集装箱船舶大型化趋势下,集装箱船舶一次装载量普遍提升,对集装箱码头集港环节的效率和能力方面提出了更高的要求。目前国内大部分集装箱码头都仍以公路运输为主要集疏运方式,集卡的随机到达和集中到达导致一些港口集港高峰时段交通拥堵问题严重。集卡在排队等候时一直处于怠速状态,这期间排放的尾气还造成了严重的环境污染。因此,迫切需要对集装箱码头集港作业进行优化。本文从集卡到达量预测、考虑堆场容量限制的船舶集港时间窗优化以及船舶集港时间窗与场桥调度协同优化这3个方面对集装箱码头出口箱的集港作业进行研究,并取得了以下创新性成果:(1)针对现有集装箱集疏港时间概率分布建模中需要假设参数分布的问题,基于非参数估计理论建立自适应边界核估计的集装箱码头集卡到达量预测模型。该模型相较于传统参数模型具有更高的拟合精度、稳定性和适用性,得到的概率密度曲线能更加准确地反映出口箱集港时间和进口箱疏港时间的整体分布形态。可为集装箱码头基础设施规划、集疏港通道的道路交通管理、码头资源优化配置和调度等问题的研究提供更准确的交通量和作业任务量预测。(2)针对集卡不规律到达而导致的码头闸口与堆场拥堵问题,考虑集装箱码头堆场的容量限制和箱区内排队长度限制,以最小化送箱集卡在码头的总空耗成本为目标,基于闸口和堆场的两级排队网络,构建考虑堆场容量限制的船舶集港时间窗优化模型,使模型更符合码头生产实际。设计基于模拟退火的混合遗传算法进行求解,并以DCT集装箱码头为例进行算例,对模型和算法的有效性进行了验证。算例分析结果表明,利用本文模型对船舶集港时间窗进行优化,不仅可以有效地提高集港效率、减少集卡车队总的空耗成本,而且能够兼顾各个箱区的送箱集卡排队情况,真正做到有效控制场内压车的现象,为码头集港作业组织提供了决策依据。(3)针对送箱集卡随机到港引起的场桥作业不均衡以及高峰时段场桥资源紧缺、集装箱码头拥堵等问题,为进一步提高集装箱码头的集港作业效率,在已建立的考虑堆场容量限制的船舶集港时间窗优化模型的基础上,构建了船舶集港时间窗与场桥调度协同优化的两阶段优化模型。堆场排队模型的服务台数量(场桥数量)根据场桥调度方案随时间实时调整。设计了基于模拟退火的并行遗传算法求解本文建立的两阶段优化模型。以DCT集装箱码头为例进行算例分析,验证了本文所建优化模型的正确性和所设计算法的有效性。算例分析结果表明:本文构建模型不仅能够降低集卡车队在闸口和堆场的空耗成本,而且能够有效提高RTGC的利用率,避免资源的浪费。研究成果不仅丰富和拓展了集港作业过程中集卡到达管理的相关理论,为集装箱码头有限的资源的调度优化提供了新方法,也可为集装箱码头公司组织集装箱集港作业提供参考。