专利名称：集装箱码头物流运营通用性仿真系统输入参数的设定方法
技术领域：
本发明涉及一种装箱码头物流运营通用性仿真系统的建模方法，特别涉及 一种装箱码头物流运营通用性仿真系统的输入参数与随机变量的设定方法。
背景技术：
输入参数是仿真实验的动力，这些输入参数决定了集装箱码头物流运营系 统建模和仿真的通用性。设定的参数中最重要的部分是随机变量参数。
集装箱码头物流运营仿真系统是典型的离散事件动态系统。在离散事件动 态系统中， 一个离散事件的发生驱动系统状态发生变化，同时还会按照系统的 运行规则在系统中激发新的离散事件，从而形成系统状态的演化过程。在这类 系统中，对系统行为进程起决定作用的是一批离散事件，而不是连续变量。因 此，确定随机变量的模型是十分重要的。
基于离散事件动态系统的集装箱码头物流运营仿真系统存在着大量随机 变量，致使系统随机性、复杂性和动态性特征明显。
基于上述的参数的特点，现有技术在参数的设定存在的缺陷从而影响了集 装箱码头物流运营系统建模和仿真的通用性。
发明内容
本发明针对上述现有集装箱码头物流运营系统建模和仿真的通用性不高 的情况，而提出集装箱码头物流运营系统通用性模型与仿真系统参数的设定方 法，使输入参数成为通用性仿真系统实验的动力。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下
集装箱码头物流运营通用性仿真系统输入参数的设定方法，该方法建立在 共性抽象和随机变量提取的基础上，该方法确定的参数包括对系统的设定与选 择参数、船舶关参数、装卸桥参数、为装卸桥服务的水平搬运系统参数、码头 前沿堆场堆取系统参数、倒箱和集疏运系统参数。所述系统设定与选择参数的设定包括工艺机械系统选择、泊位划分、泊位
数量、仿真总时间、仿真步长、是否倒箱以及岸线长度；
所述船舶参数的设定包括船舶到港时间间隔分布模式、到港船型特征、到 港船型分布模式、到港船舶装卸率分布模式、装船几率、卸船几率、船舶同时 卸船几率以及所有船型的作业线下限；并且前7个参数为随机变量。
所述装卸桥参数的设定包括装卸桥类型、装卸桥总量、装卸桥装卸效率分 布模式、装卸桥完好率、装卸桥调配方式，其中装卸桥装卸效率分布模式为随 机变量；
所述水平搬运系统参数的设定包括每条作业线配备机械数、水平机械完好 率、水平机械运行周期分布模式和水平机械停顿时间分布模式，其中水平机械 运行周期分布模式和水平机械停顿时间分布模式为随机变量；
所述码头前沿堆场堆取系统参数的设定包括机械总量、机械完好率、机械 效率分布模式、前方堆场机械数量以及后方堆场机械数量，其中机械效率分布 模式为随机变量；
所述倒箱参数系统的设定包括倒箱时间、倒箱比率、水平机械数量、水平 机械运行周期分布模式、水平机械停顿时间分布模式、前-后倒箱堆场机械数 量、后-前倒箱堆场机械数量、以及堆场机械效率分布模式，其中水平机械运 行周期分布模式、水平机械停顿时间分布模式和堆场机械效率分布模式为随机
所述集疏运系统参数的设定包括进道口集运效率分布模式和出道口疏运 效率分布模式，且都为随机变量。
所述随即变量通过以下步骤进行拟合
(1) 首先是对随机变量的分布辨识，利用频数分布建立直方(2) 再进行分布类型的假设；
(3) 对该分布类型的拟合度进行检验，如果通过，则确定该随机离散事 件符合此分布，如果不通过，则使用经验分布形式作为参数输入。
根据上述技术方案得到的本发明使输入参数成为通用性仿真系统实验的 动力。设定的主要参数建立在共性抽象和随机变量提取的基础上，这些输入参 数决定了集装箱码头物流运营系统建模与仿真的通用性。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本发明。
图1为本发明中参数的关系图。
具体实施例方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
输入参数是仿真实验的动力。在共性抽象和随机变量的基础上，对照通用 性需求特点，设定了七类参数。S卩系统的设定与选择参数、船舶有关参数、 装卸桥有关参数、为装卸桥服务的水平搬运系统参数、码头前沿堆场堆取系统 参数、倒箱和集疏运系统参数。具体如下(如图l所示)
系统设定与选择参数的设定包括工艺机械系统选择、泊位划分、泊位数量、 仿真总时间、仿真步长、是否倒箱以及岸线长度；
船舶参数的设定包括船舶到港时间间隔分布模式、到港船型特征、到港船 型分布模式、到港船舶装卸率分布模式、装船几率、卸船几率、船舶同时卸船 几率以及所有船型的作业线下限；并且前7个参数为随机变量。
装卸桥参数的设定包括装卸桥类型、装卸桥总量、装卸桥装卸效率分布模 式、装卸桥完好率、装卸桥调配方式，其中装卸桥装卸效率分布模式为随机变
水平搬运系统参数的设定包括每条作业线配备机械数、水平机械完好率、 水平机械运行周期分布模式和水平机械停顿时间分布模式，其中水平机械运行 周期分布模式和水平机械停顿时间分布模式为随机变量；
码头前沿堆场堆取系统参数的设定包括机械总量、机械完好率、机械效率 分布模式、前方堆场机械数量以及后方堆场机械数量，其中机械效率分布模式 为随机变量；
倒箱参数系统的设定包括倒箱时间、倒箱比率、水平机械数量、水平机械 运行周期分布模式、水平机械停顿时间分布模式、倒箱A堆场机械数量、倒箱 B堆场机械数量(这里的A、 B不具备具体含义，只是一个代号，表明有两个箱区需要倒箱，从一个箱区倒入另一个箱区，A和B可能是堆场中的任意两个 箱区)、以及堆场机械效率分布模式，其中水平机械运行周期分布模式、水平 机械停顿时间分布模式和堆场机械效率分布模式为随机变量；
集疏运系统参数的设定包括进道口集运效率分布模式和出道口疏运效率 分布模式，且都为随机变量。
根据上述参数的设定能够使得通用性建模与仿真在资源配置方面达到以 下要求
适用于任意多个集装箱泊位的仿真；
如何使用码头的泊位，是采用泊位数静态不变，还是根据岸线及船型动态 确定泊位及其数量；
岸线为直线/折线的码头 任意种船型到港所触发的码头生产； 各环节机械数量的确定及各种机型的比例； 倒箱作业是否有利。
本发明设计的主要参数由随机变量和非随机变量参数两部分组成。
离散仿真系统中，由于所反映的实际系统都包含多种随机因素的交互作用 与影响，在仿真过程中需要重复地处理大量的随机因素。无论是各种随机事件 的发生时刻，或是产生临时实体的到达流与临时实体在仿真系统中的逗留时间 等，都是不同概率分布的随机变量，每次仿真运行都要从这些概率分布中进行 随机抽样，以便获得这次仿真运行的实际参数。
本发明涉及的随机变量主要分为两类机械效率相关的随机变量和船舶相 关的随机变量。
其中机械效率相关的随机变量
机械效率相关的随机变量是根据通用性仿真系统的共性抽象获得。包括 集装箱装卸桥效率、水平搬运运行时间和停顿时间、堆场机械效率、进道口集 运效率、出道口疏运效率、倒箱过程中水平搬运机械搬运周期等。
1、 集装箱装卸桥效率是指集装箱装卸桥每小时装或卸的集装箱箱量，单 位为TEU/小时。
2、 码头前沿与堆场之间水平搬运周期是指水平搬运机械在码头前沿与堆场之间的搬运周期，包括车辆运行和停顿时间，具体包括四项时间之和码头前沿与堆场之间水平搬运机械运行周期、水平搬运机械在码头前沿等待装卸船时的停顿时间、水平搬运机械在堆场等待装卸箱时的停顿时间、水平搬运机械在运行时的非正常停顿时间。这四项时间都是随机变量。
3、 堆场机械效率包括轮胎龙门吊效率和轨道龙门吊效率；轮胎龙门吊效率是指轮胎龙门吊每小时处理的集装箱箱量，单位为TEU/小时。
轨道龙门吊效率是指轨道龙门吊每小时处理的集装箱箱量，单位为TEU/小时。
4、 集运进入道口的集装箱效率
集运进入道口的集装箱效率是指在道口环节每小时由道口进入的集装箱箱量，单位为TEU/小时。
5、 疏运出道口的集装箱效率是指在道口环节每小时由道口出堆场的集装箱箱量，单位为TEU/小时。
6、 倒箱作业中水平搬运机械搬运周期由三部分时间组成倒箱过程中水平搬运机械运行周期、倒箱过程中水平搬运机械等待装卸箱停顿时间、倒箱过程中水平搬运机械非正常停顿时间。
7、 倒箱作业中堆场机械效率包括轮胎龙门吊效率和轨道龙门吊效率；轮胎龙门吊效率是指轮胎龙门吊每小时处理的集装箱箱量，单位为TEU/小时。
轨道龙门吊效率是指轨道龙门吊每小时处理的集装箱箱量，单位为TEU/小时。
船舶相关的随机变量
1、 到港船舶装卸率是指船舶到港后装箱数或卸箱数占船舶最大载箱量的比率，以百分比表示。
2、 到港船型特征到达港口的船舶是随机的，因此到港船型特征是随机变量，其特征由船型类别、最大载箱量、船长、间距要求等组成。
3、 到港船型分布由到港船型特征所组成的各种到港船舶类型的比例是随机变量，以船型类别及其百分比表示。4、 到港船舶装卸率到港船舶装卸时，并不是以最大载箱量为限进行装卸，而只是有一定比例的集装箱要求装卸，该比例就是到港船舶装卸率。到港船舶装卸率是一个随机变量，百分比表示。
5、 装船几率、卸船几率与船舶同时装卸几率船舶靠泊后，可能装船、可能卸船，也可能同时装卸船。
装船的比例称为装船几率，以百分比表示；卸船的比例称为卸船几率，以百分比表示；
同时装卸船的几率称为船舶同时装卸几率，以百分比表示。因此，装船几率、卸船几率与船舶同时装卸几率之和等于l。
上述随机变量的数据采集范围主要包括船舶到港时间间隔；船舶到港作业方式分布模式；装卸桥效率；轮胎龙门吊效率；进道口集运效率；出道口疏运效率；水平搬运运行时间和停顿时间等。
其中采集数据如下
装卸桥每箱装卸时间从装卸桥的吊具离开集卡后开始，结束时间为经过一个周期循环后装卸桥的吊具离开集卡前。
水平搬运周期时间为在码头前沿等待装卸桥装卸箱时间，搬运运行时间、在堆场等待龙门吊装卸箱时间、行驶中间非正常停顿时间四者之和。
堆场机械堆存时间，其包括堆箱时间和取箱时间。
堆箱从集卡上起吊集装箱开始到集卡上起吊下一个集装箱前为止；取箱将集装箱放在集卡开始到将下一个集装箱放在集卡前为止。其中，如果有翻箱，应逐一记录翻箱次数。
系统随机变量的分布类型假定有多种归纳统计量法、直方图法、概率图法、经验分布等。
针对以上的随机变量分类方法，本发明对随机变量的分布类型假定方法有两种
对"机械效率相关的随机变量"的分布类型假定方法首先采用直方图法对随机变量进行拟合；如果随机变量符合指数分布、正态分布、二项分布、泊松分布中的一种，则将其确定为该分布类型，并计算相应的参数；如果不符合，则将其确定为经验分布类型。
对"船舶相关的随机变量"的分布类型假定方法采用经验分布方法。
2、系统随机变量的拟合算法
直方图是根据取得的样本(XI， X2，…，Xn)的分布所绘制的密度函数的基本图形进行分布类型的假定；经验分布是指单纯地利用观测数据生成随机模型，不再选取一个己知的理论分布并设计分布参数去拟合观测数据[3]。
本文提出的随机离散事件直方图拟合算法包括首先是分布的辨识，利用频数分布建立直方图，再进行分布的假设；然后是该分布的拟合度检验，如果通过，则确定该随机离散事件符合此分布，如果不通过，则使用经验分布形式作为参数输入。
具体的拟合步骤如下，其为正态分布的拟合算法
1. 提供/个原始数据X，其中/满足Q50,并删除某些明显不合理的太大和太小的数。
2. 仿真系统从样本数据中找出 x* = min(;q,…,x")和x: = max(x丄,…,:^)
3. 设仿真系统取仿真区间为[a,b],其中a和b满足
4. 确定用户确定区间大小，本系统可采用值为(6-")/m。
5. 设仿真系统统计样本数据落入每个子区间( ,,,,+1)上的个数(频数)为/,，即落在第1个区间&,"上有/i，落在第附个区间^人+1)上有/ ,。
6. 仿真系统自动绘制频数直方图。仿真系统在(《,^)上做出矩形，高度//,=/;■，其中i=l,2,...,m。
7. 用户观察直方图，选择分布类型
例如图形象正态分布，计算其参数A和7估计值，则初步选择W(/z，c72)为X
a = W…< f, <<…< ^ < fm < = 6
=V='广G =…="—=…=C 一d = U —^的概率分布。
8.仿真系统计算区间上理论概率值为了方便计算每个小区间上的概率，首先将x A^,一)标准化，
令N ~ AT(O,l)，并将y的取值扩为(—00,+oc)。
仿真系统査系统提供的标准正态分布表得①(4)
A-尸(-o^卜(D(^^(D")同理，pzp(L,+oo)-l-O(。(9)仿真系统进行f检验
仿真系统作假设检验，//。x A^/,ct2)，假定统计量x。2在/Z。成立时服从x2(W-"l)，查x2表得x〗(m-卜l),"为显著水平。若x。^x:(m-卜l)则接受假设//。，反之，则不接受假设仏，仿真系统返回第7步请用户重新选择分布，系统再次拟合。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1、集装箱码头物流运营通用性仿真系统输入参数的设定方法，该方法建立在共性抽象和随机变量提取的基础上，其特征在于，该方法确定的参数包括对系统的设定与选择参数、船舶关参数、装卸桥参数、为装卸桥服务的水平搬运系统参数、码头前沿堆场堆取系统参数、倒箱和集疏运系统参数。
2、 根据权利要求1所述的集装箱码头物流运营通用性仿真系统输入参数的设定方法，其特征在于，所述系统设定与选择参数的设定包括工艺机械系统选择、泊位划分、泊位数量、仿真总时间、仿真歩长、是否倒箱以及岸线长度;
3、 根据权利要求1所述的集装箱码头物流运营通用性仿真系统输入参数 的设定方法，其特征在于，所述船舶参数的设定包括船舶到港时间间隔分布模 式、到港船型特征、到港船型分布模式、到港船舶装卸率分布模式、装船几率、 卸船几率、船舶同时卸船几率以及所有船型的作业线下限；并且前7个参数为 随机变量。
4、 根据权利要求1所述的集装箱码头物流运营通用性仿真系统输入参数 的设定方法，其特征在于，所述装卸桥参数的设定包括装卸桥类型、装卸桥总 量、装卸桥装卸效率分布模式、装卸桥完好率、装卸桥调配方式，其中装卸桥 装卸效率分布模式为随机变量；
5、 根据权利要求1所述的集装箱码头物流运营通用性仿真系统输入参数的设定方法，其特征在于，所述水平搬运系统参数的设定包括每条作业线配备 机械数、水平机械完好率、水平机械运行周期分布模式和水平机械停顿时间分 布模式，其中水平机械运行周期分布模式和水平机械停顿时间分布模式为随机
6、 根据权利要求1所述的集装箱码头物流运营通用性仿真系统输入参数的设定方法，其特征在于，所述码头前沿堆场堆取系统参数的设定包括机械总 量、机械完好率、机械效率分布模式、前方堆场机械数量以及后方堆场机械数量，其中机械效率分布模式为随机变量；
7、 根据权利要求1所述的集装箱码头物流运营通用性仿真系统输入参数 的设定方法，其特征在于，所述倒箱参数系统的设定包括倒箱时间、倒箱比率、 水平机械数量、水平机械运行周期分布模式、水平机械停顿时间分布模式、前-后倒箱堆场机械数量、后-前倒箱堆场机械数量、以及堆场机械效率分布模式， 其中水平机械运行周期分布模式、水平机械停顿时间分布模式和堆场机械效率分布模式为随机变量；
8、 根据权利要求1所述的集装箱码头物流运营通用性仿真系统输入参数 的设定方法，其特征在于，所述集疏运系统参数的设定包括进道口集运效率分 布模式和出道口疏运效率分布模式，且都为随机变量。
9、 根据权利要求2至8中任一项所述的集装箱码头物流运营通用性仿真 系统输入参数的设定方法，其特征在于，所述随即变量通过以下步骤进行拟合:(1) 首先是对随机变量的分布辨识，利用频数分布建立直方图；(2) 再进行分布类型的假设；(3) 对该分布类型的拟合度进行检验，如果通过，则确定该随机离散事 件符合此分布，如果不通过，则使用经验分布形式作为参数输入。
全文摘要
本发明公开了集装箱码头物流运营通用性仿真系统输入参数的设定方法，该方法建立在共性抽象和随机变量提取的基础上，该方法确定的参数包括对系统的设定与选择参数、船舶关参数、装卸桥参数、为装卸桥服务的水平搬运系统参数、码头前沿堆场堆取系统参数、倒箱和集疏运系统参数。这些输入参数决定了集装箱码头物流运营系统建模与仿真的通用性。
文档编号G06F17/50GK101526971SQ20091004851
公开日2009年9月9日 申请日期2009年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者梅 沙 申请人:上海海事大学