[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

摘要

本发明属于交通运输站场规划设计和管理技术领域，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，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：元胞的选择元胞的构成元胞自动机的运行入口元胞自动机模型（一）元胞的初始化（二）元胞自动机的运行出口元胞自动机模型（一）元胞的初始化（二）元胞自动机的运行。本发明主要应用于交通运输站场规划设计。

主权项

一种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，其特征是，包括如下步骤：建立基于元胞自动机模型的仿真系统：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仿真初始时刻t0，仿真步长为12s，每一个元胞仿真长度为24m，排队区域的长度为100×24m，集装箱卡车在闸口缓冲区行驶的速度根据文献为每个时间步长行走一个元胞的距离，即2m/s；在队列的最前端，在集港过程中，每84s放行一个元胞；在提箱转栈过程中，每60s放行一个元胞，来仿真闸口通道检查通过集卡的过程；（一）元胞的初始化一维元胞进行初始化：一维元胞队列以船舶到离时间表为边界条件，产生按时间服从正态随机分布的需要进入闸口通道进行检查的集卡数量；（二）元胞自动机的运行1)运行规则：该元胞自动机仿真集卡接受入口闸口检验的情况，仿真步长为12s，元胞运行的速度为每仿真步长一个元胞；集卡车在进入排队系统之前处于匀速运动状态，当集卡车进入排队队列后，其状态由运动态变为间歇运动态，即跟随前车运动；当完成闸口检查后，集卡变为运动态离开闸口排队系统，进入码头内部作业系统；2)集卡选择队列规则，当集卡车司机即将进入缓冲区时，会观察各个闸口通道的车辆排队情况，若当前队列为所有排队队列中最短时，集卡司机会选择不更换队列直接进入当前队列排队等候；若集卡司机发现队列中有比当前队列更短的队列，他会选择变更车道，进入最短队的排队队列等候；3)排队队列的更新，对于时刻tp队列中的元胞，其下一秒的位置状态为：x(i,tp+1)=x(i,tp)+v(i,tp+1)其中：x(i,tp)表示tp时刻第i个元胞所处的位置v(i,tp+1)表示tp+1时刻第i个元胞的速度仿真初始时刻t0，仿真步长为12s，每一个元胞仿真长度为24m，排队区域的长度为100×24m，集装箱卡车在闸口缓冲区行驶的速度根据文献为每个时间步长行走一个元胞的距离，即2m/s；在队列的最前端，在集港过程中，每84s放行一个元胞；在提箱转栈过程中，每60s放行一个元胞，来仿真卡车接受入口闸口检查的过程；出口元胞自动机模型（一）元胞的初始化与入口元胞自动机模型形同，对模型中一维元胞进行初始化，一维元胞队列以船舶到离港时间表为边界条件，由码头内部作业子系统产生按时间服从正态随机分布的需要进入闸口通道进行检查的集卡数量；（二）元胞自动机的运行1)运行规则，该元胞自动机仿真集卡接受出口闸口检验的情形，仿真步长依然为12s，元胞运行的速度为每仿真步长一个元胞；集卡车在进入排队系统之前处于匀速运动状态，当集卡车进入排队队列后，其状态由运动态变为间歇运动态，即跟随前车运动；当完成闸口检查后，集卡变为运动态离开闸口排队系统，离开前方码头；2)集卡选择队列规则：与入口闸口模型相同，当集卡车司机即将进入缓冲区时，会观察各个闸口通道的车辆排队情况，若当前队列为所有排队队列中最短时，集卡司机会选择不更换队列直接进入当前队列排队等候；若集卡司机发现队列中有比当前队列更短的队列，他会选择变更车道，进入最短队的排队队列等候；3)排队队列的更新：对于时刻tp队列中的元胞，其下一秒的位置状态为：x(i,tp+1)=x(i,tp)+v(i,tp+1)其中：x(i,tp)表示tp时刻第i个元胞所处的位置v(i,tp+1)表示tp+1时刻第i个元胞的速度仿真初始时刻t0，仿真步长为12s，每一个元胞仿真长度为24m，排队区域的长度为100×24m，集装箱卡车在闸口缓冲区行驶的速度根据文献为每个时间步长行走一个元胞的距离，即2m/s，在队列的最前端，每48s放行一个元胞，以仿真集装箱卡车接受出口闸口检查过程；利用前述仿真系统进行仿真，分析仿真结果，确定闸口通道数量和缓冲区规模，在节约用地的前提下充分保障闸口的通行效率；或者应用在码头运营管理阶段，通过对闸口运营管理方案的改进，充分利用闸口通道资源，平衡各通道交通流。