專利名稱：基于計(jì)算機(jī)視覺的物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化，具體地說是一種利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行物流節(jié)點(diǎn)內(nèi)部設(shè)施布局規(guī)劃，解決復(fù)雜地形條件下多約束大規(guī)模物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化。
背景技術(shù)：
布局問題廣泛存在于交通運(yùn)輸、大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、航空航天等領(lǐng)域，具有高度復(fù)雜性。物流節(jié)點(diǎn)布局問題包括規(guī)則功能區(qū)布局和不規(guī)則功能區(qū)布局。現(xiàn)有的對布局問題的研究大多局限于矩形區(qū)域，但實(shí)際中不規(guī)則功能區(qū)更為普遍，且布局問題遠(yuǎn)比規(guī)則功能區(qū)復(fù)雜，現(xiàn)有的研究方法均為將不規(guī)則功能區(qū)轉(zhuǎn)化為規(guī)則功能區(qū)(矩形區(qū)域)進(jìn)行研究。布局問題可分為間斷式布局與連續(xù)式布局兩大類；當(dāng)功能區(qū)數(shù)量大于 15時(shí)，這兩大類的物流節(jié)點(diǎn)布局已被證明是屬于NP難題，該問題隨著功能區(qū)數(shù)量的增加， 其所需要的計(jì)算時(shí)間呈指數(shù)增長。物流節(jié)點(diǎn)內(nèi)存在的活動(dòng)關(guān)系有四種①程序上的關(guān)系，即是建立在物流和信息流之間的關(guān)系；②組織上的關(guān)系，即是建立在各部門組織之間的關(guān)系； ③功能上的關(guān)系，即是因?yàn)閰^(qū)域之間因功能需要而形成的關(guān)系；④環(huán)境上的關(guān)系，即是考慮到操作環(huán)境和安全需要而保持的關(guān)系。其中程序上的信息作業(yè)環(huán)節(jié)已經(jīng)不受地點(diǎn)位置的限制，在物流節(jié)點(diǎn)布置上考慮更多的是物料流程，也就是物流關(guān)系。同時(shí)對物流節(jié)點(diǎn)活動(dòng)中的這4種關(guān)系賦予不同的權(quán)重，計(jì)算出區(qū)域間的綜合活動(dòng)關(guān)系量化值。長久以來，不少學(xué)者對設(shè)施布局優(yōu)化問題進(jìn)行了深入的研究。對布局問題的研究大多局限于矩形功能區(qū)，不規(guī)則功能區(qū)通過不同方式轉(zhuǎn)化為矩形功能區(qū)。有學(xué)者將設(shè)施布局優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為連續(xù)優(yōu)化的多行車間布局問題，并應(yīng)用遺傳算法對其進(jìn)行求解，取得了很好的效果。更有人在前人研究的基礎(chǔ)上對遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)，并將其應(yīng)用于物流節(jié)點(diǎn)布局優(yōu)化中，在兩個(gè)維度上對布局問題進(jìn)行優(yōu)化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)開始廣泛應(yīng)用，早在20世紀(jì)70年代就產(chǎn)生了一些用于布置設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序，總的來說，運(yùn)用計(jì)算機(jī)布置方法可將設(shè)施布局分為三種類型構(gòu)建型、改進(jìn)型和仿真型。傳統(tǒng)的布置方法，把選址區(qū)域作為一張“白紙”，不考慮內(nèi)部的地理障礙、干線道路(功能區(qū)內(nèi)部通道相對較小，可以劃到功能區(qū)中)等對區(qū)域的分割，也沒有考慮其周邊區(qū)域與其內(nèi)部區(qū)域的活動(dòng)關(guān)系要求。物流節(jié)點(diǎn)是個(gè)相對宏觀的空間，內(nèi)部區(qū)域布置，必須考慮交通及環(huán)境因素，內(nèi)部的區(qū)塊位置并不是“均質(zhì)的”，應(yīng)該作為一個(gè)有約束條件的布置問題，即物流節(jié)點(diǎn)區(qū)域布置存在約束控制因素，需要考慮物流節(jié)點(diǎn)的相關(guān)控制點(diǎn)或者控制線(外圍鄰近的關(guān)聯(lián)設(shè)施， 例如港口碼頭、鐵路貨運(yùn)站、鐵路專用線、機(jī)場、高速公路出入口、城市主干道等，也可以是內(nèi)部道路切割出來的主出入口)。而且，大多數(shù)已發(fā)表的有關(guān)設(shè)施布局問題的研究成果，建立的目標(biāo)函數(shù)都是最小化物流作業(yè)成本，而忽略了功能區(qū)的幾何形狀、面積利用率等因素。 實(shí)際上，幾何形狀與面積利用率等因素影響功能區(qū)的建筑成本與土地投資成本，這兩項(xiàng)成本與物料搬運(yùn)成本同等重要，應(yīng)在評估最佳布局方案時(shí)予以考慮?？傮w來說，對于復(fù)雜地形條件多約束條件下物流節(jié)點(diǎn)內(nèi)部布局優(yōu)化的研究亟待深入。
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是借鑒傳統(tǒng)的設(shè)施布局優(yōu)化方法，將功能區(qū)的幾何形狀、最大面積利用率與最小的物料搬運(yùn)成本綜合考慮，引入計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和圖形技術(shù)解決物流節(jié)點(diǎn)空間關(guān)系難以表達(dá)的問題，以實(shí)現(xiàn)物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局的綜合優(yōu)化。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案一種基于計(jì)算機(jī)視覺的物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化方法，包括如下步驟步驟(1)，基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，采用多智能體(Multi-Agent)技術(shù)與CA模擬技術(shù)，構(gòu)建地理模擬系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)來表征物流設(shè)施地塊地形及其約束條件，構(gòu)建物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化的三層Agent優(yōu)化模型；步驟O)，進(jìn)行物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的收集和初步處理，建立物流節(jié)點(diǎn)、物流服務(wù)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫和預(yù)測數(shù)據(jù)庫；步驟(3)，采用ALDEP和MULTIPLE兩種構(gòu)建型算法產(chǎn)生物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局的初始方案，在初始方案的基礎(chǔ)上生成初始解，制定物流節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和布局方案的評估結(jié)果；步驟(4)，方案優(yōu)化將遺傳算法與模擬退火算法結(jié)合形成高度混合的遺傳模擬退火算法，并在其中引入三層Agent優(yōu)化模型對遺傳模擬退火算法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，對于功能區(qū)布局問題采用實(shí)數(shù)編碼，形成物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化算法。進(jìn)一步的，本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)視覺的物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化方法中，步驟(1) 所述三層Agent優(yōu)化模型采用多級遞階的層次結(jié)構(gòu)，從上至下依次包括全局優(yōu)化主體 (LSA)、功能區(qū)主體(FA)和網(wǎng)格主體(NA)，每一級由功能、結(jié)構(gòu)類似的智能體Agent組成； 其中全局優(yōu)化主體(LSA)作為功能區(qū)主體(FA)的協(xié)調(diào)單元，從物流節(jié)點(diǎn)全局角度進(jìn)行物流節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的方案優(yōu)化，并引入?yún)f(xié)同機(jī)制實(shí)現(xiàn)與功能區(qū)主體(FA)之間的協(xié)同優(yōu)化，確定協(xié)調(diào)對策和協(xié)調(diào)參量；功能區(qū)主體(FA)負(fù)責(zé)物流節(jié)點(diǎn)各功能區(qū)的方案優(yōu)化，向全局優(yōu)化主體(LSA)傳輸關(guān)于其局部系統(tǒng)環(huán)境和系統(tǒng)優(yōu)化性能的反饋信息，作為全局優(yōu)化主體(LSA)的決策依據(jù)， 同時(shí)作為網(wǎng)格主體(NA)的協(xié)調(diào)單元；網(wǎng)格主體(NA)負(fù)責(zé)網(wǎng)格的功能選擇行為，與功能區(qū)主體(FA)相互協(xié)調(diào)，在協(xié)調(diào)不了時(shí)向上一層Agent尋求全局優(yōu)化協(xié)調(diào)；在接到其它功能區(qū)主體(FA)和網(wǎng)格主體(NA)的協(xié)調(diào)請求時(shí)，就進(jìn)入?yún)f(xié)調(diào)工作狀態(tài)，并通過上一層Agent優(yōu)化協(xié)調(diào)的決策達(dá)到全局最優(yōu)，實(shí)現(xiàn)物流節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和布局方案的優(yōu)化。進(jìn)一步的，本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)視覺的物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化方法中，步驟(2)所述具體步驟如下(2a)數(shù)據(jù)的收集和初步處理確定產(chǎn)品P、產(chǎn)量Q、工藝路線R、服務(wù)支持S、時(shí)間T，場址的各項(xiàng)屬性以及各功能區(qū)對場址的要求以及對面積、對公用工程建設(shè)的各種需求，還有關(guān)于項(xiàng)目各功能區(qū)的投資和造價(jià)，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以備調(diào)用；
(2b)建立物流節(jié)點(diǎn)物流服務(wù)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫和預(yù)測數(shù)據(jù)庫
逐年累計(jì)建立各類物流服務(wù)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫，來粗略估算所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各種參數(shù)，這些參數(shù)包括物流市場需求的歷史資料與物流供給的預(yù)測、物流節(jié)點(diǎn)經(jīng)營的發(fā)展戰(zhàn)略與策略、產(chǎn)品產(chǎn)量、物流生產(chǎn)規(guī)模、面積、人員、投資需求、投資回報(bào)率；
應(yīng)用類似項(xiàng)目的歷史數(shù)據(jù)來確定新建項(xiàng)目的各項(xiàng)需求，采用回歸、曲線擬合數(shù)學(xué)方法來類比，估計(jì)新建系統(tǒng)的各項(xiàng)要求以及將來發(fā)展需求的預(yù)測；
將已有的物流節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的主要指標(biāo)用計(jì)算機(jī)歸類分開建立知識(shí)庫和數(shù)據(jù)庫以備使用，建立物流系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫和預(yù)測數(shù)據(jù)庫。
進(jìn)一步的，本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)視覺的物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化方法中，步驟(3)所述初始方案的建立步驟如下
(Ia)數(shù)學(xué)模型的表示
首先假設(shè)規(guī)劃區(qū)域被分割為W行、L列的格網(wǎng)單元，即共有W · L個(gè)用地單元；
定義Du表示功能區(qū)i與功能區(qū)j之間的直線距離，需要安排K種功能屬性類型， )(ijk代表單元(ij)的功能屬性類型，Xijk是一個(gè)二元變量，如果單元(ij)的功能屬性類型是k，其值為1 ；否則為0 表示是第k種功能類型的規(guī)模，Siw表示單元(ij)和單元 (i' j')鄰接次數(shù)的總和；
采用考慮物流成本最低的目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建如下優(yōu)化模型KKMKNK
π η=ΣΣΜ.4^ΣΚ.(《^ΣΣ^Κ；=1 ^=I；=1 ^=I；=1 ^=I^ LK
s.t. Σ Σ Χ講=^k，Σ Χ耿=1 v^ j ,S >1 V07 /Y)/ = 1 J=Ik = lLyxf\J-> J ,_7]= 1 4h]M2 >D ^Bv J^By ,max d^ < (Aaf2
其中，Cij為功能區(qū)i與功能區(qū)j之間每單位貨物單位距離的物流成本；
f.j表示功能區(qū)i與功能區(qū)j之間的物流量；
Clij表示功能區(qū)i與功能區(qū)j之間物料搬運(yùn)的直線距離；
C'。.為功能區(qū)i與關(guān)鍵控制點(diǎn)j'之間每單位貨物單位距離的物流成本；
f ‘ ,j表示功能區(qū)i與關(guān)鍵控制點(diǎn)j ‘之間的物流量；
d' ,j表示功能區(qū)i與關(guān)鍵控制點(diǎn)j'之間物料搬運(yùn)的直線距離；
C" ,j為功能區(qū)i與關(guān)鍵控制線j “之間每單位貨物單位距離的物流成本；
f 〃 ,j表示功能區(qū)i與關(guān)鍵控制線j “之間的物流量；
d" ,j表示功能區(qū)i與關(guān)鍵控制線j “之間物料搬運(yùn)的直線距離；
表示功能屬性為k的兩個(gè)單元G1J1)和(i2j2)的Manhattan距離；
成…表示功能屬性為Ic1的單元G1J1)與功能屬性為1 的單元(i2j2)之間的歐氏距離；
Bij表示某網(wǎng)格單元(i j)禁止布置區(qū)域的單元集合；
表示單元G1J1)和單元(i2j2)之間的距離；
a表示地塊的面積；
λ是一種緊湊形狀的測度；
K表示功能區(qū)類型的數(shù)量；
M表示關(guān)鍵控制點(diǎn)數(shù)量；
N表示關(guān)鍵控制線數(shù)量；
L表示規(guī)劃區(qū)域的最小包絡(luò)矩形長度；
W表示規(guī)劃區(qū)域的最小包絡(luò)矩形寬度；
(Ib)復(fù)雜地塊的幾何圖形表示
將規(guī)劃區(qū)域轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)格式；用等距掃描法來表示物流節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜地塊形狀，對功能區(qū)形態(tài)的分析采用項(xiàng)點(diǎn)序列鏈碼Freeman鏈碼來進(jìn)行；對于已有功能區(qū)，在算法優(yōu)化的過程中將功能區(qū)對應(yīng)的方格的功能屬性設(shè)定為不可更改；
(Ic)功能區(qū)形狀及其約束條件的表達(dá)
選擇規(guī)則格網(wǎng)單元作為空間決策變量，采用Freeman碼來描述各功能區(qū)的形狀與空間信息，對于功能區(qū)形狀的約束通過引入不規(guī)則度以及最小包絡(luò)矩形來描述；具體如下
1)功能區(qū)的的描述與網(wǎng)格頂點(diǎn)鏈碼表示
對于功能區(qū)形狀用邊界像素的頂點(diǎn)來標(biāo)記圖像的方法，采用八方向的Freeman鏈碼來表示各功能區(qū)形狀，功能區(qū)邊界Freeman鏈編碼可以表示為{(X(1，yQ) 1/ Λan_J，其中( ，Y0)為功能區(qū)邊界上起始網(wǎng)格坐標(biāo)，Bi e {0,1,2,3,4,5,6,7}是功能區(qū)的八方向鏈碼；
一個(gè)功能區(qū)的邊界鏈碼表示為
L = x0, y。，d” d2，Λ · dP_2 ；其中 P 為區(qū)域邊界長度；
2)區(qū)域邊界規(guī)則度
用規(guī)則度來表示功能區(qū)的邊界規(guī)則程度；
σ = R(L)
L表示分割區(qū)域的邊界，R為規(guī)則度算子；
求區(qū)域的規(guī)則度，就是求區(qū)域邊界的規(guī)則度，已知邊界的鏈碼表示L，通過鏈碼把二維的區(qū)域邊界轉(zhuǎn)換為一個(gè)維函數(shù)，設(shè)
設(shè)一維函數(shù)為y = f(x)，首先定義 =0，yQ = 0 ；
權(quán)利要求
1.一種基于計(jì)算機(jī)視覺的物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟(1)，基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，采用多智能體(Multi-Agent)技術(shù)與CA模擬技術(shù)，構(gòu)建地理模擬系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)來表征物流設(shè)施地塊地形及其約束條件，構(gòu)建物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化的三層Agent優(yōu)化模型；步驟O)，進(jìn)行物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的收集和初步處理，建立物流節(jié)點(diǎn)、物流服務(wù)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫和預(yù)測數(shù)據(jù)庫；步驟(3)，采用ALDEP和MULTIPLE兩種構(gòu)建型算法產(chǎn)生物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局的初始方案， 在初始方案的基礎(chǔ)上生成初始解，制定物流節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和布局方案的評估結(jié)果；步驟G)，方案優(yōu)化將遺傳算法與模擬退火算法結(jié)合形成高度混合的遺傳模擬退火算法，并在其中引入三層Agent優(yōu)化模型對遺傳模擬退火算法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，對于功能區(qū)布局問題采用實(shí)數(shù)編碼，形成物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化算法。
2.權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化方法，其特征在于，步驟(1)所述三層Agent優(yōu)化模型采用多級遞階的層次結(jié)構(gòu)，從上至下依次包括全局優(yōu)化主體(LSA)、功能區(qū)主體(FA)和網(wǎng)格主體(NA)，每一級由功能、結(jié)構(gòu)類似的智能體Agent組成；其中全局優(yōu)化主體(LSA)作為功能區(qū)主體(FA)的協(xié)調(diào)單元，從物流節(jié)點(diǎn)全局角度進(jìn)行物流節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的方案優(yōu)化，并引入?yún)f(xié)同機(jī)制實(shí)現(xiàn)與功能區(qū)主體(FA)之間的協(xié)同優(yōu)化，確定協(xié)調(diào)對策和協(xié)調(diào)參量；功能區(qū)主體(FA)負(fù)責(zé)物流節(jié)點(diǎn)各功能區(qū)的方案優(yōu)化，向全局優(yōu)化主體(LSA)傳輸關(guān)于其局部系統(tǒng)環(huán)境和系統(tǒng)優(yōu)化性能的反饋信息，作為全局優(yōu)化主體(LSA)的決策依據(jù)，同時(shí)作為網(wǎng)格主體(NA)的協(xié)調(diào)單元；網(wǎng)格主體(NA)負(fù)責(zé)網(wǎng)格的功能選擇行為，與功能區(qū)主體(FA)相互協(xié)調(diào)，在協(xié)調(diào)不了時(shí)向上一層Agent尋求全局優(yōu)化協(xié)調(diào)；在接到其它功能區(qū)主體(FA)和網(wǎng)格主體(NA)的協(xié)調(diào)請求時(shí)，就進(jìn)入?yún)f(xié)調(diào)工作狀態(tài)，并通過上一層Agent優(yōu)化協(xié)調(diào)的決策達(dá)到全局最優(yōu)，實(shí)現(xiàn)物流節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和布局方案的優(yōu)化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化方法，其特征在于步驟(2)所述具體步驟如下(2a)數(shù)據(jù)的收集和初步處理確定產(chǎn)品P、產(chǎn)量Q、工藝路線R、服務(wù)支持S、時(shí)間T，場址的各項(xiàng)屬性以及各功能區(qū)對場址的要求以及對面積、對公用工程建設(shè)的各種需求，還有關(guān)于項(xiàng)目各功能區(qū)的投資和造價(jià)， 將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以備調(diào)用；(2b)建立物流節(jié)點(diǎn)物流服務(wù)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫和預(yù)測數(shù)據(jù)庫 逐年累計(jì)建立各類物流服務(wù)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫，來粗略估算所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各種參數(shù)， 這些參數(shù)包括物流市場需求的歷史資料與物流供給的預(yù)測、物流節(jié)點(diǎn)經(jīng)營的發(fā)展戰(zhàn)略與策略、產(chǎn)品產(chǎn)量、物流生產(chǎn)規(guī)模、面積、人員、投資需求、投資回報(bào)率；應(yīng)用類似項(xiàng)目的歷史數(shù)據(jù)來確定新建項(xiàng)目的各項(xiàng)需求，采用回歸、曲線擬合數(shù)學(xué)方法來類比，估計(jì)新建系統(tǒng)的各項(xiàng)要求以及將來發(fā)展需求的預(yù)測；將已有的物流節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的主要指標(biāo)用計(jì)算機(jī)歸類分開建立知識(shí)庫和數(shù)據(jù)庫以備使用， 建立物流系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫和預(yù)測數(shù)據(jù)庫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化方法，其中步驟 (3)所述初始方案的建立步驟如下 (Ia)數(shù)學(xué)模型的表示首先假設(shè)規(guī)劃區(qū)域被分割為W行、L列的格網(wǎng)單元，即共有W · L個(gè)用地單元； 定義Du表示功能區(qū)i與功能區(qū)j之間的直線距離，需要安排K種功能屬性類型，Xuk代表單元(ij)的功能屬性類型，Xijk是一個(gè)二元變量，如果單元(ij)的功能屬性類型是k，其值為1;否則為0 表示是第k種功能類型的規(guī)模，表示單元(ij)和單元(i' j') 鄰接次數(shù)的總和；采用考慮物流成本最低的目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建如下優(yōu)化模型KKMKNK—=ΣΣΜ .4 ^EK .(《^EKf ，；=1 ^=I；=1 ^=I；=1 ^=I^ LKs.t. Σ Σ = ^ v^，Σ ^ = 1 戰(zhàn) J，Sl > 1 V(仏 r'f)z=i ；=1k=\Lm' J 7、耐=口幅>D叫―糾，=《編雄α)1/2其中，Cij為功能區(qū)i與功能區(qū)j之間每單位貨物單位距離的物流成本；fij表示功能區(qū)i與功能區(qū)j之間的物流量；Clij表示功能區(qū)i與功能區(qū)j之間物料搬運(yùn)的直線距離；C'。.為功能區(qū)i與關(guān)鍵控制點(diǎn)j'之間每單位貨物單位距離的物流成本；f ‘ ^表示功能區(qū)i與關(guān)鍵控制點(diǎn)j'之間的物流量；d' 表示功能區(qū)i與關(guān)鍵控制點(diǎn)j'之間物料搬運(yùn)的直線距離；C" 為功能區(qū)i與關(guān)鍵控制線j"之間每單位貨物單位距離的物流成本；f “ ^表示功能區(qū)i與關(guān)鍵控制線j"之間的物流量；d" 表示功能區(qū)i與關(guān)鍵控制線j"之間物料搬運(yùn)的直線距離；表示功能屬性為k的兩個(gè)單元G1J1)和(i2j2)的Manhattan距離； 表示功能屬性為Ic1的單元G1J1)與功能屬性為1 的單元(i2j2)之間的歐氏距1 ；Bij表示某網(wǎng)格單元(ij)禁止布置區(qū)域的單元集合；表示單元G1J1)和單元(i2j2)之間的距離； a表示地塊的面積； λ是一種緊湊形狀的測度； K表示功能區(qū)類型的數(shù)量； M表示關(guān)鍵控制點(diǎn)數(shù)量； N表示關(guān)鍵控制線數(shù)量； L表示規(guī)劃區(qū)域的最小包絡(luò)矩形長度； W表示規(guī)劃區(qū)域的最小包絡(luò)矩形寬度； (Ib)復(fù)雜地塊的幾何圖形表示將規(guī)劃區(qū)域轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)格式；用等距掃描法來表示物流節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜地塊形狀，對功能區(qū)形態(tài)的分析采用項(xiàng)點(diǎn)序列鏈碼Freeman鏈碼來進(jìn)行；對于已有功能區(qū)，在算法優(yōu)化的過程中將功能區(qū)對應(yīng)的方格的功能屬性設(shè)定為不可更改； (Ic)功能區(qū)形狀及其約束條件的表達(dá)選擇規(guī)則格網(wǎng)單元作為空間決策變量，采用Freeman碼來描述各功能區(qū)的形狀與空間 信息，對于功能區(qū)形狀的約束通過引入不規(guī)則度以及最小包絡(luò)矩形來描述；具體如下1)功能區(qū)的的描述與網(wǎng)格頂點(diǎn)鏈碼表示對于功能區(qū)形狀用邊界像素的頂點(diǎn)來標(biāo)記圖像的方法，采用八方向的Freeman鏈碼來 表示各功能區(qū)形狀，功能區(qū)邊界Freeman鏈編碼可以表示為{( ，1/A an_J，其中 (x0, y0)為功能區(qū)邊界上起始網(wǎng)格坐標(biāo)，％ G {0,1,2,3,4,5,6,7}是功能區(qū)的八方向鏈碼； 一個(gè)功能區(qū)的邊界鏈碼表示為 L = x0, y0, Cl1, d2，A. dP_2 ；其中P為區(qū)域邊界長度；2)區(qū)域邊界規(guī)則度用規(guī)則度來表示功能區(qū)的邊界規(guī)則程度； O = R(L)L表示分割區(qū)域的邊界，R為規(guī)則度算子；求區(qū)域的規(guī)則度，就是求區(qū)域邊界的規(guī)則度，已知邊界的鏈碼表示L，通過鏈碼把二維 的區(qū)域邊界轉(zhuǎn)換為一個(gè)維函數(shù)，設(shè)
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化方法，其特征在于步驟(3)在生成初始解時(shí)，將地塊分為100個(gè)以內(nèi)的網(wǎng)格，簡單描述它們之間的關(guān)系，生成初始方案后再轉(zhuǎn)化為更為精細(xì)的網(wǎng)絡(luò)表示形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化方法，其特征在于步驟(4)所述的方案優(yōu)化，按如下步驟進(jìn)行采用基于Agent的遺傳模擬退火算法的優(yōu)化方法對初始方案進(jìn)行優(yōu)化，對于功能區(qū)布局問題采用實(shí)數(shù)編碼，即個(gè)體的基因型為[1，2，3，…，N]，N為總功能區(qū)數(shù)量，1代表第一個(gè)功能區(qū)，其余類推，該算法的具體步驟如下(4a)程序初始化生成P個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程ID號(hào)分別為0，1，-,P-I ； (4b)產(chǎn)生物流節(jié)點(diǎn)地基布置的外廓形狀。將規(guī)劃區(qū)域劃分為單位網(wǎng)格，產(chǎn)生功能區(qū)布置的外廓形狀，規(guī)劃區(qū)域長和寬均是最小單位長度的整數(shù)倍；(4c)進(jìn)程O隨機(jī)生成P個(gè)初始解群體并運(yùn)用GA優(yōu)化到指定的最大代數(shù)Gmax ；對于初始群體的產(chǎn)生，采用C0RELAP、CRAFT、ALDEP, MULTIPLE設(shè)施布局規(guī)劃方法來得到初始解群體，將規(guī)劃區(qū)域按照比較粗糙的劃分方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在得到初始方案后，將其轉(zhuǎn)化為更為精細(xì)的網(wǎng)絡(luò)劃分條件下的初始解；(4d)進(jìn)程O將P個(gè)個(gè)體分發(fā)給每一個(gè)進(jìn)程，使每個(gè)進(jìn)程得到一個(gè)個(gè)體作為SA的初始解；(4e)每個(gè)進(jìn)程開始運(yùn)用SA算法優(yōu)化它所得到的解，每當(dāng)降溫前，將當(dāng)前溫度下獲得的最優(yōu)解通知進(jìn)程0，然后等待進(jìn)程O的消息；(4f)進(jìn)程O —旦獲得P個(gè)進(jìn)程的最優(yōu)解，重新構(gòu)成一個(gè)含有P個(gè)個(gè)體的群體，并運(yùn)用 GA優(yōu)化到指定的最大生成代數(shù)；(4g)進(jìn)程O將GA優(yōu)化后生成的P個(gè)個(gè)體中最優(yōu)個(gè)體以廣播方式通知每一個(gè)進(jìn)程； (4h)如果連續(xù)兩次降溫，并用GA優(yōu)化后獲得最優(yōu)解之間差小于預(yù)先設(shè)定的極小值， 算法終止；否則，重復(fù)(4e)到(4h)所描述操作；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化方法，其特征在于步驟Gf)中各進(jìn)程GA優(yōu)化具體步驟如下1)計(jì)算函數(shù)適應(yīng)度值，采用目標(biāo)函數(shù)來計(jì)算函數(shù)的適應(yīng)度，對于功能區(qū)形狀的約束采用懲罰函數(shù)的形式來體現(xiàn)；2)全局Agent操作①選擇操作采用常用的輪盤賭方法來選擇適應(yīng)度高的染色體；②全局協(xié)調(diào)操作全局Agent根據(jù)整個(gè)物流節(jié)點(diǎn)的布局情況，對各個(gè)功能區(qū)之間的位置關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)，并將協(xié)調(diào)信息傳達(dá)到功能區(qū)Agent，包括進(jìn)行物流節(jié)點(diǎn)內(nèi)部各功能區(qū) Agent之間的位置關(guān)系的協(xié)調(diào)與調(diào)整，如進(jìn)行兩個(gè)甚至多個(gè)功能區(qū)Agent之間的位置互換， 參照CRAFT和MULTIPLE算法來確定功能區(qū)Agent之間的位置調(diào)整操作；3)功能區(qū)Agent操作①交叉操作采用單點(diǎn)交叉，將功能區(qū)Agent的位置屬性進(jìn)行交叉；②功能區(qū)Agent調(diào)整操作每個(gè)染色體的各功能區(qū)Agent在對其位置、空間形態(tài)以及與其它功能區(qū)Agent之間的關(guān)系進(jìn)行評估的基礎(chǔ)上，對自身功能區(qū)進(jìn)行整體優(yōu)化策略的選擇，并將操作傳達(dá)給網(wǎng)格Agent，功能區(qū)Agent根據(jù)其與其它功能區(qū)之間的位置關(guān)系以及作業(yè)關(guān)系進(jìn)行移動(dòng)操作，當(dāng)功能區(qū)網(wǎng)格Agent過于分散或者無序時(shí)，放大該功能區(qū)Agent的吸引子來進(jìn)行集中操作，使各功能區(qū)滿足形狀緊湊性約束；4)網(wǎng)格Agent操作①變異操作采取網(wǎng)格Agent互換變異，即先隨機(jī)選擇一個(gè)網(wǎng)格，將其與相鄰的網(wǎng)格進(jìn)行互換，變異時(shí)要注意相鄰功能區(qū)是否是相連；應(yīng)用前面的吸引或排斥子來進(jìn)行校正；5)遺傳終止條件采用遺傳代數(shù)作為遺傳計(jì)算的終止條件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于計(jì)算機(jī)視覺的物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化方法，本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，引入Multi-Agent技術(shù)與CA模擬技術(shù)，構(gòu)建地理模擬系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)來表征物流設(shè)施地塊地形及其約束條件，構(gòu)建物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化的三層Multi-Agent模型，借鑒構(gòu)建型算法在產(chǎn)生初始方案上的優(yōu)勢生成初始解，采用改進(jìn)型算法中的思想，將遺傳算法與模擬退火算法結(jié)合提出物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化算法。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地形條件下多約束大規(guī)模物流節(jié)點(diǎn)設(shè)施布局優(yōu)化，還可廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、交通運(yùn)輸、大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、航空航天等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102521443SQ20111040041
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者封學(xué)軍, 王偉, 黃莉 申請人:河海大學(xué)