[发明专利]集装箱码头闸口缓冲区优化设计及交通组织微观仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于交通运输站场规划设计和管理技术领域，具体讲，涉及集装箱码头闸口缓冲区优化设计及交通组织微观仿真方法。

技术背景

当前国内外对于集装箱码头闸口缓冲区的研究很少，主要分为以下几个方面：一是通过有关假设建立港口闸口缓冲区排队论解析模型的方式，来对港口闸口缓冲区进行优化设计和管理。如：Morais和Lord于2006年提出著名的码头预约系统（TAS），通过前方码头与后方堆场、货主之间的信息交互，将集疏港高峰期的集卡合理的分布到非高峰期内，以缓解闸口在集疏港高峰期的通行压力，该方法的优点在于充分利用了信息的作用，很好的处理了集卡车集中到港所导致的拥堵问题，但是解决港口高密度集疏港时出现的集卡排队问题。郑学东分析了进出港闸口作业的问题和码头闸口作业影响因素，运用排队论建立了闸口排队分布解析模型，分析闸口车道数量变动和交箱时间变动的情况，针对提高天津港闸口通行能力提出了相关建议。该方法描述了集装箱码头的动态特征，但是其建立的模型是基于排队论理论，研究层面过于宏观，在建立解析模型时存在很多假设，无法全面地反映研究对象的真实状态，不能深入分析研究对象。二是通过建立仿真模型的方法，对港口闸口缓冲区进行优化设计和管理。如施梅超分析了传统闸口的弊端，利用EXTEND仿真软件建立了集装箱港口进出港闸口的仿真模型，并通过仿真对闸口系统进行了优化。该方法应用仿真模型对闸口缓冲区进行了优化研究，提出了“加快闸口检查速度、增加闸口通道数量”等优化措施，但是该方法是不能对到港集卡的行为准则进行定义，其研究处于宏观层面，模型无法贴近实际情况，也就无法保证结果的准确性。另外还有一些研究定性分析闸口缓冲区在运营过程中出现的问题，并针对这些问题提出改良措施来缓解闸口前的拥堵问题，如吴闵分析了集装箱码头缓冲区车辆滞留现象产生的原因，他认为集装箱码头缓冲区的拥堵是集卡司机操作不当和超时停车造成的，针对这些问题，从秩序管理角度提出了治理措施。该方法提出的措施是基于丰富的管理经验的，因此往往能够很好的治理港区内集卡司机的违规操作和超时停车问题，从一定程度上缓解了码头缓冲区的拥堵问题，但是没有对研究对象进行系统分析，往往无法挖掘出问题的根源，解决方案也无法量化，因此无法从根本上解决闸口前的拥堵问题。

从已知文献阅读分析可知，现有关于集装箱港口闸口和缓冲区优化的研究具有以下特点：

（1）当前很多对集装箱闸口缓冲区的研究都是基于宏观理论、建立排队论解析模型，其提出的研究方法也只是停留在宏观层面，无法反映闸口缓冲区交通流中各因素之间复杂的非线性关系，不能精细化地分析研究对象，往往无法达到期待的效果。

（2）很多对集装箱码头闸口缓冲区的仿真研究应用的软件虽然操作相对容易，界面也易于交互，但是在研究过程中不能对仿真模型中的决策主体agent的决策行为进行定义，其研究也就达不到微观层面。因此这些方法都存在不够精细、模型描述不能贴合实际等缺点。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在为集装箱码头闸口缓冲区设施如闸口通道数量、缓冲区规模等的布局设计提供量化依据，为码头运营管理时闸口通道和缓冲区域的有效利用提供量化依据，应用元胞自动机模型，对集装箱码头闸口前集卡车排队系统进行建模，以船舶到离港时间表为边界条件，对集装箱码头闸口前集装箱卡车排队系统进行仿真实验。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，集装箱码头闸口缓冲区优化设计及交通组织微观仿真方法，包括如下步骤：

元胞的选择

将入口闸口通道检查口前的集卡排队队列用一列元胞代表，队列最前方的元胞为入口闸口通道检查点，闸口检查通道按照功能分为：提箱转栈通道、内贸集港通道、外贸集港通道和应急通道，外贸集港通道和应急通道为特殊通道；

在对出口闸口进行仿真实验时，同样将出口闸口通道检查口前的集卡排队队列用一列元胞代表，队列最前方的元胞为闸口通道检查点；

元胞的构成

在入口闸口仿真模型中，列中每一个元胞代表进入闸口通道执行集疏港任务的集卡车，队列最前方为闸口通道的检查点，集港集卡车通过检查的时间以车为单位，服从正态随机分布，均值时间为80秒，方差为25；提箱转栈卡车通过闸口检查的时间以车为单位，服从正态随机分布，均值时间为60秒，方差为20；

在出口闸口仿真过程中，列中每一个元胞代表从码头内部作业子系统出来进入闸口通道准备离港的集卡车，队列最前方为闸口通道的检查点。集卡车通过检查的时间以车为单位，服从正态随机分布，均值时间为50秒，方差为25；

元胞自动机的运行

入口元胞自动机模型