鐵路集裝箱調(diào)運(yùn)的基于仿真的優(yōu)化方法.pdf

1、集裝箱運(yùn)輸具有運(yùn)量大、運(yùn)輸方便快捷、安全性高等特點(diǎn)，成為物流系統(tǒng)不可缺少的一部分。集裝箱調(diào)運(yùn)因其在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位而受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
　　 當(dāng)前，各國學(xué)者對港口集裝箱調(diào)運(yùn)的研究較多，對鐵路集裝箱運(yùn)輸?shù)难芯枯^少。與港口相比，鐵路集裝箱的運(yùn)輸具有周轉(zhuǎn)快、裝卸周期短、服務(wù)質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，因而對集裝箱的調(diào)度提出了更高的要求。同時(shí)，鐵路集裝箱調(diào)運(yùn)與港口一樣，是個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)的系統(tǒng)，難以使用基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的優(yōu)化方法對整個(gè)流程進(jìn)行

2、優(yōu)化，因此試用基于仿真的優(yōu)化(Simulation Based Optimization, SBO)方法對鐵路集裝箱中心站集裝箱調(diào)運(yùn)流程進(jìn)行優(yōu)化。
　　 SBO方法是解決難以用數(shù)學(xué)模型描述的優(yōu)化問題的好方法，但是它的應(yīng)用存在著難點(diǎn)，集中表現(xiàn)在計(jì)算量過大，究其原因，一是SBO方法用仿真模型的輸出值代替目標(biāo)函數(shù)值，而運(yùn)行仿真模型的時(shí)間遠(yuǎn)大于計(jì)算數(shù)學(xué)函數(shù)的時(shí)間；二是由于問題的隨機(jī)性，為了得到一個(gè)有統(tǒng)計(jì)意義的評價(jià)值，不得不多次運(yùn)行仿真，

3、造成了計(jì)算時(shí)間的成倍增加。
　　 本文建立了鐵路集裝箱調(diào)運(yùn)的仿真模型，對裝卸線龍門吊、集卡、堆場龍門吊的配置、各種調(diào)運(yùn)策略和集卡的路徑控制進(jìn)行了研究。針對鐵路集裝箱中心站道路狹窄且數(shù)量有限的狀況，提出了以道路資源為研究對緣的思想，以歐拉方程為實(shí)現(xiàn)該思想的主要工具。歐拉方程能夠以質(zhì)點(diǎn)所運(yùn)動的空問中的空間點(diǎn)為研究對象，研究經(jīng)過固定空間點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)的物理量隨時(shí)間和空間的變化。結(jié)合以道路資源為研究對象的思想，將堆場道路劃分為若干單元，每個(gè)

4、道路單元對應(yīng)了歐拉方程中的空間點(diǎn)，將集卡看作是在空間中運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)，集卡密度作為物理量，然后利用歐拉方程，得出了歐拉因子，它能夠?qū)Φ缆返淖枞闆r做出判斷和預(yù)測，從而引導(dǎo)車輛向較為暢通的路徑行駛。
　　 在研究中為節(jié)省仿真代價(jià)，提出并運(yùn)用了如下免除仿真或節(jié)約仿真代價(jià)的方法：
　　 (1)虛擬評價(jià)值方法：對于從解本身的信息即可判斷出不是好解的解，文中稱之為顯性非優(yōu)解，不依靠運(yùn)行仿真模型來給出解的評價(jià)值，而是根據(jù)解本身的信息，用

5、一個(gè)簡單的公式估計(jì)出其評價(jià)值，稱之為虛擬評價(jià)值。虛擬評價(jià)值方法免去了為大量質(zhì)量不高的解運(yùn)行仿真模型而發(fā)生的計(jì)算代價(jià)。
　　 (2)案例檢索方法：將已仿真過的解按照評價(jià)值山好到壞的順序儲存在案例庫中，以便于以后的計(jì)算時(shí)檢索并重用先前的計(jì)算結(jié)果。案例庫中存儲的案例隨著計(jì)算的進(jìn)行不斷更新，更新的項(xiàng)目包括解、解的評價(jià)值、解的順序、解的應(yīng)仿真次數(shù)等。案例檢索不僅能夠避免重復(fù)仿真，而且案例庫是其它幾種方法實(shí)現(xiàn)的平臺。
　　 (3)調(diào)

6、整仿真次數(shù)方法：依據(jù)解當(dāng)前的評價(jià)值的好壞來分配解的仿真次數(shù)，對于當(dāng)前評價(jià)值較好的解，分配給較多的仿真次數(shù)，以便盡量精確地得到解的評價(jià)值，而對于當(dāng)前評價(jià)值較差的解，分配較少的仿真次數(shù)，因?yàn)檫@部分解不大可能成為最優(yōu)解，所以知道這部分解的精確的評價(jià)值沒有意義，仿真次數(shù)少些可以大量節(jié)約計(jì)算開銷。調(diào)整仿真次數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)了計(jì)算資源的合理分配，即將較多的計(jì)算資源花在較好的解上。
　　 (4)調(diào)整仿真時(shí)間步長方法：依據(jù)解當(dāng)前評價(jià)值的好壞來分配解

7、的仿真時(shí)間步長。時(shí)間步長越小，仿真的精確性越高，得到的評價(jià)值越準(zhǔn)確，但耗費(fèi)的計(jì)算代價(jià)也越大，時(shí)間步長越大，仿真的精確性越低，但可以成倍節(jié)約計(jì)算量。給當(dāng)前評價(jià)值較好的解分配較小的時(shí)間步長，而給當(dāng)前評價(jià)值較差的解分配較大的時(shí)間步長。調(diào)整仿真時(shí)間步長的方法同樣實(shí)現(xiàn)了計(jì)算資源的合理分配，將較多的計(jì)算資源用在了較好的解上。
　　 (5)仿真截?cái)喾椒ǎ涸谝淮芜\(yùn)行仿真程序的過程中，雖然仿真尚未完成，但是根據(jù)當(dāng)前的仿真進(jìn)程，能夠大致估計(jì)出運(yùn)行完