基于遗传算法的集装箱装车配载方案的优化

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1、万方数据第35卷，第6期2O14年l1月中国铁道科学CHINARAILWAYSCIENCEV01．35No．6November．2014文章编号：1001—4632(2014)06一0124一07基于遗传算法的集装箱装车配载方案的优化杨广全，马玉坤，刘飞(中国铁道科学研究院运输及经济研究所，北京100081)摘要：针对手工编制集装箱装车配载方案费时、配载不合理等问题，基于集装箱和铁路车辆的参数，推导集装箱装车后铁路车辆的转向架承重、左右两转向架承重差和合重心横向偏离量的计算公式。以1组待装车的左右两转向架承重差之和最小为目标函数，以车

2、辆的载重、转向架承重、左右两转向架承重差和合重心横向偏离量以及集装箱的箱重限制为约束条件，建立集装箱装车配载方案的优化模型。基于遗传算法原理，设计启发式遗传算法对该模型求解，采用罚函数方法和修复策略处理约束条件，并针对编码提出特殊交叉算子和变异算子，以保证生成可行解。以将42个20英尺集装箱和16个40英尺集装箱配载在37辆铁路车辆上为例，采用建立的模型和启发式遗传算法得到集装箱装车的配载方案。该方案不仅满足铁路车辆装载技术要求，而且优于手工编制的配载方案，验证了该优化模型及其求解算法的有效性和合理性，可以实现集装箱装车配载的智能化。

3、关键词：集装箱运输；铁路车辆；配载方案；集装箱参数；车辆参数中图分类号：U294。3：U294。26文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4632．2014．06．19铁路集装箱运输是铁路货运的主要运输方式之一，为了确保集装箱运输的安全，需要根据集装箱的箱型和箱重，以及铁路车辆的长度和载重，将集装箱与铁路车辆进行合理配载。目前集装箱装车配载的流程是：首先采用衡器对集装箱进行称重和超偏载检测，确认其总重不超过其标记载重，并记录其超偏载的检测值；然后，根据集装箱与铁路车辆配载速查表、车辆参数和集装箱参数手工编制配载

4、方案，将数个集装箱配载到若干个车辆上。由于集装箱和车辆均有多种型号，加之受编制人员的经验制约，手工编制配载方案，不仅费时、误差大，而且经常出现一些集装箱因找不到合适的配载对象而不能装车的状况[1]。同时，集装箱装车配载方案是组合优化问题，约束条件较多，属于NP-hard问题。因此，本文研究建立集装箱装车配载方案的优化模型及模型求解算法，并采用实例验证该模型和算法的有效性和合理性，为开发集装箱装车的智能配载系统提供理论方法支持。1集装箱装车配载方案的优化模型按照铁路现行《铁路货物装载加固规则》[2]收稿日期：2013一09—20；修订日

5、期：2014一06一03基金项目：国家“八六三”计划项目(2012AAll2404)作者简介：杨广全(1977)，男，陕西渭南人，副研究员，博士。(简称《加规》)，为了保证铁路运输的安全，装载集装箱的车辆必须满足以下基本技术条件。①车辆的载重不得超过其容许载重量；②车辆的转向架承重不得超过车辆容许载重量的1／2；③车辆的左右两转向架承重差不得大于10t；④车辆的合重心横向偏离量不得超过100mm[2]。因此，根据集装箱和车辆的参数，推导出车辆的转向架承重、左右两转向架承重差和合重心横向偏离量的计算公式，以1组待装车的所有车辆的左右两转

6、向架承重差之和最小为目标函数，以《加规》规定的对车辆的载重、转向架承重、左右两转向架承重差和合重心横向偏离量的限制及车辆对装载的集装箱箱重的限制为约束条件，建立集装箱装车配载方案的优化模型。1．1参数定义及参数取值按自然数序列对待装车的集装箱进行编号，箱序i一1，2，3，⋯，咒，其中行为集装箱总数；按自然数序列对车辆进行编号，车序足一1，2，3，⋯，m，其中m为车辆总数。定义如下参数：w雾和w产分别为集装箱i的标记载重量、总重；货，工幔，货，磺左，磷右，钟和2。分别为车辆是的标记载重量、转向架中心距、所能承载的最大万方数据第6期基于遗

7、传算法的集装箱装车配载方案的优化集装箱重量、左转向架承重、右转向架承重、左右两转向架承重差及合重心横向偏离量；z叠为。一1决策变量，当集装箱i装在车辆志上时z谴一1，否则z谴一0。定义：集装箱箱门所在端为集装箱的后端，没有箱门的一端为前端[31；ni和6i分别为集装箱重心至集装箱横、纵中心线的距离，即集装箱重心的纵向偏离量、横向偏离量，当集装箱重心位于集装箱横向或纵向中心线的左方时，n，和6i取负值，而当其位于右方时其取正值。装载集装箱的车辆型号主要有X系列和NX系列，车辆参数详见表l。需要说明的是，当装载的是40英尺或长大集装箱时，

8、车辆限制的最大集装箱重量取值为集装箱的标记载重。表l车辆参数1．2车辆的转向架承重、左右两转向架承重差和合重心横向偏离■的计算集装箱装车时有2种装载方式：方式1，2个20英尺集装箱装载在1辆车上；方式2，1个40英尺或1