TELKOM NIKA , Vol. 11, No. 2, Februa ry 2013, pp. 653~658   ISSN: 2302-4 046           653     Re cei v ed Au gust 27, 20 12 ; Revi sed  De cem ber 2 3 , 2012; Accepte d  Jan uary 11,  2013   Agent-Based Automatic Shore Operating Scheduling  for a Container Terminal      Nann an Yan * , Yuan Zhou   Shan gh ai Marit i me Univ ersit y   266 0 Pu Do ng  Da Da o,  86-02 1-58 711 77 0   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : nn yan @ shmt u.edu.cn       A b st r a ct          T h is  p ape r  establis he  berth  al loc a ti on  a nd  q uay  crane  sch ed ulin g   mo dels   of  shor e     oper ating  for  a  contain e r ter m i nal. F u rther mor e , the st ructure of the bert h  - quay cran sched uli ng   ag ent     is   also   giv e n .   F i nally,   an   exa m pl e   usin g gen etic  al go rithm  to  reso l v e  the  berth   alloc a tio n   mod e l     and a g e n t  techno logy  is  sh ow n. The  experi m ent res u lt show s that the  use  of   intellige n t theory  an d     techno lo gy  can  provid e  an  effective w a y for   contain e r te rmi nal o per atin g sched uli ng.                  Ke y w ords : ber th alloc a tio n , quay cran e sche duli ng, a gent       Copy right  ©  2013 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .       1. Introduc tion  The  contain e r    termi nal    operating    sched uling    inclu d e s  be rth allo cation  a nd qu ay  cra ne  sched u ling. Berth all o catio n  mea n s  that b e rt h s   are  assign ed  for a  ship  be fore the  arrival  of the ship at  terminal s. Q uay  crane  scheduli ng is d e fined a s  the  allocatio n   of  a  reaso n a b le    numbe r  of  q uay  crane s  for  ea ch b e rt and the  sui T able lo ading  and unl oadin g  ord e r for  qu ay  cra n e s . Due  to the rand o m ness,  real -time an com p lexity of co n t ainer l oadi ng  and  unlo adi ng  operation s , the buildi ng o f  a complete  analytical m odel  for   co ntainer  te rm inal  ope rati ng  sched uling i s  very difficult . With the  creation  a nd  d e velopme n of many relat ed theo rie s  a n d   optimizatio n tech niqu es  in   the  field  of   artifi cial  intel ligen ce,  man y   new metho d s in o peratio sched uling  field a r e  presented. A  ne w intelli gent   sched uling   method  ba se d on  multi-a gent  system (MAS)  provide s   a  new  method   for  the  resolving  of sch edulin g pro b l e ms.             In  recent   years,  some  schola r hav e studie d  the  appli c ation of  theorie s an d  technol ogie s   based o n  ag ent and MAS   in  the  field  of  port.    Reb o llo  e s ta blish ed  a   containe r term inal    prod uctio n    manag eme n t  system  b a s ed   on  MA S.In this  system,  variou s  resou r ces,   su ch     as   q uay   cra nes,  ship   pla n s,   are   ma p ped   to  corresp ondi ng   a gents.   T he    purp o se  of this    system  is  to  obtain  the  shorte st  ship   stayin g   time  in po rt [1]. Thurst on pro p o s ed  a   distrib u ted ag ent techn o log y  to study the  coo r din a tion  of  contai ner terminal han dlin g operation s     whi c h   mainl y    resolves    the   proble m    of    t he dispatchi ng   of   quay   cran es   and   tru c ks.      In this stu d y,  a sim u latio n  syste m  ba sed  on  Java  wa s devel o ped [2]. Co n s ide r ing th yard     plan s   and  the  tran spo r tation   plans,  Satoshi   Ho shin o esta blish ed an   automated   guided   vehicle  (AGV )  tra n spo r tation   system    based   on   a gent  to  th goal   of  efficiency [3].  Pa per    [4]  propo se d   an  optimiza t ion model   b a se d   on   (MAS)   to   re solve   the  p r oble m    of   the     automatic  co ntainer te rmin al prod uctio n    dispat chin g.      2.  A D y namic  Berth  Ass i gnment  Mo del             Some  referred  parameters   in  the  dynamic  b e rt h a ssi gnm ent  mod e l   are:   the   arriving   time     for  ship s,  th e  sta r t job   time  of   ship s  at   be rths,   the  contain e r   loa d ing/u n l oadin g  time, the  depa rture time of ship s.Th e  followin g  are  a s sume d:  (1) the   di fferent  arriva l times of shi p are  con s id ered a s  und ete r mine d varia b les, (2) to d e termin e the  maximum a c cepT able  wai t ing  time for  s h ips acc o rding  to  different  ships ,    (3)  the   b e rths  mu st   meet  the  phy sical   con d itio ns    of  a  ship  (water  de pth  a nd  length ) ,  (4 ) ea ch  ship  has o ne a nd  only one b e rt hing op po rtun ity  and (5 ) ea ch  berth is o b tai nable o n ly for one shi p .The  objective fun c tion is a s  the  following:       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            TEL K 654 ident assi g whe n i. X ijk   berth sho u l each    to   ti less  t            mea n           L   m e assi g solv e     3.  Q u          the   q Rule  oper a   K OM NIKA    V The de s c ifies the  nu m g n ed  to    be r n    s h i p    j    a equals to 1    i.  The co n s       The  ab o l d be eq ual  t  ship  shoul d   j A - b 0 Expressi o me   req u ire m t han the  acc e   D W j i ( Expressi o n s  the  dept h   I P x j i ) ( Expressi o e ans   the  le n In  this   m g n ed fo eac h e  the pro b le m u a y    Cran e   Quay  cr a QCS = (T a Task me a q uay  crane  m ean s   the  a tions .       V ol. 11, No.  2 c ripti ons of  m be r set o f  s h r th  i.b mea n rriv e s.   C ij     if ship j is  a s t r ain t s are:       o ve  expres s t o the total  a d   be  served j wt j , j A o n   (4)   en s u m ents   a nd  e pT able ma x i xijk , 0 ) o n (5) en su r h   of  berth  i i x ij k , 0 o n   (6)   en su n gth  of  shi p m od el , the sh h  be r t h a r e   u m  in this  pap e Schedulin g a ne   sched ul a sk , Qc , Rul e a ns the  set  o  set   whi c  r u l e    s e t   w       2 ,  Februa ry  vari ables in  h ips at po rt.  n s  the  time   means    t h a ssi gne d to  b   s io n  (2)  e n a mount of al  at  least on e V   u re s  t hat  e a   the impo rt a x imum wai t i n k V j B , , e s  the dept h ,  D j  means  t k V j B , , re s  t hat  th e p    j .   P i  mea n s ip' s  a r riving  t u n determin e d e r.   g   Model  ing   model   c e )                       o f all loadin g  ca n  be s c hich  sh oul 2013 :  653    exp r ession  U stands fo r  whe n    ship   h e   pe riod    o b erth i while  n su re s  t he   l arriving  sh e  time.  a c h    s h i p   m a nce of  the  s n g time wt j U k h  of be rth is  t he shi p ' s  dr a U e   len g t h   of     s  the length  t ime to  port,  d  dyn a mic f a c a n   be  exp r                           g  and  unloa d c he dule d   by   followed  b  658   (1) :  B me a r  the  job  nu  j   ac cept s   o f loading/u n X ijk  equals t total   a m o u ips. The  ab u s  be  ser v s hip. The  wa i not less th a a ft depth.  ship   j   i s   l e s of berth   i the be rt hin g a ct or s.  S o   w r esse d  as   a                           d ing t a s ks o  all  loadin g y  quay  cra         a n s  the ber t mber  set   o serv i c e.    A n l oadin g  tim e 0 if ship j  u n t   o f  s h i p s o v e  expres v ed after    a i ting time of  e a n the  ship' s s s th an  t he  g  location  an w e u s e th e g e a  triple:                              f be rthin g    s g   and  unlo a n e  sched uli n   ISSN: 230 2 t h nu mbe r   s o f  ship  j  wh    means  th e e  for ship j a t is n o t  assi g n s  se rved in   b si o n   (3)  e n rriving    acc o e ac h  s h ip   m u s   draft  de p  length   of    b d the  quay   c e netic algo ri t                           s hip s .  Qc   m a di ng  oper a n g and  qu ay          ( 2 -4 046   (1)   s et. V   ich  is     e   time    t  be rth  n ed  to   (2)   (3)   b erth n su r e s   (4)   o rding    u st  be  (5)   p th. W   (6)   b erth   i .   c ra ne s   t hm to         (7)  m eans   a tions .    cr a n (8)       ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TEL K   A   unlo a of ta s bloc k indic a the p   quay  waiti n quay  need (1 q     t a sk   loadi n ((p ri i = the d then  cabi n cra n e     4.  T h st ru c t to  t h agen exch a berth quay  sho u l desi g of t h com m res p o inter p K OM NIKA    A gent-Ba s e d Task i =( ti d Tid i  is th e a ding   ta sk.   d s k i . bl ock i  is  t k    of ta sk i c a tes   the  b e rio r ity  of  tas k     qc j =(q c id j qcid j    i n d cran e j. pos j n g for  q uay  c Suppo se   c r an es F o s to be sche Suppo se   n) is waitin g {qc =( qci d     {qc p =( qci d   The ba si c if ((bay i = =  an d   t he  u n g task .*/  if ((bay i = = = 4)   an d    (p eck sho u ld  b if  ((b ay i = (( pr i i =1 ) and n  sh ould  be f if ((bay i < b e s ca n't  wor k h e  Structu r A fter fini s t ure of the B Whe n   a  h e  task   ag e t.   Therefo r a nge with  th - q uay  cr an e  crane    ass i l d  be  ab le   g ne d the  str u h e BQSA a m uni cati on  i o ns ib le  fo r   c p reter i s  r e d  Automatic S d i , io ,deck i s e  se rial num b d ec k i    mean s t he block nu c n i  indi cat e e ginnin g   tim k i          , s t atus j , po s d i c at es the s j   in dic a t e s t h c ra ne j. s j   i n  the r e   are  r ta s k i   =    ( t i d dule d task (1 i n ) g   for the s e r d j , status j , p o d p , status p p c  scheduli ng  = bay q ) and ( i u nl oadi ng  ta = bay q ) and  ( ri q = 3 ) )    / *    i f b e finishe d  b = =ba y q )     a n  (pri q =2 )) /*  i inished befo b ay q ) and  (| b k  a c ross  eac h r e  of   the   B s hin g  buildi n QSA s hould   ship  arr i ve e nt  by  th e   a r e,   the  B Q e outsi de  w o e    a s s i gnme n i gnm ent   an d to ma na ge  u cture  of  th re s h o w a i nte r face  a n c ommunicati n e sp on sible   f I S S hore Op era t s bay i , block i b e r  o f   t a s k i . s   that task i s mber in the  th e   num b e e  of  taski.   s j , n j , s j )           erial numbe r h e current   b n dicate s the  e n tasks   w a it i d i ,  io i , dec k i , )  i s  waiting f o r vi ce of qu a y o s j , t j )    tas k i p os p , t p )   tas k rul e s ca n b e i o i ==1 )  and  ( sk are at t h e ( (i o i ==0)  and f  unloading    efore the  un l d     ((io i == 1 ) f loading  t a s re the loa d i n b ay i -bay q |> = h  anoth e r.  */ B erth -Qu a y   n g th e bert h be de sign e d s ,   the  task   a ge nt platf o r Q SA  shoul d o rl d.In addit i o n t  and   sch e d  sched uli n g the rule o e BQSA  as   a s the fol l o w n d th me s n g with the f or the ex p S SN: 2302-4 0 t ing  Schedul i ybay i , c n i , s i  io  means  w s  on  the  de c k yar d   of  tas k e  of   co nt a  t  indicat e                          r  of qu ay cr a b ay  of  quay  e arliest idle  t i ng   for   loa d ,  bay i , c n i , s i , o r the s e rv i c y  cran e p 1 =(t i d i  , io , d e k q =( tid q , io q d e  expressed  ( io q == 0 )) the e  same  bay ,  (i o q ==0) )  a n t a sk s  ar e   a l oa ding ta sk  )      a n d      ( i o s ks   are  at    n g task on th e 8)  a nd ( p os j Crane Sch e h -quay  cran e d   r e que s t   o f r m. The BQ S d   h a v e    c o o n, the BQS A e duling.  Al s g    sho u ld   b e o f the loadi n sho w n  in   F w in g: (1)  c o s sag e  int e r p outsi de wo r p lanatio n o f 0 46 i ng for a Co n , t i , pri i )           w hether tas k k  o r  i n  t h e   c a k i . Ybay i  indi c a iners   waiti  the  time n                           a ne  j. s t a t u s j  cra ne  j.   n t ime for qua y d in g/unlo a di n ,  t i , pri i ) ( 1 i c e of qu a y  c r p m.   e ck i  , bay i  ,  c d eck q , bay q as n ((p r i i =1)     a  unloadi ng  t n d ((de ck i == a t  the  s a me in the ca bin . o q = = 1 ) )      a n the  same   b e  deck.*/   j <pos p ) t hen  e du ling  Ag e e  assig n me n f    berthi n g   a S A receives   o mmuni cati o A  shoul d  be  s o,  the  solu t e    st ore d .   A t n g/unlo adin g F igure 1. Th e o mm uni c ati o p reter. Th r ld an d the  f  the rec e i v n tainer Term i                           k i  i s   t h e   l o a a bin. sbay i      c ates  th e b a ng  fo r  l o a eeded by fi n                            indi cat e s t h e  i s   the  qu a y  cran e j.  n g  and  th er e n), pri i  =  0,   w r ane j 1 j   m c n i , s i  ,  t i  ,  pri i cn q , s q , t q , p r a nd   (pri q = 2 t ask shoul b 1 )    a n d     ( d    bay,  the   u .  */  d ((de ck i == 1 b ay,  the  lo a (( pr i i =1)  an d e nt (BQSA)  n t and  sche d a nd lo adi ng/ u t he task  req o n capabiliti e able to sto r e t i o n  algo rith t   the   sa me  g  ope ration.  e  func tions  o f o n co ntrol  u communic a i n tegral pa r v ed messa g   ina l  (Nanna n                           din g   t a sk    o i s   the bay  n u a y   numb e r   d i ng/unlo adi n ishing task i .                           e  cu rr ent  st a ntity  of  the  e    ar e    m av a w hi ch m ean s m . Suppose  i )}                     ( r i q }                  ( 2 ) )    / *     i f     l o b e finish ed  b d eck q == 0) ))    u nloadin g   ta )a nd (de c k q = a di ng  task   i d  (pr i q =1 ))/ d uling m o d e u nlo a ding    i s ues t  from th e e s for infor m e  the  model  m  for  the    t i me,  the    B I n  summa r f    the c o mp o u nit includi n a tion interf a r t of the me g e .  (2) re s n  Yan)  655    (9)  o r  the    u mbe r   in  th ng . S  pri i  is  (10 )       (11)  a tus  of    t a sks  a ilable  s  task i    tas k q   ( 12)  13)  o ading    b efore     then    sk   on  = =0 )) i n  the  Quay  e l, the  s    sent    e  ta s k   m ation   of the    be rth - B QSA   r y, w e   o ne nts    g th e     a ce i s   s s a ge   s ou rce  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 23 02-4 046   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 2,  Februa ry 2013 :  653 – 658   656 manag eme n t cente r . It is respon sibl e for acce pting  the regi strat i on of age nts and  re sou r ce   informatio n query. (3) ta sk buffer pool. Whe n  seve ra l tasks arrive,  they can be put into the task  buffer  pool waiting for bein g  assi gne d. (4) job co ntrol  module. It is arrang ed to resolve the be rth  allocation a n d  quay  crane  sched uling  problem a c co rd ing to   the  sol u tions   sto r ed   in  the  m o d e   libra ry. (5) le arnin g  mod u l e . BQSA record s and  su mmari ze s th e allocation   and  sched uling     results,  and  add s  new  knowl edge to  kno w le dge d a taba se. (6 ) berth / quay crane d a taba se. It  is a r range d t o  sto r e th e inf o rmatio n of b e rths an d q u a y crane wh ich   are  m a n aged   by  B Q SA.    (7) kno w ledg e/quay   cran e sch edulin  rule   d a taba se.  It  i s    re spo n si ble  fo r   stori ng   ea ch   allocation  an sched uling  result.  (8) mo del  d a taba se.  Different  solutio n s fo berth  and  qu ay- cra ne allo cati on and  sched uling problem s are  stored i n  model data base.          Figure 1.   The Structu r e of  the  Berth - Q uay Cra ne Scheduli ng Age n     5. Solution Exa m ples  We   ta ke   a    contai ner    te rminal   which   ha s   3   b e rt hs   a nd   is  p r ovided with 1 2   qu ay  cra n e s   for  an  example.   The lo adin g /u nloadi ng   sp e ed   of   the   q uay  cra ne  i s   2 7    co ntai ners   per h our. Th e wo rk d a ta of 12 ship s i s  sho w n a s  T able 1. The  maximum  accepT able   wa iting    time  for  ships  is  from  3-10 h o u r s . The loadi ng/ unloa ding ta sks of ea ch  ship is sho w as  Table 2.     Table 1. The  Basic  Wo rk  Data of Arriving Ships  Arr i ving   Shi p s / Vesse ls   Arr i vin g    Time Th e   Numbe r   of   Conta i ne rs Da y Momen t Sh ip  1   Th e  1st  D a y 01: 4 0 96 0 Sh ip  2   Th e   1st    D a y   05: 2 0   17 90   Sh ip  3   Th e   1st    D a y   08: 3 0   98 0   Sh ip  4   Th e   1st    D a y   13: 0 0   18 25   Sh ip  5   Th e   1st    D a y   22: 0 0   10 60   Sh ip  6   Th e   1st    D a y   23: 0 0   98 0   Sh ip  7   Th e   2n D a y   05: 0 0   15 25   Sh ip  8   Th e   2n D a y   06: 0 0   10 35   Sh ip  9   Th e   2n D a y   20: 0 0   10 80   Sh ip  10   Th e   2n D a y   21: 0 0   89 0   Sh ip  11   Th e   3r D a y   18: 0 0   16 70   Sh ip  12   Th e   3r D a y   20: 0 0   15 80     The tested b a si c paramet ers of  gen etic algorithm are  that: (1 ) pop ulation si ze is 100. (2)  the times of  here d ity iterat ion is 1 000.  (3) ge netic     crossove r   p r obability   is   0.9.  (4)  gen e t i c   variation probability is  0.05.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046       Agent-Ba s ed  Autom a ticShore Op erating  Scheduli ng for a Co ntaine r Term inal (Nanna n Yan)  657 Table 2. The  Examples of  Loadi ng/Unl o ading Ta sks  Task   No.   Task   Bay   No.   Deck/Cab i n Load ing / Unload ing Th e SequeceNumbe r   in   One Ba y   Th e N u mbe r   of   Conta i ne rs   I 01D   01   D   I 1 1   I 01H   01   H   I   2   1   I 02H   02   H   I   2   31   E02H   02   H   E   4   12   I 03D   03   D   I   1   2   I 05D   05   D   I   1   1   ...   ...   ...   ...   ...   ...   I 30D   30   D   I   1   7   I 30H   30   H   I   2   1   E30H   30   H   E   4   15   E30D   30   D   E   4   17   I 34D   34   D   I   1   14   I 34H   34   H   I   2   12       Suppo se all  berth s satisfy the arriving  ship s.  Acco rd ing to  the  a s sumed   exp e rime nt    para m eters,   the  be st  val ue  i s  39.2 2   after  ru nnin g  the  gen etic a l gorithm prog ram.  Th be st  chromo som e   is 1  4 8  12  0  2 6  9 1 3  0  3  5 7  10. So  ship 1,  ship  4,   shi p    8  a n d   ship   12    are     assign ed  for  berth  No. 1  whi c h a c qui re s 4 quay cran es. Ship 2, sh ip 6, ship 9 a nd shi p  13 are   assign ed for  berth   No. 2  whi c h a c q u ires 4  quay  cra nes. Ship  3,  Ship  5,  ship   7  and   shi p   10    are  a s sign e d   for  be rth   No. 3  whi c h  al so  acq u ire s   4 q u a y   cran es. T he di spat chi n g   arrang ement  is sh own as   Table 3.       Table 3.Th e Example of the Best Beth Allocatio n  Usin g Geneti c  Algoritm   Arr i ving   Ships /   Vessels   Th e   Ber t hi ng   Berth   Arr i ving   Tim e   Tim e   ( hours)   Depa rtu r e   Tim e   Load ing /   Unloading   Speed  Volum e s/ Hour )   Day   Momen t   Day   Momen t   Sh ip  1   1   Th e 1 st  Day   01: 4 0   9. 33   Th e 1 st  Day   10: 5 0   10 5   Sh ip  2   2   Th e 1 st  Day   05: 2 0   13.  6 6   Th e 1 st  Day   19: 0 0   13 1   Sh ip  3   3   Th e 1 st  Day   08: 3 0   9. 25   Th e 1 st  Day   17: 4 5   10 6   Sh ip  4   1   Th e 1 st  Day   13: 0 0   13.  3 3   Th e 2 nd  Day 2:1 0   13 0   Sh ip  5   3   Th e 1 st  Day   22: 0 0   9. 83   Th e 2 nd  Day 7:5 0   10 8   Sh ip  6   2   Th e 1 st  Day   23: 0 0   9. 5   Th e 2 nd  Day 8:3 0   10 3   Sh ip  7   3   Th e 2 nd  Day   05: 0 0   11.  3 3   Th e 2 nd  Day 19: 1 0   13 5   Sh ip  8   1   Th e 2 nd  Day   06: 0 0   9. 66   Th e 2 nd  Day 15: 4 0   10 7   Sh ip  9   2   Th e 2 nd  Day   20: 0 0   8. 5   Th e 3 rd  Da y   4:3 0   12 7   Sh ip  10   3   Th e 2 nd  Day   21: 0 0   1. 25   Th e 3 rd  Da y   7:1 5   87   Sh ip  11   1   Th e 3 rd  Da y   18: 0 0   12.  5   Th e 4 th  Day   6:3 0   13 4   Sh ip  12   2   Th e 3 rd  Da y   20: 0 0   13.  8 3   Th e 4 th  Day   9:5 0   11 4       5. Conclusio n   This pa per u s e s  a gent  te chn o logy to   build  th structure  of the   Be rth-Q uay    cra ne    Sched uling   Agent(BQSA).  The  berth  alloca tion mo del and th e q uay crane  scheduli ng rule s of  the BQSA are also sh o w n in this p aper. Exper i m ent re sult sho w s t hat the use of agent  techn o logy a nd othe r rel a ted intelligent  theory ca provide  a n  effective sup port  for  sh ore    operating sch edulin g for a contai ner te rminal.      Referen ces   [1] Rebo llo,  J u lia n,  Carrascosa, Botti.  A  Multi-Ag ent  Sys t em  for  th e   Auto matio n   of   a  Port C onta i ne r   T e rmi nal.  Auto nomo u s Age n ts 2000  w o rksh op on Ag ents i n  Industr y .  Bar c elo na, Spa i n. 200 0.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 23 02-4 046   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 2,  Februa ry 2013 :  653 – 658   658 [2] T hurston HU.  Distrib uted  Agent Arc h itect u re for P o rt Au tomati on . 26th Internatio na C o mputer  S o ft w a r e     and Ap plic atio ns Confer enc e. Oxford. UK. 2002; 81- 90.   [3] Satoshi H o shin o, Jun Ota, Akiko Sh in ozaki, Hi dek i Hashim oto.  D e sig n  of an A G V T r ansporta tio n       System  by C o nsid erin g Ma n age ment Mo de in  an  ACT  Intelli ge nt Auton o m o u s Syste m s . Book Ed itors   IOS Press. 2006.  [4] Miguel  Re boll o , Vice nte  Julia n,  Carl o s  Carrascos a , Vicente Botti.   A Multi-Agent System  for the      Auto matio n   of a P o rt Co nta i ner T e r m in al.   26th  Intern ati ona l C o mput e r  Soft w a re  an d Ap plic atio ns  Confer ence. Oxford. UK. 20 0 2 ; 81-90.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.