节的仿真。由于这些专用仿真语言(如Flexsim等)的建模方法是在软件中给定的， 而该软件由于是非港口专用仿真的仿真软件普适于多种系统，但却不能覆盖港 口的所有管理和运营环节的仿真。因此其建模规则相较于集装箱码头物流运营 系统的建模规则显得狭小，并且不完全匹配。使用这些软件建模与仿真适用于 集装箱码头的单一环节或分割环节的研究，而在对于要求整体性研究的集装箱 码头的物流系统仿真时往往表现出削足适履的特征。
发明内容
本发明针对上述现有技术在集装箱码头物流运营系统的建模与仿真研究 所存在的问题，而提出了一种适用于集装箱码头物流运营系统的通用性建模与 仿真的船舶排队模型的建模方法。为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案集装箱码头运营系统中船舶排队模型，所述所述模型通过以下步骤实现(1) 设置仿真的循环累计时间TotalTime为0和总仿真时间T;(2) 判断循环累计时间TotalTime是否不小于T，若是转入步骤(3)，若 不是转入步骤(4);(3) 计算各种与船型有关的指标，将得到的结果存入数据库，并进入装 卸船生产模型；(4) 有船舶到港时间分布，产生一个船舶Ship的到港时间间隔Interval, 继而得到该船Ship的绝对到港时间Time,同时使得循环累计时间TotalTime 加上时间间隔Interval;(5) 再由船舶到港船型分布，产生该船Ship的船型Type;同时根据船型 Type和到港船型特征得到船舶的长度ShipLen和泊位需要为每艘船舶留出的超 过船舶长度的富余间距Room,并由船型对照得到该船Ship的总载箱量 TotalLoad;(6) 由船舶装卸几率分布，产生该船Ship的装卸类型HandleType，再由 装卸率和总载箱量TotalLoad得到该船Ship的实际装卸量；(7) 若该船Ship的装卸类型HandleType只是装船，则由装卸箱率分布得 出该船Ship的装箱数Load;若该船Ship的装卸类型HandleType只是卸船， 则由装卸箱率分布得出该船Ship的卸箱数Unload;该船Ship的装卸类型 HandleType是即装船又卸船，则由装卸箱率分布分别得出该船Ship的装箱数 Load和卸箱数Unload;(8) 该时间隔Interval的内仿真建模结束，将得到的结果存入数据库，并 转入步骤(2)。所述步骤(4)由船舶到港时间间隔的分布，通过随即数据的拟合产生船舶的到港时间间隔。到港时间间隔的分布由两种方式产生1)由实际数据拟 合而成某种分布；2)由仿真软件使用者在窗口选择某种分布模式并给定参数 数值。根据上述技术方案得到的本发明能够解决集装箱码头在仿真时间内的每 一个时刻将到达什么类型的船舶；该船舶是只装不卸、只卸不装、还是同时装 卸；装卸量为多少。本发明实现步骤简单，使得整个的建模简单容易实现；同 时其所实现的模型适用于集装箱码头物流运营系统通用性的建模与仿真。
以下结合附图和具体实施方式
来进一歩说明本发明。 图l为本发明实现的流程图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体图示，进一步阐述本发明。船舶排队仿真模型主要解决的问题是集装箱码头在仿真时间内的每一个 时刻将到达什么类型的船舶；该船舶是只装不卸、只卸不装、还是同时装卸；装卸::为多少"船舶排队仿真模型为装卸船生产仿真模型产生未来时间列表——仿真期 间所有到港船只的集合，设计模型运行的目的是为另外三个模型服务，它使不 确定队长及船舶到达时间变为确定的，以方便另外三个模型仿真运算时直接调 用。同时将队长、船舶到达时间以及相应的船型特征等记录在数据库中。该方法确定船型特征由编号、最大载箱量、船长、停靠时要求船与船之间的间距，以及停靠后需要的装卸桥数量所组成；同时将船舶到达间隔时间、到达的船型的比例、准备在该集装箱码头装或卸多少集装箱都设定为随机变量。其实现步骤如
图1所示该模型的主要输入变量集合为57^7)^,MaTZ//"e'A/z>7 Z/we，幼^/ ew，7 oo附义兀ZY^Z/ ,SC MxcZoad i,Re a/Zoad i，丄z'wei，爿mVeTY附ei = j M"x丄o^/ 2,Re a/ZoaJ 2工/we2，JmVe 7附&对于同类船型来说，所有船舶以下变量一致，其具体含义如下ShipType为船型名称；MaxLine为作业线上限；MinLine为作业线下限； ShipLen为船长；Room为泊位需要为每艘船舶留出的超过船舶长度(富余间 距)；Z为装船几率；X为卸船几率；ZX为同时装卸几率，Z+X+ZX=1， SC为船舶在港费用。对于同类船型来说，以下变量每个船舶均不同，各个变量的具体含义如下:MaxLoadi为最大载箱量；RealLoadi为实际载箱量；ArriveTimei为船舶到港时间，由分布确定i-l， 2， ...， kl。该模型的主要输出变量集合为-Re "//4r〃'wri, //^mZ/e7);戸,丄0^iFz'加,f/"/o"(iF/加, Re "L4rn'veT2， iY"打6ffeT)/pe2,丄oarfF7n^2, L^/oat/FzVsh,2， t/"/oac/ 2Re "L4m'wIVi，他 W/er^pe/n,丄oa^Fir5to, CMoa^iFz'rsto,oatfei， LW0acfe1 主要输出变量含义RealArriveTi为实际到锚地时间；HandleTypei为船舶装卸特征，0:只装， 1:只卸，2:既装又卸；LoadFirsti为先装船；UnloadFirsti为先卸船；Loadi 为实际装箱数；Unloadi为实际卸箱数i-l， 2， ...， kl。基于上述定义，本模型的具体实现步骤如下 (1 )有参数输入模块设置仿真的循环累计时间TotalTime和总仿真时间T;(2) 判断循环累计时间TotalTime是否不小于T，若是转入步骤(3)，若 不是转入步骤(4);(3) 根据模型中处理的结果计算各种与船型有关的指标，将最后得到的 结果存入数据库，并进入装卸船生产模型；(4) 有船舶到港时间分布，产生一个船舶Ship的到港时间间隔Interval, 继而得到该船Ship的绝对到港时间Time,同时使得循环累计时间TotalTime =TotalTime+Interval;(5) 再由船舶到港船型分布，产生该船Ship的船型Type;同时根据船型 Type和到港船型特征得到船舶的长度ShipLen和泊位需要为每艘船舶留出的超 过船舶长度(富余间距)Room,并由船型对照得到该船Ship的总载箱量 TotalLoad;(6) 由船舶装卸几率分布，产生该船Ship的装卸类型HandleType，再由 装卸率和总载箱量TotalLoad得到该船Ship的实际装卸量；(7) 若该船Ship的装卸类型HandleType只是装船，则由装卸箱率分布得 出该船Ship的装箱数Load;若该船Ship的装卸类型HandleType只是卸船， 则由装卸箱率分布得出该船Ship的卸箱数Unload;该船Ship的装卸类型 HandleType是即装船又卸船，则由装卸箱率分布分别得出该船Ship的装箱数 Load和卸箱数Unload;(8) 该时间隔Interval的内仿真建模结束，将得到的结果存入数据库，并 转入步骤(2)。本发明明确组成船舶排队仿真模型的锚地、船舶、泊位三种实体及其属性； 分析三种实体的状态和活动，以及相互间的影响；考察那些导致了活动开始或 结束输入-输出变量及其相互关系。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本 发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1、集装箱码头运营系统中船舶排队模型的建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)设置仿真的循环累计时间为0和总仿真时间；(2)判断循环累计时间是否不小于总时间，若是转入步骤(3)，若不是转入步骤(4)；(3)计算各种与船型有关的指标，将得到的结果存入数据库，并进入装卸船生产模型；(4)有船舶到港时间分布，产生一个船舶的到港时间间隔，继而得到该船的绝对到港时间，同时使得循环累计时间加上时间间隔；(5)再由船舶到港船型分布，产生该船的船型；同时根据船型和到港船型特征得到船舶的长度和泊位需要为每艘船舶留出的超过船舶长度的富余间距，并由船型对照得到该船的总载箱量；(6)由船舶装卸几率分布，产生该船的装卸类型，再由装卸率和总载箱量得到该船的实际装卸量；(7)若该船的装卸类型只是装船，则由装卸箱率分布得出该船的装箱数；若该船的装卸类型只是卸船，则由装卸箱率分布得出该船的卸箱数；该船的装卸类型是即装船又卸船，则由装卸箱率分布分别得出该船的装箱数和卸箱数；(8)该时间隔的内仿真建模结束，将得到的结果存入数据库，并转入步骤(2)。
2、 根据权利要求1所述的集装箱码头运营系统中船舶排队模型的建模方 法，其特征在于，所述步骤(4)由船舶到港时间间隔的分布，通过随即数据 的拟合产生船舶的到港时间间隔。
全文摘要
本发明公开了集装箱码头运营系统中船舶排队模型的建模方法，该方法确定船型特征由编号、最大载箱量、船长、停靠时要求船与船之间的间距，以及停靠后需要的装卸桥数量所组成；同时将船舶到达间隔时间、到达的船型的比例、准备在该集装箱码头装或卸多少集装箱都设定为随机变量。本发明实现步骤简单，使得整个的建模简单容易实现；同时其所实现的模型适用于集装箱码头物流运营系统通用性的建模与仿真。
文档编号G06F17/50GK101599096SQ200910048510
公开日2009年12月9日 申请日期2009年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者梅 沙 申请人:上海海事大学