自动化集装箱码头堆场堆码方法及系统与流程

本发明属于自动化码头设计技术领域，具体地说，是涉及一种自动化集装箱码头堆场堆码方法及系统。

背景技术：

现阶段的人工码头在船舶信息、泊位信息确定过后，需要计划员根据码头泊位信息制定之后一段时间内的收箱位置规划，若泊位信息发生变动，相应的收箱位置规划也需要更改，包括其他相邻船舶的泊位计划更改以及对应堆场的收箱位置的修改等。

如图3所示，当船舶泊位确定在1点为例，其在堆场a内的收箱位置也随之固定，当泊位信息发生变动至b点后，理论上其收箱位置也应调整至泊位2对应的堆场b；而实际作业中，箱量较少的可以进行归并转作业，将集装箱全部转移至堆场b，而对于箱量较大的船舶来说，当泊位变化距离过远时，却存在导致船舶装卸效率明显下降的风险。

自动化码头同样存在人工码头的问题，当泊位信息发生变动时，对因为某些集装箱不符合最优堆场位置而导致混港、混堆的问题，对后期的堆场作业和船舶作业都会有不同程度的影响，例如产生翻倒箱的数量增加和船舶装卸效率的降低、成本增加等问题。

技术实现要素：

本申请提供了一种自动化集装箱码头堆场堆码方法及系统，在自动化集装箱码头中的船舶泊位变动后实现堆场规划的最优调整。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

提出一种自动化集装箱码头堆场堆码方法，包括：判断船舶泊位相对原泊位的移动距离是否大于距离阈值；若是，针对所述移动距离内对应的每个堆场，基于堆场与所述船舶泊位之间的距离和所述距离阈值的差值再与距离系数的乘积，确定各个堆场的罚分值；针对每个堆场的每个贝位，计算贝值与所述罚分值的和值；将进出口箱位置调整至最低和值对应的贝位中；其中，所述进出口箱包括进口箱和出口箱。

进一步的，将进出口箱位置调整至最低和值对应的贝位中之后，所述方法还包括：判断泊位变动前已入贝位出口箱所在贝位的贝值与所述最低和值对应的贝位的贝值之差是否大于容忍值；若是，调整所述已入贝位出口箱的进出口箱位置至所述最低和值对应的贝位中。

进一步的，在将所述进出口箱位置调整至最低和值对应的贝位中之前，所述方法还包括：判断所述最低和值对应的贝位中是否已有集装箱收发计划；若是，将所述最低和值更新为次最低和值。

进一步的，将进出口箱位置调整至最低和值对应的贝中之前，所述方法还包括：根据进出口箱属性设置堆场的列属性，使得一个属性的进出口箱对应一个堆场中的列；则将进出口箱位置调整至最低和值对应的贝位中，具体为：判断进出口箱属性；将进出口箱位置调整至最低和值对应贝位中的与所述进出口箱属性对应的列中。

进一步的，将进出口箱位置调整至最低和值对应的贝位中之后，所述方法包括：针对每个堆场，获取在其内作业的拖车数量；判断所述拖车数量是否超过拖车阈值；若是，基于拖车数量与所述拖车阈值的差和惩罚系数的乘积再与预设阈值的相除的结果，对堆场内的拖车进行机械繁忙度罚分；针对每个堆场，用所述机械繁忙度罚分与堆场内贝值的和更新所述和值。

提出一种自动化集装箱码头堆场堆码系统，包括：泊位移动距离判断模块、罚分值计算模块和进出口箱位置调整模块；所述泊位移动距离判断模块，用于判断船舶泊位相对原泊位的移动距离是否大于距离阈值；若是，所述罚分值计算模块，用于针对所述移动距离内对应的每个堆场，基于堆场与所述船舶泊位之间的距离和所述距离阈值的差值再与距离系数的乘积，确定各个堆场的罚分值；并针对每个堆场的每个贝位，计算贝值与所述罚分值的和值；所述进出口箱位置调整模块，用于将进出口箱位置调整至最低和值对应的贝位中；其中，所述进出口箱包括进口箱和出口箱。

进一步的，所述系统还包括已入贝位出口箱处理模块；所述已入贝位出口箱处理模块，用于判断泊位变动前已入贝位出口箱所在贝位的贝值与所述最低和值对应的贝位的贝值之差是否大于容忍值；若是，则调整所述已入贝位出口箱的进出口箱位置至所述最低和值对应的贝位中。

进一步的，所述系统还包括最低和值更新模块；所述最低和值更新模块，用于判断所述最低和值对应的贝位中是否已有集装箱收发计划；若是，则将所述最低和值更新为次最低和值。

进一步的，所述系统还包括堆场列属性设置模块；所述堆场列属性设置模块，用于根据进出口箱属性设置堆场的列属性，使得一个属性的进出口箱对应一个堆场中的列；则所述进出口箱位置调整模块具体包括判断进出口箱属性单元和进出口箱位置调整单元；所述判断进出口箱属性单元，用于判断进出口箱属性；所述进出口箱位置调整单元，用于将进出口箱位置调整至最低和值对应贝位中的与所述进出口箱属性对应的列中。

进一步的，所述系统还包括拖车数量判断模块、机械繁忙度罚分设置模块和和值更新模块；所述拖车数量判断模块，用于针对每个堆场，获取在其内作业的拖车数量，并判断所述拖车数量是否超脱拖车阈值；若是，所述机械繁忙度罚分设置模块，用于基于拖车数量与所述拖车阈值的差和惩罚系数的乘积再与预设阈值的相除的结果，对堆场内的拖车进行机械繁忙度罚分；所述和值更新模块，用于用所述机械繁忙度罚分与堆场内贝值的和更新所述和值。

与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请提出的自动化集装箱码头堆场堆码方法和系统中，根据船舶泊位的改变距离判断是否对进出口箱位置作调整，当改变距离小于设定的距离阈值时，即使船舶泊位更改，也不更改进出口箱位置，但当改变距离大于距离阈值时，则针对移动距离内对应的所有堆场，基于（堆场与船舶泊位之间的距离-距离阈值）*距离系数来确定各个堆场对应的罚分值，并针对每个堆场的每个贝位，计算贝值与该罚分值的和值，最后将进出口箱位置调整至最低和值对应的贝位中，以达到尽可能在船舶泊位最近的位置放置进出口箱但又不降低码头作业效率，在泊位变动、进出口箱位置调整和船舶装卸效率之间做出了均衡和优化；对于已入贝位出口箱，则将其所在贝位的贝值与该最低和值对应的贝位的贝值作比较，若二者之差大于设定的容忍值，则调整已入贝位出口箱至该最低和值对应的贝位中，否则不予调整，以实现在移动或不移动已入贝位出口箱位置之间做出提高生产效率的权衡。在根据调整的进出口箱位置放置集装箱时，根据进出口箱的属性，将进出口箱放置在与其属性相对应设置的最低和值对应贝位中的列中，能够保证堆场的利用率又节省人力物力。在拖车作业中，使用上述堆场中贝位的贝值与机械繁忙度罚分的和作为每个贝位最终的贝值，并基于最低和值确定最终进出口箱位置，能够降低拖车作业的冲突，减少配对时间，保证码头机械作业的舒畅有序。

结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本申请提出的自动化集装箱码头堆场堆码方法的方法流程图；

图2为本申请提出的自动化集装箱码头堆场堆码系统的系统架构图；

图3为本申请提出的堆场组成俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。

本申请提出的自动化集装箱码头堆场中，如图3所示，自前至后划分为多个分区，称之为贝；自左至右划分的多个分区，称之为列；自上而下划分为多个层（图中未示出）；一个堆场由贝、列和层组成而成；在不讨论层的情况下，包括层在内的一个贝，称之为一个贝位。其中，基于出口或进口就历原则给每个贝位分配贝值，以出口为例，为方便装船，靠近海侧的贝位的贝值最低，设为0，向陆侧方向的贝位的贝值逐渐增高为20、40等；而对于进口，为方便装车，则靠近陆侧的贝位的贝值最低，设为0，而向海侧方向的贝位的贝值逐渐增高。

基于上述，本申请提出的自动化集装箱码头堆场堆码方法，由自动化集装箱码头的集中控制中心执行，如图1所示，包括如下步骤：

步骤s11：判断船舶泊位相对原泊位的移动距离是否大于距离阈值。

由于天气、拥堵等原因造成船舶原泊位变动以后，变化后的船舶泊位与原泊位存在移动距离，以一个设定的距离阈值为分界，当移动距离小于该距离阈值时，原计划的进出口箱位置不调整，也即在该范围内，进出口箱位置即使不变动，也不会对堆场生产作业造成实质性影响，而若移动距离大于该距离阈值，则

步骤s12：针对移动距离内对应的每个堆场，基于堆场与船舶泊位之间的距离和距离阈值的差值再与距离系数的乘积，确定各个堆场的罚分值。

当移动距离大于距离阈值时，以图3所示为例，对移动距离z内对应的每个堆场a、b和c，相应计算出一个罚分值，原则上遵循泊位与堆场就近原则，距离船舶泊位越远罚分越高，而距离越近罚分越低。具体罚分方式按照（堆场与船舶泊位之间的距离z-距离阈值x）*距离系数y进行。

以距离阈值x为25米，距离系数为10为例，假设原泊位的中心点对应堆场d，变动后船舶泊位中心点对应堆场为a，堆场d与船舶泊位之间的距离为60米，堆场c与船舶泊位之间的距离为40米，堆场b与船舶泊位之间的距离为20米，则于堆场d而言，其相对船舶泊位中心点对应堆场a之间的移动距离z为60米，超过了距离阈值25米，则根据（z-x）*y计算得到堆场d的罚分值为350；于堆场c而言，其相对船舶泊位中心点对应堆场a之间的移动距离z为40米，其也超过了距离阈值25米，则根据（z-x）*y计算得到堆场c的罚分值为150；于堆场b而言，其相对船舶泊位中心点对应堆场a之间的移动距离z为20米，小于距离阈值25米，则该堆场b对应的罚分为零；同理，堆场a的罚分也为零。

步骤s13：针对每个堆场的每个贝位，计算贝值与罚分值的和值。

如前所述，每个堆场内都划分有贝位，每个贝位根据进出口箱需求设定有初始贝值，以图3所示的堆场c划分为3个贝位a、b、c为例，出口时，海侧贝位a的贝值设定为0，向陆侧方向的贝位b和贝位c的贝值逐渐增大为20和40。在步骤s12中，针对移动距离内的每个堆场计算了罚分值之后，在每个堆场内，再计算每个贝位的贝值有罚分值的和值。对于堆场d，贝位a的和值为350，贝位b的和值为350+20=370，贝位c的和值为350+40=390；对于堆场c，贝位a的和值为150，贝位b的和值为150+20=170，贝位c的和值为150+40=190；而对于堆场b和堆场a，各个贝位的贝值不变。

步骤s14：将进出口箱位置调整至最低和值对应的贝位中。

在计算出各个堆场的各个贝位的和值之后，选取最低和值的贝位作为进出口箱调整之后的放置区域，也即将船舶泊位变动之后的进出口箱位置相应调整至最低和值对应的贝位中，图3中，调整至堆场b和堆场a的贝位a中。

上述的调整方式可见，在距离阈值范围内，进出口箱位置不跟随船舶泊位的变动而变动，而在距离阈值范围以外，则相应根据罚分最低原则调整进出口箱位置，均衡了船舶泊位变动与进出口箱装卸作业之间的关系，优化了码头生产布局，使得堆场使用更加合理，节省了堆场布局时间，也节省了原有人工手动指定装卸船计划的时间，保证码头生产作业的有序进行。

而对于在船舶泊位变动之前已入贝位的出口箱，本申请提出以下方法做出优化调整；而作为进口箱作为已经卸船的集装箱，在靠近陆侧后无需再根据泊位变动更改堆场位置。步骤s15：判断泊位变动前已入贝位出口箱所在贝位的贝值与最低和值对应的贝位的贝值之差是否大于容忍值。

如图3所示，假设已入贝位出口箱的位置在堆场d的贝位a中，容忍值设定为200，则已入贝位出口箱所在贝位的贝值与最低和值对应的贝位的贝值之差为350，大于容忍值，则步骤s16：调整已入贝位出口箱的进出口箱位置至最低和值对应的贝位中；将已入贝位出口箱也调整至步骤s13中确定的最低和值对应贝位中，也即堆场b和堆场a的贝位a中。

若已入贝位出口箱的位置在堆场c的贝位a中，则已入贝位出口箱所在贝位的贝值与最低和值对应的贝位的贝值之差为150，小于容忍值，则已入贝位出口箱位置不做调整，避免不必要的机械装卸作业而增大生产作业压力。

在步骤s14之间，可以增加判断最低和值对应的贝位中是否已有集装箱收发计划的步骤；若最低和值对应的贝位中已有集装箱收发计划或者已经堆放了其他计划中的集装箱，则可以将最低和值更新为次最低和值。例如，若堆场b和堆场a的贝位a中已经安排了其他集装箱计划，则将堆场b和堆场a的贝位b更新为最低和值，将进出口箱位置调整至堆场b和堆场a的贝位b中。

目前的人工码头，在按照船舶的离开情况制定进出口箱计划之后，还需要按照港口、箱型尺寸、重量等级、特殊积载、空重、冷冻货物等集装箱属性，逐一分类的在不同的堆场划分进出口箱位置，工作繁琐并容易出错，而基于本申请提出的自动化集装箱码头堆场堆码方法，可以通过以下方式降低作业复杂度和提高作业效率。具体的，自动化集装箱码头的集中控制中心首先将集装箱的所有信息进行汇总，例如装卸港口、装卸船舶、箱型尺寸、重量等级、是否冷冻等等，然后根据进出口箱属性相应的设置堆场的列属性，使得一个属性的进出口箱对应堆场中的一个列，也即属性相同的进出口箱堆码在相同列中；这样即使码头发展或者需求发生变化，也只需对列模块中的属性进行重新设置即可，既保证了堆场的利用率又节省了大量的人力和物力。则在步骤s14将进出口箱位置调整至最低和值对应的贝位中时，首先逐一判断进出口箱属性，然后将进出口箱位置调整至最低和值对应贝位中的与进出口箱属性相对应的列中，装卸作业中的轨道吊则根据这种调整将集装箱装卸至相应的列中。

堆场的堆码中，拖车机械作业也是一个重要环节，其作业效率关系到整个码头生产作业的效率。本申请中，自动化集装箱码头的集中控制中心会实时监控和判断各个堆场的作业情况，根据各个堆场场区内的拖车作业情况实时调整拖车作业，以减低拖车作业冲突点，减少拖车作业排队等待的时间，进而提高码头机械作业的生产效率。具体的，首先对场区满负荷作业的拖车最大数量进行测算，设置为预设阈值d，设定一个堆场场区内的实际作业的拖车数量为e，拖车阈值为f，惩罚系数为g；然后针对每个堆场，获取在其内作业的拖车数量e，并判断拖车数量e是否超过拖车阈值f；若是，说明对应堆场内拖车为满负荷作业状态，若再有拖车进来则需要排队等待，这显然会降低作业效率，本申请中，基于拖车数量与拖车阈值的差和惩罚系数的乘积再与预设阈值的相除的结果，也即（e-f）*g/d，对堆场内的拖车进行机械繁忙度罚分计算，机械繁忙度越高罚分越高，反之亦然；最后，针对每个堆场，用机械繁忙度罚分与堆场内贝值的和更新相应贝位的和值，在拖车作业时将进出口箱运送至最低和值对应的堆场贝位中。

基于上述提出的自动化集装箱码头堆场堆码方法，本申请还自动化集装箱码头堆场堆码系统，运行于自动化集装箱码头的集中控制中心中，如图2所示，包括泊位移动距离判断模块21、罚分值计算模块22和进出口箱位置调整模块23；泊位改变距离判断模块21用于判断船舶泊位相对原泊位的移动距离是否大于距离阈值；若是，罚分值计算模块22则针对移动距离内对应的每个堆场，基于堆场与船舶泊位之间的距离距离和距离阈值的差值再与距离系数的乘积，确定各个堆场的罚分值；并针对每个堆场的每个贝位，计算贝值与罚分值的和值；进出口箱位置调整模块23将进出口箱位置调整至最低和值对应的贝位中。

该系统还包括已入贝位出口箱处理模块24，用于判断泊位变动前已入贝位出口箱所在贝位的贝值与最低和值对应的贝位的贝值之差是否大于容忍值；若是，则调整已入贝位出口箱的进出口箱位置至最低和值对应的贝位中。

该系统还包括最低和值更新模块25，用于判断最低和值对应的贝位中是否已有集装箱收发计划；若是，则将最低和值更新为次最低和值。

该系统还包括堆场列属性设置模块26，用于根据进出口箱属性设置堆场的列属性，使得一个属性的进出口箱对应一个堆场中的列；则进出口箱位置调整模块23具体包括判断进出口箱属性单元231和进出口箱位置调整单元232；判断进出口箱属性单元231用于判断进出口箱属性；进出口箱位置调整单元232用于将进出口箱位置调整至最低和值对应贝位中的与进出口箱属性对应的列中。

该系统还包括拖车数量判断模块27、机械繁忙度罚分设置模块28和和值更新模块29；拖车数量判断模块27用于针对每个堆场，获取在其内作业的拖车数量，并判断拖车数量是否超脱拖车阈值；若是，机械繁忙度罚分设置模块28则基于拖车数量与拖车阈值的差和惩罚系数的乘积再与预设阈值的相除的结果，对堆场内的拖车进行机械繁忙度罚分；和值更新模块29用机械繁忙度罚分与堆场内贝值的和更新和值。

具体的自动化集装箱码头堆场堆码系统的工作流程已经在上述的自动化集装箱码头堆场堆码方法中详述，此处不予赘述。

上述本申请提出的自动化集装箱码头堆场堆码方法和系统中，根据船舶泊位的改变距离判断是否对进出口箱位置作调整，当改变距离小于设定的距离阈值时，即使船舶泊位更改，也不更改进出口箱位置，但当改变距离大于距离阈值时，则针对移动距离内对应的所有堆场，基于（堆场与船舶泊位之间的距离-距离阈值）*距离系数来确定各个堆场对应的罚分值，并针对每个堆场的每个贝位，计算贝值与该罚分值的和值，最后将进出口箱位置调整至最低和值对应的贝位中，以达到尽可能在船舶泊位最近的位置放置进出口箱但又不降低码头作业效率，在泊位变动、进出口箱位置调整和船舶装卸效率之间做出了均衡和优化；对于泊位变动前已入贝位的进出口箱，则将已入贝位进出口箱所在贝位的贝值与该最低和值对应的贝位的贝值作比较，若二者之差大于设定的容忍值，则调整已入贝位进出口箱至该最低和值对应的贝位中，否则不予调整，以实现在移动或不移动已入贝位进出口箱位置之间做出提高生产效率的权衡。在根据调整的进出口箱位置放置集装箱时，根据进出口箱的属性，将进出口箱放置在与其属性相对应设置的最低和值对应贝中的列中，能够保证堆场的利用率又节省人力物力。在拖车作业中，使用上述堆场中贝位的贝值与机械繁忙度罚分的和作为每个贝位最终的贝值，并基于最低和值确定最终进出口箱位置，能够降低拖车作业的冲突，减少配对时间，保证码头机械作业的舒畅有序。

应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。