本發明涉及集裝箱碼頭堆場堆存模板設計，尤其是涉及一種堆場分配模板設計方法、裝置及存儲介質。

背景技術：

1、海鐵聯運作為一種高效、節能的國際物流運輸方式，已然成為集裝箱多式聯運發展的重點，港口運營的瓶頸已經從碼頭一側轉移到堆場一側。堆場分配模板設計在集裝箱堆場管理中起著至關重要的作用，現有海鐵聯運集裝箱碼頭堆場面臨空間利用率不高、設備資源浪費的困境。現有堆場管理技術主要集中在兩方面，一是優化堆場存儲空間分配，二是優化岸橋、場橋等設備的部署問題。

2、目前集裝箱碼頭堆場分配模板設計多是針對集卡或自動化導引車輛的總運行距離與堆場空間利用率進行優化設計，通過對空間與設備資源的單一或協同調度，提升堆場的存儲能力與作業效率。已有關于海鐵聯運集裝箱碼頭堆場分配模板設計的相關研究中，主要是針對單一進口箱或是出口箱進行具體箱位分配，或是出口箱聯合轉運箱一起進行箱位分配，少有考慮進出口集裝箱聯合分配具體箱位，而進出口集裝箱的具體箱位直接影響了集卡的總運行距離，從而影響碼頭堆場的整體運營效益。

3、因此，如何在進行集裝箱碼頭堆場分配模板設計時，考慮進出口集裝箱聯合分配具體箱位，進而優化堆場分配模板設計，進一步提升碼頭整體運營性能，成為本領域需要解決的問題。

技術實現思路

1、本發明的目的就是為了克服上述現有堆場分配模板設計中堆場空間與設備資源未充分利用的缺陷而提供一種堆場分配模板設計方法、裝置及存儲介質，基于集群思想，同時考慮進出口集裝箱雙向貨流，在集卡雙循環運輸策略下，對海鐵聯運共享堆場內進出口集裝箱進行堆存模板設計，以在進一步提升堆場空間整體利用率的同時，縮短集卡的總運行路程。

2、本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

3、根據本發明的第一方面，提供一種海鐵聯運集裝箱碼頭共享堆場交接模式下的堆場分配模板設計方法，包括以下步驟：s101，利用預設的第一階段模型為預先獲取的進出口集裝箱批次分配貝位，得到當前的箱子序列；s201，對所述箱子序列進行預打包，得到多個預打包箱區，并利用預設的第二階段模型為所述多個預打包箱區分配對應的子箱區位置，完成堆場分配及模板設計；其中：所述第一階段模型與所述第二階段模型組成兩階段的混合整數規劃模型，所述第一階段模型以堆場空間資源與設備資源為約束、以空間利用率最大化為目標進行優化，所述第二階段模型以內集卡總運行距離最小化為目標進行優化。

4、作為優選的技術方案，在優化過程中，利用自適應最佳擬合算法求解所述第一階段模型，利用匈牙利算法求解所述第二階段模型。

5、作為優選的技術方案，利用自適應最佳擬合算法求解所述第一階段模型，具體包括：s111，初始化二維裝箱問題；s112，定義集裝箱批次和堆場規模大小；s113，根據所屬船舶是否一致，聚類形成集群；s114，計算當前的集群與子箱區的適應度函數；s115，迭代更新；s116，判斷所有的集裝箱批次是否都放置完畢：若為否，則返回s114；若為是，則輸出預打包的箱子序列和空間利用率。

6、作為優選的技術方案，利用匈牙利算法求解所述第二階段模型，具體包括：s211，初始化集卡至各個船舶預選泊位的運輸距離矩陣；s212，計算集卡運行總距離；s213，進行減行操作；s214，進行減列操作；s215，標記當前的零元素；s216，判斷每行每列是否只有一個零元素：若為否，則重新調整行列、尋找增廣路徑、更新當前的運輸距離矩陣，并返回s215；若為是，則輸出最優分配方案和總運行距離。

7、作為優選的技術方案，所述第一階段模型的目標函數為：

8、

9、式中，i表示集群的集合，以i為索引；l表示船舶的集合，以l為索引；d表示出口集裝箱的集合，以d為索引；j表示進口集裝箱的集合，以j為索引；vild表示集裝箱批次bld是否被分配到集群i；xld表示集裝箱批次bld中累積的集裝箱所需占用的貝位數；eld表示出口集裝箱批次bld在堆場停留時間；vilj表示集裝箱批次blj是否被分配到集群i；xlj表示集裝箱批次blj中累積的集裝箱所需占用的貝位數；elj表示進口集裝箱批次bld在堆場停留時間；r表示單個子箱區k內貝位總數量；k表示堆場子箱區的集合，以k為索引；t表示規劃時段的集合，以t為索引；所述第一階段模型的約束包括：第一約束，用于保證相鄰集群的邊界不重疊；第二約束，用于保證每個集群在t時段的貝位高度由分配給它的集裝箱批次的集裝箱總量決定；第三約束和第四約束，用于限制每個集裝箱批次最多只分配一個集群；第五約束和第六約束，用于限制只有同一時段到達且所屬船舶一致的進口集裝箱批次與出口集裝箱批次被分配到同一個集群i中；第七約束，用于限制一個船舶只分配一個集群；第八約束，用于保證一個場橋在每個時段t中處理一個子箱區中的所有集群；以及第九約束，用于保證同一時段t內，一個子箱區內共用一個場橋的不同集群間距離不超過場橋的最大服務距離。

10、作為優選的技術方案，所述第二階段模型的目標函數為：

11、

12、式中，zil表示集群i是否為船舶l所預留，hlk表示船舶l對應的泊位到子箱區k的距離，pkl表示子箱區k是否為船舶l所預留，rilt為船舶l預留的集群i在t時段內累積的集裝箱總數量；所述第二階段模型的約束至少包括：第十約束和第十一約束，用于保證每個預打包的箱子只被分配一個子箱區，一個子箱區也只被分配給一個預打包的箱子；以及第十二約束，用于限制為船舶l預留的集群i在t時段內累積的集裝箱總數量。

13、作為優選的技術方案，所述第二階段模型的約束還包括決策變量約束：

14、

15、式中，表示t時段內，集群i的開始貝位；表示t時段內，集群i的結束貝位。

16、作為優選的技術方案，所述方法基于雙循環裝卸策略實現。

17、根據本發明的第二方面，提供一種海鐵聯運集裝箱碼頭共享堆場交接模式下的堆場分配模板設計裝置，包括存儲器、處理器，以及存儲于所述存儲器中的程序，所述處理器執行所述程序時實現所述的方法。

18、根據本發明的第三方面，提供一種存儲介質，其上存儲有程序，所述程序被執行時實現所述的方法。

19、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

20、1、本發明提供的堆場設計方法，通過建立兩階段的混合整數規劃模型，以為所屬船舶相同的集裝箱批次預留存儲空間，從貝位層面對堆場空間進行具體分配，該模型第一階段考慮堆場空間資源與設備資源約束限制，以空間利用率最大化為目標，自適應最佳擬合啟發式算法求解，確定使用子箱區的數量；第二階段以內集卡總運行距離最小化為目標，匈牙利算法求解，確定子箱區的具體分配情況，本發明能夠在進行集裝箱碼頭堆場分配模板設計時，考慮進出口集裝箱聯合分配具體箱位，進而優化堆場分配模板設計，在提升堆場空間整體利用率的同時，縮短集卡的總運行路程，進一步提升碼頭整體運營性能；

21、2、本發明基于雙循環裝卸策略實現，能夠進一步縮短集卡總運行距離，提升碼頭整體運行性能；

22、3、本發明將堆場共享細化到貝位，進出口集裝箱可以在同一箱區堆存，在雙循環運輸模式下，基于聚類的方法對堆場進行分配，與單循環運輸模式下堆場分配方法進行比較，結果證實基于聚類所提出的堆場分配及模板設計方法的優越性，雙循環運輸策略下，其空間利用率更高，可提升10％-80％左右，總運行距離也更短，約節省50％的路程。