貨櫃碼頭物流運營通用性仿真系統輸入參數的設定方法
2023-12-07 17:11:01
專利名稱：貨櫃碼頭物流運營通用性仿真系統輸入參數的設定方法
技術領域：
本發明涉及一種裝箱碼頭物流運營通用性仿真系統的建模方法，特別涉及 一種裝箱碼頭物流運營通用性仿真系統的輸入參數與隨機變量的設定方法。
背景技術：
輸入參數是仿真實驗的動力，這些輸入參數決定了貨櫃碼頭物流運營系 統建模和仿真的通用性。設定的參數中最重要的部分是隨機變量參數。
貨櫃碼頭物流運營仿真系統是典型的離散事件動態系統。在離散事件動 態系統中， 一個離散事件的發生驅動系統狀態發生變化，同時還會按照系統的 運行規則在系統中激發新的離散事件，從而形成系統狀態的演化過程。在這類 系統中，對系統行為進程起決定作用的是一批離散事件，而不是連續變量。因 此，確定隨機變量的模型是十分重要的。
基於離散事件動態系統的貨櫃碼頭物流運營仿真系統存在著大量隨機 變量，致使系統隨機性、複雜性和動態性特徵明顯。
基於上述的參數的特點，現有技術在參數的設定存在的缺陷從而影響了集 裝箱碼頭物流運營系統建模和仿真的通用性。
發明內容
本發明針對上述現有貨櫃碼頭物流運營系統建模和仿真的通用性不高 的情況，而提出貨櫃碼頭物流運營系統通用性模型與仿真系統參數的設定方 法，使輸入參數成為通用性仿真系統實驗的動力。
為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案如下
貨櫃碼頭物流運營通用性仿真系統輸入參數的設定方法，該方法建立在 共性抽象和隨機變量提取的基礎上，該方法確定的參數包括對系統的設定與選 擇參數、船舶關參數、裝卸橋參數、為裝卸橋服務的水平搬運系統參數、碼頭 前沿堆場堆取系統參數、倒箱和集疏運系統參數。所述系統設定與選擇參數的設定包括工藝機械系統選擇、泊位劃分、泊位
數量、仿真總時間、仿真步長、是否倒箱以及岸線長度；
所述船舶參數的設定包括船舶到港時間間隔分布模式、到港船型特徵、到 港船型分布模式、到港船舶裝卸率分布模式、裝船機率、卸船機率、船舶同時 卸船機率以及所有船型的作業線下限；並且前7個參數為隨機變量。
所述裝卸橋參數的設定包括裝卸橋類型、裝卸橋總量、裝卸橋裝卸效率分 布模式、裝卸橋完好率、裝卸橋調配方式，其中裝卸橋裝卸效率分布模式為隨 機變量；
所述水平搬運系統參數的設定包括每條作業線配備機械數、水平機械完好 率、水平機械運行周期分布模式和水平機械停頓時間分布模式，其中水平機械 運行周期分布模式和水平機械停頓時間分布模式為隨機變量；
所述碼頭前沿堆場堆取系統參數的設定包括機械總量、機械完好率、機械 效率分布模式、前方堆場機械數量以及後方堆場機械數量，其中機械效率分布 模式為隨機變量；
所述倒箱參數系統的設定包括倒箱時間、倒箱比率、水平機械數量、水平 機械運行周期分布模式、水平機械停頓時間分布模式、前-後倒箱堆場機械數 量、後-前倒箱堆場機械數量、以及堆場機械效率分布模式，其中水平機械運 行周期分布模式、水平機械停頓時間分布模式和堆場機械效率分布模式為隨機
所述集疏運系統參數的設定包括進道口集運效率分布模式和出道口疏運 效率分布模式，且都為隨機變量。
所述隨即變量通過以下步驟進行擬合
(1) 首先是對隨機變量的分布辨識，利用頻數分布建立直方(2) 再進行分布類型的假設；
(3) 對該分布類型的擬合度進行檢驗，如果通過，則確定該隨機離散事 件符合此分布，如果不通過，則使用經驗分布形式作為參數輸入。
根據上述技術方案得到的本發明使輸入參數成為通用性仿真系統實驗的 動力。設定的主要參數建立在共性抽象和隨機變量提取的基礎上，這些輸入參 數決定了貨櫃碼頭物流運營系統建模與仿真的通用性。
以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發明。
圖1為本發明中參數的關係圖。
具體實施例方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解， 下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
輸入參數是仿真實驗的動力。在共性抽象和隨機變量的基礎上，對照通用 性需求特點，設定了七類參數。S卩系統的設定與選擇參數、船舶有關參數、 裝卸橋有關參數、為裝卸橋服務的水平搬運系統參數、碼頭前沿堆場堆取系統 參數、倒箱和集疏運系統參數。具體如下(如圖l所示)
系統設定與選擇參數的設定包括工藝機械系統選擇、泊位劃分、泊位數量、 仿真總時間、仿真步長、是否倒箱以及岸線長度；
船舶參數的設定包括船舶到港時間間隔分布模式、到港船型特徵、到港船 型分布模式、到港船舶裝卸率分布模式、裝船機率、卸船機率、船舶同時卸船 機率以及所有船型的作業線下限；並且前7個參數為隨機變量。
裝卸橋參數的設定包括裝卸橋類型、裝卸橋總量、裝卸橋裝卸效率分布模 式、裝卸橋完好率、裝卸橋調配方式，其中裝卸橋裝卸效率分布模式為隨機變
水平搬運系統參數的設定包括每條作業線配備機械數、水平機械完好率、 水平機械運行周期分布模式和水平機械停頓時間分布模式，其中水平機械運行 周期分布模式和水平機械停頓時間分布模式為隨機變量；
碼頭前沿堆場堆取系統參數的設定包括機械總量、機械完好率、機械效率 分布模式、前方堆場機械數量以及後方堆場機械數量，其中機械效率分布模式 為隨機變量；
倒箱參數系統的設定包括倒箱時間、倒箱比率、水平機械數量、水平機械 運行周期分布模式、水平機械停頓時間分布模式、倒箱A堆場機械數量、倒箱 B堆場機械數量(這裡的A、 B不具備具體含義，只是一個代號，表明有兩個箱區需要倒箱，從一個箱區倒入另一個箱區，A和B可能是堆場中的任意兩個 箱區)、以及堆場機械效率分布模式，其中水平機械運行周期分布模式、水平 機械停頓時間分布模式和堆場機械效率分布模式為隨機變量；
集疏運系統參數的設定包括進道口集運效率分布模式和出道口疏運效率 分布模式，且都為隨機變量。
根據上述參數的設定能夠使得通用性建模與仿真在資源配置方面達到以 下要求
適用於任意多個貨櫃泊位的仿真；
如何使用碼頭的泊位，是採用泊位數靜態不變，還是根據岸線及船型動態 確定泊位及其數量；
岸線為直線/折線的碼頭 任意種船型到港所觸發的碼頭生產； 各環節機械數量的確定及各種機型的比例； 倒箱作業是否有利。
本發明設計的主要參數由隨機變量和非隨機變量參數兩部分組成。
離散仿真系統中，由於所反映的實際系統都包含多種隨機因素的交互作用 與影響，在仿真過程中需要重複地處理大量的隨機因素。無論是各種隨機事件 的發生時刻，或是產生臨時實體的到達流與臨時實體在仿真系統中的逗留時間 等，都是不同概率分布的隨機變量，每次仿真運行都要從這些概率分布中進行 隨機抽樣，以便獲得這次仿真運行的實際參數。
本發明涉及的隨機變量主要分為兩類機械效率相關的隨機變量和船舶相 關的隨機變量。
其中機械效率相關的隨機變量
機械效率相關的隨機變量是根據通用性仿真系統的共性抽象獲得。包括 貨櫃裝卸橋效率、水平搬運運行時間和停頓時間、堆場機械效率、進道口集 運效率、出道口疏運效率、倒箱過程中水平搬運機械搬運周期等。
1、 貨櫃裝卸橋效率是指貨櫃裝卸橋每小時裝或卸的貨櫃箱量，單 位為TEU/小時。
2、 碼頭前沿與堆場之間水平搬運周期是指水平搬運機械在碼頭前沿與堆場之間的搬運周期，包括車輛運行和停頓時間，具體包括四項時間之和碼頭前沿與堆場之間水平搬運機械運行周期、水平搬運機械在碼頭前沿等待裝卸船時的停頓時間、水平搬運機械在堆場等待裝卸箱時的停頓時間、水平搬運機械在運行時的非正常停頓時間。這四項時間都是隨機變量。
3、 堆場機械效率包括輪胎龍門吊效率和軌道龍門吊效率；輪胎龍門吊效率是指輪胎龍門吊每小時處理的貨櫃箱量，單位為TEU/小時。
軌道龍門吊效率是指軌道龍門吊每小時處理的貨櫃箱量，單位為TEU/小時。
4、 集運進入道口的貨櫃效率
集運進入道口的貨櫃效率是指在道口環節每小時由道口進入的貨櫃箱量，單位為TEU/小時。
5、 疏運出道口的貨櫃效率是指在道口環節每小時由道口出堆場的貨櫃箱量，單位為TEU/小時。
6、 倒箱作業中水平搬運機械搬運周期由三部分時間組成倒箱過程中水平搬運機械運行周期、倒箱過程中水平搬運機械等待裝卸箱停頓時間、倒箱過程中水平搬運機械非正常停頓時間。
7、 倒箱作業中堆場機械效率包括輪胎龍門吊效率和軌道龍門吊效率；輪胎龍門吊效率是指輪胎龍門吊每小時處理的貨櫃箱量，單位為TEU/小時。
軌道龍門吊效率是指軌道龍門吊每小時處理的貨櫃箱量，單位為TEU/小時。
船舶相關的隨機變量
1、 到港船舶裝卸率是指船舶到港後裝箱數或卸箱數佔船舶最大載箱量的比率，以百分比表示。
2、 到港船型特徵到達港口的船舶是隨機的，因此到港船型特徵是隨機變量，其特徵由船型類別、最大載箱量、船長、間距要求等組成。
3、 到港船型分布由到港船型特徵所組成的各種到港船舶類型的比例是隨機變量，以船型類別及其百分比表示。4、 到港船舶裝卸率到港船舶裝卸時，並不是以最大載箱量為限進行裝卸，而只是有一定比例的貨櫃要求裝卸，該比例就是到港船舶裝卸率。到港船舶裝卸率是一個隨機變量，百分比表示。
5、 裝船機率、卸船機率與船舶同時裝卸機率船舶靠泊後，可能裝船、可能卸船，也可能同時裝卸船。
裝船的比例稱為裝船機率，以百分比表示；卸船的比例稱為卸船機率，以百分比表示；
同時裝卸船的機率稱為船舶同時裝卸機率，以百分比表示。因此，裝船機率、卸船機率與船舶同時裝卸機率之和等於l。
上述隨機變量的數據採集範圍主要包括船舶到港時間間隔；船舶到港作業方式分布模式；裝卸橋效率；輪胎龍門吊效率；進道口集運效率；出道口疏運效率；水平搬運運行時間和停頓時間等。
其中採集數據如下
裝卸橋每箱裝卸時間從裝卸橋的吊具離開集卡後開始，結束時間為經過一個周期循環後裝卸橋的吊具離開集卡前。
水平搬運周期時間為在碼頭前沿等待裝卸橋裝卸箱時間，搬運運行時間、在堆場等待龍門吊裝卸箱時間、行駛中間非正常停頓時間四者之和。
堆場機械堆存時間，其包括堆箱時間和取箱時間。
堆箱從集卡上起吊貨櫃開始到集卡上起吊下一個貨櫃前為止；取箱將貨櫃放在集卡開始到將下一個貨櫃放在集卡前為止。其中，如果有翻箱，應逐一記錄翻箱次數。
系統隨機變量的分布類型假定有多種歸納統計量法、直方圖法、概率圖法、經驗分布等。
針對以上的隨機變量分類方法，本發明對隨機變量的分布類型假定方法有兩種
對"機械效率相關的隨機變量"的分布類型假定方法首先採用直方圖法對隨機變量進行擬合；如果隨機變量符合指數分布、正態分布、二項分布、泊松分布中的一種，則將其確定為該分布類型，並計算相應的參數；如果不符合，則將其確定為經驗分布類型。
對"船舶相關的隨機變量"的分布類型假定方法採用經驗分布方法。
2、系統隨機變量的擬合算法
直方圖是根據取得的樣本(XI， X2，…，Xn)的分布所繪製的密度函數的基本圖形進行分布類型的假定；經驗分布是指單純地利用觀測數據生成隨機模型，不再選取一個己知的理論分布並設計分布參數去擬合觀測數據[3]。
本文提出的隨機離散事件直方圖擬合算法包括首先是分布的辨識，利用頻數分布建立直方圖，再進行分布的假設；然後是該分布的擬合度檢驗，如果通過，則確定該隨機離散事件符合此分布，如果不通過，則使用經驗分布形式作為參數輸入。
具體的擬合步驟如下，其為正態分布的擬合算法
1. 提供/個原始數據X，其中/滿足Q50,並刪除某些明顯不合理的太大和太小的數。
2. 仿真系統從樣本數據中找出 x* = min(;q,…,x")和x: = max(x丄,…,:^)
3. 設仿真系統取仿真區間為[a,b],其中a和b滿足
4. 確定用戶確定區間大小，本系統可採用值為(6-")/m。
5. 設仿真系統統計樣本數據落入每個子區間( ,,,,+1)上的個數(頻數)為/,，即落在第1個區間&,"上有/i，落在第附個區間^人+1)上有/ ,。
6. 仿真系統自動繪製頻數直方圖。仿真系統在(《,^)上做出矩形，高度//,=/;■，其中i=l,2,...,m。
7. 用戶觀察直方圖，選擇分布類型
例如圖形象正態分布，計算其參數A和7估計值，則初步選擇W(/z，c72)為X
a = W…< f, <<…< ^ < fm < = 6
=V='廣G =…="—=…=C 一d = U —^的概率分布。
8.仿真系統計算區間上理論概率值為了方便計算每個小區間上的概率，首先將x A^,一)標準化，
令N ~ AT(O,l)，並將y的取值擴為(—00,+oc)。
仿真系統査系統提供的標準正態分布表得①(4)
A-屍(-o^卜(D(^^(D")同理，pzp(L,+oo)-l-O(。(9)仿真系統進行f檢驗
仿真系統作假設檢驗，//。x A^/,ct2)，假定統計量x。2在/Z。成立時服從x2(W-"l)，查x2表得x〗(m-卜l),"為顯著水平。若x。^x:(m-卜l)則接受假設//。，反之，則不接受假設仏，仿真系統返回第7步請用戶重新選擇分布，系統再次擬合。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1、貨櫃碼頭物流運營通用性仿真系統輸入參數的設定方法，該方法建立在共性抽象和隨機變量提取的基礎上，其特徵在於，該方法確定的參數包括對系統的設定與選擇參數、船舶關參數、裝卸橋參數、為裝卸橋服務的水平搬運系統參數、碼頭前沿堆場堆取系統參數、倒箱和集疏運系統參數。
2、 根據權利要求1所述的貨櫃碼頭物流運營通用性仿真系統輸入參數的設定方法，其特徵在於，所述系統設定與選擇參數的設定包括工藝機械系統選擇、泊位劃分、泊位數量、仿真總時間、仿真歩長、是否倒箱以及岸線長度;
3、 根據權利要求1所述的貨櫃碼頭物流運營通用性仿真系統輸入參數 的設定方法，其特徵在於，所述船舶參數的設定包括船舶到港時間間隔分布模 式、到港船型特徵、到港船型分布模式、到港船舶裝卸率分布模式、裝船機率、 卸船機率、船舶同時卸船機率以及所有船型的作業線下限；並且前7個參數為 隨機變量。
4、 根據權利要求1所述的貨櫃碼頭物流運營通用性仿真系統輸入參數 的設定方法，其特徵在於，所述裝卸橋參數的設定包括裝卸橋類型、裝卸橋總 量、裝卸橋裝卸效率分布模式、裝卸橋完好率、裝卸橋調配方式，其中裝卸橋 裝卸效率分布模式為隨機變量；
5、 根據權利要求1所述的貨櫃碼頭物流運營通用性仿真系統輸入參數的設定方法，其特徵在於，所述水平搬運系統參數的設定包括每條作業線配備 機械數、水平機械完好率、水平機械運行周期分布模式和水平機械停頓時間分 布模式，其中水平機械運行周期分布模式和水平機械停頓時間分布模式為隨機
6、 根據權利要求1所述的貨櫃碼頭物流運營通用性仿真系統輸入參數的設定方法，其特徵在於，所述碼頭前沿堆場堆取系統參數的設定包括機械總 量、機械完好率、機械效率分布模式、前方堆場機械數量以及後方堆場機械數量，其中機械效率分布模式為隨機變量；
7、 根據權利要求1所述的貨櫃碼頭物流運營通用性仿真系統輸入參數 的設定方法，其特徵在於，所述倒箱參數系統的設定包括倒箱時間、倒箱比率、 水平機械數量、水平機械運行周期分布模式、水平機械停頓時間分布模式、前-後倒箱堆場機械數量、後-前倒箱堆場機械數量、以及堆場機械效率分布模式， 其中水平機械運行周期分布模式、水平機械停頓時間分布模式和堆場機械效率分布模式為隨機變量；
8、 根據權利要求1所述的貨櫃碼頭物流運營通用性仿真系統輸入參數 的設定方法，其特徵在於，所述集疏運系統參數的設定包括進道口集運效率分 布模式和出道口疏運效率分布模式，且都為隨機變量。
9、 根據權利要求2至8中任一項所述的貨櫃碼頭物流運營通用性仿真 系統輸入參數的設定方法，其特徵在於，所述隨即變量通過以下步驟進行擬合:(1) 首先是對隨機變量的分布辨識，利用頻數分布建立直方圖；(2) 再進行分布類型的假設；(3) 對該分布類型的擬合度進行檢驗，如果通過，則確定該隨機離散事 件符合此分布，如果不通過，則使用經驗分布形式作為參數輸入。
全文摘要
本發明公開了貨櫃碼頭物流運營通用性仿真系統輸入參數的設定方法，該方法建立在共性抽象和隨機變量提取的基礎上，該方法確定的參數包括對系統的設定與選擇參數、船舶關參數、裝卸橋參數、為裝卸橋服務的水平搬運系統參數、碼頭前沿堆場堆取系統參數、倒箱和集疏運系統參數。這些輸入參數決定了貨櫃碼頭物流運營系統建模與仿真的通用性。
文檔編號G06F17/50GK101526971SQ20091004851
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月30日 優先權日2009年3月30日
發明者梅 沙 申請人:上海海事大學