应用3D虚拟现实仿真辅助集装箱码头堆场闸口规划

应用3D虚拟现实仿真辅助集装箱码头堆场闸口规划

郑韵

天津大学仁爱学院天津市301636

摘要：伴随着现今社会的经济发展以及社会的进步，集装箱相关的运输已然成为了较为重要的运输方法，在世界范围之内，集装箱的吞吐总量一直在逐年增加，这也同时给港口规模以及港口作业造成了一定的影响[1]。集装箱的堆场是相关船舶堆放集装箱的地方，是集装箱港口作业之中较为重要的一个环节，所以堆场的作业效率直接影响港口的整体作业水准。

关键词：虚拟仿真；数学建模；堆场

伴随着全球经济一体化的进展，集装箱的运输量也在迅速的增长之中，这就要求港口的相关规模以及效率得到相应的提升，所以对港口集装箱码头堆场闸口也有了更高的标准，只有尽力符合相应的要求，才能提高运输以及港口的服务效率，进出闸口都有相应的服务，就会产生排队等候的情况，这样就使效率较为低下，也会影响运输的相关效率，所以可采用数学建模与3D虚拟现实仿真技术进行有机结合，进而对闸口的规划进行建模，这样做可以在很大的程度上满足所需的要求[2]。

1.3D虚拟现实仿真技术进行规划闸口的背景以及意义

自从1961年形成集装箱运输有关的服务以来，其就逐渐的成为了当下最为主要的运输方式以及方法，而其运输量也在不断地进行增加，所以对于港口的要求也越发的严格[3]。伴随着当下的时代背景，港口的原有规模以及规划都需要进行一轮新的建设来满足日益加大的需求，就比如当下存在的排队等候等相关的问题，都需要对闸口进行新一轮的规划以及设计，以此来提高相关的工作效率，从而促进运输行业的发展，加快船舶的周转速度，提高港口的通过能力。研究港口的集装箱码头堆场闸口的问题能够使得运用资源变得更加合理，从而使得运输变得更加高效，降低进行物流所需的成本以及时间，而且伴随着闸口问题的改善也能进一步的提高服务质量，使相关的人员能够体会到更优质的服务，对于这个行业也有着一定的促进作用[4]。

2.运用数学建模的技术对于堆场的闸口进行规划

2.1运用这个技术的优势

在当下的港口之中，随着行业的发展也使得港口的情况变的较为复杂，而数学建模的的方法在当下已经成为了港口相关规划之中较为重要的一项专业技术，而这项技术在当今的国外已经得到了比较广泛的运用，并且在我们国家的运用中也在不断地增多，这项技术可以明显的避免在实际操作时造成的较为昂贵的人力以及物力的损失，所以在实际的规划建设之前可以采用数学建模进行相关的模拟，这样可以在很大程度上给之后的规划以及建设提供相应的理论依据[5]。

2.2运用数学建模的方式

我们可以用数学建模的方式来获得规划之中的相关一些数据，第一步，我们需要依据相关港口堆场闸口的实际情况，对每天进入闸口的船只数量进行推断，并把他们换算成相应的时间间隔数据，若是差异大也可以多选取几次之后求得平均值备用；第二步，就是需要我们了解每一个经过闸口的船舶所需要的服务的时间，这样可以大体估算出来相关的数值以待备用，或是如上述一样进行抽样之后选取平均值；第三步是要得到在堆场的内部所需要的时间的情况，其中主要是装卸相关的货物所需的时间，而这也不尽相同，也可进行抽样选取平均值来获得数据；第四步是设定送来集装箱的船舶与装走集装箱的船舶的比例问题，大体上可以依据实际的情况进行设定，也可直接都设定为50%；第五步为对进出的有关检查点进行初步的设定，可以依据相关的经验进行设定，或是按照当前设计的规划方案实行设定。

在相关的情况都了解了之后，也就得到了相应的数据，之后就需要构建一个数学的流程图，其主要以上述的数据以及港口进出堆场闸口的流程为依据，在构建完相应的流程图之后，进行反复多次的运行，以验证最初设定的检查点数量以及位置是否合理，是否做到时间最小化，是否能够对当下排队现象进行相应的改善，若是得到的结果能够做到以上几点，那么就是相应的优化方案，而若是得到的结果不是令人满意并无法满足条件的话，就需要继续设定另一组情况，然后继续对数学建模进行多次的运行，直到得到满意的结果，这样的方法可以有效地找出最适合当前的方案，为之后的闸口规划提供理论依据，避免造成不必要的损失。

3.对3D虚拟现实仿真技术与数学建模进行结合应用

3.1二者结合运用的原因与意义

在当下对集装箱堆场闸口实行相应的规划布局，能够有效地提升港口堆场闸口的作业效率，在上面已经介绍过了数学建模技术在闸口的规划中的重要作用，可以得知数学建模在当下的闸口规划之中有较为重要的作用，但是数学建模的相关方法在构建以及运行的过程之中较为抽象，就使其存在一定的局限性，无法最真实的反映出相关的实际情形。所以为了弥补在数学建模中存有较多的假设的问题，就需要采用3D虚拟现实仿真技术与数学建模进行结合，这样可以有效的促进闸口规划之中相关方案的优化。

3.2运用3D虚拟现实仿真技术的作用

（1）能够对系统设计以及相关数据进行更加广泛的测试，从而优化系统设计；

（2）这项技术能够对时间实行“放大”以及“压缩”，可以在短时间内分析出长期的运行情况，亦或是在长时间之内观察系统的瞬间状态变化；

（3）可以对于系统间的相关变量间的关系以及相互作用进行分析，并可以得出其对系统行为的影响程度；

（4）分析系统存在的瓶颈，对于存有的不利条件进行克服；

（5）能够定量的对系统进行描述，与定性的分析进行验证；

（6）对系统的因果进行分析，便于预测以及掌控系统。

3.3运用3D虚拟现实仿真技术与数学建模进行结合

将数学建模得到的最终数据作为基础，把相应堆场闸口构建成3D仿真的模型，对相关的规划方案实行预演，可以有效地避免因数学建模抽象的原因而造成的相关人力与物力的浪费。

3D虚拟现实仿真技术具备相应的三维显示功能，快捷与便利以及显示的强大是其较为主要的特点，它相较于其他的方法也更加的接近实际情况。这项技术具备原始数据和、输入建模、图形化的模型构建、虚拟现实显示、运行模型进行试验、对结果进行优化以及生成3D动画影像等相关功能，所以结果较为准确。

在这个技术之中，运用者可以依据自身的需求对相应的领域进行设计，其具备较为突出的3D显示功能，可以通过这项技术建立逼真的3D模型，帮助相关设计者对于方案有一个直观的认知，结合数学建模的相关结果在3D模型上进行输入以及运用，能够使得3D建模既具备实际上的具体认知也具备相应的抽象数据理论，二者结合能够有效地提高在闸口进行规划时方案的优化，还可以避免因为单方面的因素而造成相应的人力与物力的损失。

4.结语

综上所述，相比较于一些传统的方法来看，运用这个技术能够为相关的规划设计人员以及决策者提供更为丰富的信息，通过这样的方式可以在进行改造之前考虑到可能发生的情况以及实行之后形成的有益之处，避免因规划时的疏忽而导致相应的损失。

参考文献

[1]张智博.计算机仿真技术在集装箱港口系统规划中的应用[J].电子技术与软件工程,2016(08):175.

[2]尹立鹏.基于Flexsim的集装箱码头后方堆场功能区布局优化[D].大连海事大学,2012.

[3]罗勋杰.集装箱码头物流操作系统优化理论及建模方法研究[D].大连海事大学,2010.

[4]秦天保,张旖.应用3D虚拟现实仿真辅助集装箱码头堆场闸口规划[J].上海海事大学学报,2009,30(01):63-68.

[5]李晓斌.基于WITNESS的集装箱码头堆场闸口系统仿真研究[D].大连理工大学,2007.