本文是物流管理论文，集装箱班轮的港口运行时间规律是港口科学管理的重要理论基础。本文从集装箱班轮运行的基本特点出发，对其运行规律进行深入挖掘，基于随机过程理论，重点研究集装箱班轮的港口运行时间的概率分布及其在港口的规划管理、生产计划管理和生产调度管理等方面的应用价值，为集装箱码头运营与管理等科学决策提供理论支撑，其主要研究成果如下：（1）以随机过程理论为基础，从集装箱班轮的运行特点入手，以到港间隔时间规律、装卸服务时间规律、实际到港与计划船期的偏差时间规律、在港接受装卸服务与计划完成的偏差时间规律等概念对集装箱班轮的港口运行时间规律进行深入分析和全面描述，选择了世界主要集装箱港口和跨海区班轮航线的大量数据进行实证检验。研究结果表明，集装箱班轮的港口运行时间规律和偏差时间规律均服从爱尔朗高阶分布；由于在全球集装箱班轮的运行网络中所有的班轮都有着相同的运行规则和模式，因而有理由推断，该研究成果对于世界上其他集装箱港口也具有普适性。由于现有研究中缺乏对其进行专门的理论分析和统计验证，对于这一具有明显不同特征的运输方式的时间规律没有形成统一认识，直接影响了理论和实践的深入发展。因此，在理论上进行挖掘对于更为深刻地认识集装箱班轮的运行特性，更加充分利用港口的现有资源，优化港口的生产系统，提升船公司的客户满意度水平，科学管理港口具有重要的理论意义和现实意义。
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1绪论
深入分析可以发现，集装箱班轮作为一种具有典型特征的运输方式，其港口运行时间规律得到了很多学者的关注，但是目前却没有一种较为全面的概念体系对其运行规律进行全面总结和深度挖掘。己有研究从到港规律和晚班到港规律等角度进行分析，未能全面分析集装箱班轮运行时间特点；从单个泊位、多个泊位混合及公共泊位、专用泊位等角度分析，未能得到代表集装箱班轮运行时间本质的具有普遍意义的结论。产生这一问题的原因主要有以下3点：①港口运行时间规律需要大量的统计数据进行验证，而集装箱班轮的实际运行数据属于港口企业和航运公司的内部数据，一般不会对外公开；②分析思路存在误区，面对庞大的集装箱班轮运行数据，若只进行整体分析而不从具体航线角度剖析，将难以挖掘其本质特点；③在实际应用中，如何将港口运行时间规律应用到数学模型中，尽可能贴近集装箱班轮在港口的运行状态，合理设计目标函数以反映港口调度的实际需求，并根据问题设计相应的算法常常被忽略。集装箱班轮的运行时间与船期表出现偏差不可避免，那么如何从不同的角度认识港口运行时间规律，总结其普遍性质，寻找合适的概率分布函数对普遍的性质进行描述，并将得到的规律应用到港口规划管理、港口生产计划管理和港口生产调度管理中，利用港口运行时间规律正确的衡量港口泊位通过能力，更加充分利用港口的现有资源，优化港口的生产系统，降低港口的作业成本，提高作业效率，保障服务水平，提高客户的满意度，进而提高港口的竞争能力，已经成为当前亟需研究的重要工作。
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2基础理论
2.1相关理论
根据对排队论的相关认识以及对港口船舶相关问题的认识，我们可以认为，港口的集装箱码头是一个服务系统，“顾客”即为到港进行装卸作业的集装箱船舶，“服务台”即为各个泊位。由于船舶到港以及在港服务的过程受到众多随机因素的影响，因此该排队系统为一个随机的排队系统，船舶在港的服务时间也是随机的。集装箱班轮的在港服务时间规律可以用一些分布函数来描述。对于港口的排队服务系统而言，每一个泊位在某一时刻能够服务的船舶数量是有限的，服务过程中对每一艘船舶的服务时间也并不确定。当有船舶完成装卸作业离开泊位时，队列中等待泊位的船舶会按照规则进入泊位作业，完成作业后即离开泊位，以此往复。在港口排队系统中，输入过程是班轮到港，队列系统是等待进入泊位的班轮，服务系统为泊位，输出过程为船舶完成作业离港。本章内容可以为后续的相关研究提供理论依据.为说明本章模型和算法的有效性，以大连港集装箱码头的实例为背景，通过计算，得到满足条件的12个Pareto非劣解，利用“性价比”的方法对Pareto非劣解进行分析后，得到了对两个目标偏向度最低的调度方案，验证了本章优化模型的合理性和计算方法的有效性。集装箱班轮的港口运行时间规律是进行港口管理研究的重要理论基础，对于正确认识集装箱班轮的运行特征，优化港口投资决策及港口组织管理有着重要的意义。
集装箱码头仿真系统元素分类表
2.2相关方法
目前Pareto非劣解集中最终方案的选择方法有两类，第一类根据决策者的主观愿望及偏好选取满意解，如从决策者的偏好出发，按照某些定量或定性的邻域约束、目标偏好或专家经验，从非劣解集中选取其认为较为满意可行的最优方案，这一方法需要在优化目标的基础上，还要再增加人为的额外条件，才可能得到最优方案。有学者针对多目标优化Pareto非劣解的择优问题，提出了一种基于“性价比”概念选择好解的量化方法。该方法根据Pareto前沿分布的特点，利用Pareto非劣解相邻各点的平均变化率之比构造出相应的灵敏比，选择不同优化目标下灵敏比之差最小对应的Pareto非劣解作为无偏向好解，从而实现了以量化方法选择出各优化目标都可接受的最优方案。作为研究基础，本章从相关理论和相关方法两方面进行了讨论。在相关理论方面，对随机过程理论和排队论理论进行了简要论述，为后文研究提供必要的理论支持。在相关方法方面，对数理统计方法和系统仿真方法的主要流程进行了讨论，在港口优化问题中的适用算法中主要讨论了后文优化过程中使用的遗传算法和NSGA算法，并讨论了Pareto非劣解集中最终方案选择的“性价比”法。最后，对采用服务时间规律服从爱尔朗高阶分布进行泊位及岸桥协同优化的必要性进行了分析，结果显示，与不考虑按时离港保证率的港口实际调度方案相比，本章的模型可在成本上可降低1.04%；采用不同概率分布函数会对按时离港保证率的估计结果产生较大的影响，与爱尔朗高阶分布计算结果相比，估计值最大偏差可达15.07%，证明了采用爱尔朗概率分布函数进行泊位及岸桥协同调度优化具有重要意义。
3集装箱班轮的港口运行时间规律分析及实证............25
3.1引言............25
3.2集装箱班轮的港口运行时间特征分析............25
3.3数据采集与检验方法............35
3.4集装箱班轮的到港时间间隔和装卸服务时间规律数据实证............37
4基于集装箱班轮港口运行时间规律的集装箱港口泊位通过能力估算............56
4.1引言............56
4.2研究背景............56
4.3句题描述............58
5基于集装箱班轮港口运行时间规律的集装箱港口泊位分配计划优化............75
5.1引言............75
5.2问题描述............75
3.1引言............25
3.2集装箱班轮的港口运行时间特征分析............25
3.3数据采集与检验方法............35
3.4集装箱班轮的到港时间间隔和装卸服务时间规律数据实证............37
4基于集装箱班轮港口运行时间规律的集装箱港口泊位通过能力估算............56
4.1引言............56
4.2研究背景............56
4.3句题描述............58
5基于集装箱班轮港口运行时间规律的集装箱港口泊位分配计划优化............75
5.1引言............75
5.2问题描述............75
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6基于集装箱班轮港口运行时间规律的泊位及岸桥协同调度优化
6.1引言
正确认识并应用集装箱班轮的运行时间规律对于港口生产计划管理问题也有着重要的意义，本章以港口泊位及岸桥协同调度优化问题入手开展研究。在生产中，应用集装箱班轮在港接受装卸服务时间规律指导调度过程可以更好地反映船舶在港进行装卸作业的实际情况，更符合港口和船公司的实际利益；反之，若采用不能准确反映实际情况的概率分布函数进行分析，则会使得港口生产的调度方案产生偏差，导致港口的资源浪费或服务水平的降低。考虑到集装箱班轮根据船期表按计划到、离港的运行规律以及港口企业追求低运营成本的需求，提出按时离港保证率的概念，以集装箱班轮按时离港保证率最大和码头作业成本最低为目标，构建泊位及岸桥协同调度多目标优化模型；设计叠加式局部搜索算法，将其嵌入到带精英策略的非支配排序遗传算法中，经过相互交叉反馈运算，得到Pareto非劣解；采用“性价比”的概念和量化方法，选择出对港口和船公司的利益偏向最小的实施方案，解决在Pareto解集中寻优的问题。最后，以大连港集装箱码头的生产实际为例，验证上述优化模型及算法的合理性和有效性，进而展现本章研究成果在港口生产调度管理中的实际应用价值。另外，在某一时刻，到港的班轮数量若超过了码头的泊位容量，那么班轮必须在锚地排队等候泊位，这是不可避免的现象。船舶于某一时刻到达港口，此时所有泊位都被其他船舶占用进行装卸作业，那么该船须在锚地进行排队等待。
精英策略示意图
6.2问题描述
泊位和岸桥是集装箱码头最重要的资源之一，合理地对这些资源进行协同调度，可以有效降低生产成本，提高企业管理水平。在合理选择泊位的基础上，采取尽可能地利用相邻泊位的岸桥协同作业，以便最大限度地减少岸桥的投入数量，进而降低码头作业成本。研究这一泊位及岸桥协同调度方案的制定过程，构建相应的优化模型并设计有效的计算方法，对于港口生产的科学管理具有重要的现实意义。考虑到集装箱船舶在港装卸时间受到港口计划约束，因而集装箱船舶应按照约定时间完成装卸作业，实际上提前或延迟完成装卸作业都将不符合港方和船方的利益。对于船方而言，港方应保证船舶能在约定时间内离港；对于港方而言，在满足按时离港的前提下，应尽可能的降低港口的装卸作业成本。通过第3章的研究结果可知，船舶在港接受装卸服务时间服从爱尔朗高阶分布，以此为依据，利用爱尔朗分布函数，提出按时离港保证率的优化目标，计算不同泊位岸桥调度策略下船舶能够在约定时间内完成装卸作业离港的概率；考虑到港方利益，提出港口作业成本最低的优化目标，建立双目标优化模型。
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7结论与展望
研究结果显示，不同的概率分布函数对于泊位通过能力的估计相差较大，说明了采用爱尔朗高阶分布对于集装箱港口泊位通过能力估算有着重要的价值，采用统一管理模式将提高通过能力，有效推迟港口建设时机，进一步说明了集装箱班轮的港口运行时间规律在港口规划管理方面的重要意义。（3）通过泊位分配计划优化问题认识了集装箱班轮港口运行时间规律在港口生产计划管理方面的应用价值。利用运行时间规律揭示的航线特征，以泊位机动时间损失最小为目标，构建了集装箱码头泊位分配计划优化模型，设计了以遗传算法为外层框架，嵌入仿真过程构成优化循环的算法，以大连港集装箱码头作业为实际背景进行建模和计算。研究结果显示，将港口运行时间规律应用到港口泊位分配计划制定中可有效降低泊位机动时间损失，不同的概率分布函数对于泊位机动时间损失计算结果相差较大，进一步说明了集装箱班轮的港口运行时间规律对于港口生产计划管理有着重要的影响。本章以集装箱班轮港口运行时间规律为基础，提出集装箱班轮按时离港保证率的概念，以按时离港的保证率最大和码头装卸作业成本最低为目标建立优化模型，设计嵌入叠加式局部搜索算法的非支配排序遗传算法求解，得到泊位及岸桥协同调度的Pareto解集，利用“性价比”的方法对Pareto非劣解进行分析，选择对港口和船公司偏向度最小的调度方案。
参考文献（略）
