无人驾驶电动集卡在自动化集装箱码头的配置与调度研究

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实践表明集装箱码头自动化在提高作业效率、降低运营成本方面成效显著,是未来智慧港口建设的重要领域。与此同时,自动驾驶技术的日益成熟使得无人驾驶集卡的商业价值逐步被挖掘,相较传统的人工驾驶柴油集卡和自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)综合优势明显,且在码头、港区等内部道路具备一定的落地优势。无人驾驶电动集卡作为新型水平运输设备在自动化集装箱码头中有广阔应用前景,而如何配置合理的车辆数并进行科学调度是其大规模商业化应用过程中面临的重要生产决策问题。本文基于无人驾驶电动集卡在码头场景的作业特征,进一步考虑其与岸桥、场桥等设备的协同,以全局最优的思想构建无人驾驶电动集卡配置与调度模型。首先,根据船舶的配积载计划,以同贝同步装卸的作业模式对每个贝位内的列装卸作业顺序进行优化,以岸桥作业总次数最小为目标构建岸桥作业序列优化模型;其次,在规定的在港装卸完工时间约束内考虑岸桥间不可跨越且需两两之间保持安全距离的约束条件,以岸桥能耗最小为优化目标构建岸桥调度模型;最后,基于双小车岸桥的中转平台,将岸桥装卸集装箱作业计划转化成对无人驾驶电动集卡时间窗约束,为其分配装卸任务并安排作业顺序,构建基于全流程作业能耗最小为目标的集装箱码头无人驾驶电动集卡配置与调度模型。以上模型分别采用遗传算法、枚举法和改进的遗传算法进行求解,并以某码头实际作业数据进行有效性验证。研究结果表明:合理配置调度无人驾驶电动集卡进行场内水平运输作业,可以在不延误船期的前提下最小化码头作业总能耗,且在作业效率、经济性及社会性三方面都较传统的人工驾驶柴油集卡和AGV具备明显优势。研究成果不仅丰富和拓展了无人驾驶电动集卡实际应用过程中的相关理论,也可为集装箱码头公司的水平运输设备选型、多类型装卸设备资源协同调度提供一定的决策参考。
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