摘 要

本文先对港口集卡生产作业模式的背景、意义进行分析，对比国内外对集卡路径优化问题的研究现状，了解现有的提高集卡运作效率的方法。在对比“作业线”与“作业面”两种生产模式后，突出“作业面”生产模式的优势。然后对基于“作业面”生产模式下的集卡路径优化问题详细描述、并为简化问题作出假设，然后进行数学建模，对各种算法进行讨论对比，选定蚁群算法求解模型，概述蚁群算法的基本特征，并详细说明蚁群算法对该模型求解的算法步骤，并通过对天津港的实例化分析验证算法的可行性，对其进行仿真模拟。最后总结得出结论，对未来该领域研究作出合理的展望。

关键词：集卡；路径优化；蚁群算法

Abstract

This paper first analyzes the background and significance of truck’s production and operation mode. Then, compared with the foreign countries about the present situation of the vehicle routing problem. And understand how to raise the efficiency. In contrast to the “linear operation” and “syneric production”, highlight the advantages of the “syneric production”. then describing in details, make assumption about simplification and building a mathematical model for the vehicle routing problem on the basis of synergic production. Researching varies of algorithms to selecting Ant Colony Optimization Algorithm. And then briefly explain the basic features of this algorithm, explain the steps of algorithm in details. After that, making an instance of the Port of Tianjin to verify the validity of the algorithm, and study it by numerical simulation. Finally, make a summary and make expectation about the development in the future.

Key Words：trucks；Vehicle Routing；Ant Colony Optimization Algorithm

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国内研究现状 1

1.2.2国外研究现状 2

1.2.3目前研究存在的问题 3

1.3主要研究内容及技术路线 4

1.3.1研究内容 4

1.3.2研究目的 4

1.3.3技术路线 4

1.4本章小结 5

第2章 集卡-装卸桥生产作业模式分析 7

2.1集卡-装卸桥作业生产模式现状 7

2.2目前存在的问题 7

2.3本章小结 8

第3章 集卡-双装卸桥作业面协同生产模式分析 9

3.1问题描述 9

3.2基于“作业面”生产模式集卡路径优化 10

3.2.1集卡运行效率影响因素分析 10

3.2.2基本假设 11

3.2.3模型描述 12

3.3算法选择 14

3.4路径优化 15

3.5本章小结 19

第4章 集卡运行方案仿真模拟 20

4.1仿真软件的选择及参数设定 20

4.1.1仿真软件的选择 20

4.1.2参数设定 21

4.3本章小结 30

第5章 研究结论与展望 31

5.1研究结论 31

5.2展望 31

致谢 33

参考文献 34

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

港口是一个可以提供船舶靠离岸、旅客上下船、货物装卸、存储、转运以及其他相关业务的水路运输枢纽，是货物的集散地以及船舶与其他载运工具的衔接点。港口在国际供应链占据了极其重要的位置，已从区域性竞争慢慢变为国际范围内的竞争。港口作为各种运输方式的衔接点，作为港口城市经济发展的支柱，具有明显的竞争优势。因而，尽管近几年航运市场不够景气，但在全球贸易不断发展、经济不断复苏的大背景下，我国港口仍在持续发展，港口吞吐量在增长，各种港口设施设备均在不断完善。而与此同时港口通过能力不足、运营效率低等问题一直存在，影响港口所在区域经济水平的发展。

集装箱港口是集装箱运输中必不可少的存在，集装箱运输也是发展现代物流关键性环节，集装箱运输具有明显的运输优势，有利于无中转环节的直达运输，可以减少货物包装，为多式联运提供便利，装卸方便。但集装箱港口运营效率低，一直在阻碍集装箱运输业的发展，降低了集装箱港口生产作业的效率，低的集装箱运输效率也会致使港口物流业的效率低下。

显然，集装箱港口生产效率是否能够提高是港口能否掌握持续核心竞争力的前提，而在集装箱港口的各项作业中，集装箱运输车辆（集卡）是实现港口高作业效率的主要水平运输机械。港口的作业效率主要是指港口船舶停靠的平均装卸时间。运用现有的“作业线”生产模式，会产生两种现象：一是集卡数量供不应求，数量太少，使得岸桥出现长时间的等待。二是集卡数量供过于求，数量过多，使得大部分集卡出现空载现象过着空载里程过长。会导致岸桥的装卸效率不高，集卡运行效率低下，造成资源的浪费。因此，要提高港口的生产作业效率，就必须要提高集卡的运作效率，优化集卡运行调度。而想要提高集卡运作效率的主要途径就是对集卡路径进行优化，缩短空载行程，减少等待时间，科学、合理地进行集卡调度作业。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

汪翼等（2008）将因外部环境限制而设置时间范围的集卡调度问题分解成两个子问题，即集卡路径优化、集卡分配，构建相应的数学模型；将变邻域搜索算法、禁忌搜索算法取长补短，结合成为一种新的优化方法，并通过实例验证算法的可行性^【1】。

刘文芳（2008）首先研究了集装箱港口的集卡调度问题，并根据集装箱的装箱形态将其分为拼箱和整箱状态下两种不同的集卡调度问题，利用遗传算法对这两种受时间范围限制的集卡调度问题进行求解^【2】。

李磊等（2008）考虑了集卡的运输时间和堆场装卸桥的作业时间，建立了以作业时间最短为目的的优化模型，并通过免疫禁忌搜索算法求解模型，然后构建模型进行仿真模拟，对优化结果进行验证^【3】。