專利名稱：自動化集裝箱碼頭低架橋電動小車調(diào)度方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低架橋電動小車的調(diào)度技術(shù)，特別是涉及一種自動化集裝箱碼頭低架橋電動小車調(diào)度方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
低架橋電動小車的調(diào)度是立體傳送系統(tǒng)中電動小車調(diào)度的第一步，也是對后續(xù)起重小車調(diào)度影響最大的一步，調(diào)度與分配策略的合理性將會直接影響集裝箱碼頭的裝卸效率，因此是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在實(shí)際裝卸船操作中，選定某條低架橋的集裝箱需經(jīng)過電動小車對其進(jìn)行水平方向的操作，因選定的電動小車不同而決定小車沿低架橋水平方向上所需空載移動的距離不同，且此過程中線路避讓時間也會因此不同。從連續(xù)作業(yè)的角度出發(fā)，每次低架橋電動小車的選擇方案會對集裝箱裝卸所需的總作業(yè)時間產(chǎn)生較大影響。因此，以減少總的作業(yè)時間為目標(biāo)，建立低架橋電動小車調(diào)度模型，全面、準(zhǔn)確的反應(yīng)裝卸船過程中低架橋電動小車的調(diào)度情況及影響因素，并運(yùn)用提出的啟發(fā)式方法對模型進(jìn)行求解，將具有較大的理論和實(shí)際意義。當(dāng)前，國內(nèi)外在立體軌道式自動化集裝箱碼頭的相關(guān)研究，主要立足于裝卸工藝層面，通過與其他自動化集裝箱碼頭方案的對比與仿真，證明立體軌道式自動化集裝箱碼頭的實(shí)用、高效。而立體軌道式自動化集裝箱碼頭中設(shè)備調(diào)度問題的研究，主要是通過建模并借助仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真的方式，對碼頭中岸橋與場橋的數(shù)量配比關(guān)系以及低架橋電動小車的使用情況進(jìn)行研究，顯示出立體傳送新理念的合理性和優(yōu)越性。通過近年來的研究和技術(shù)儲備，對立體軌道式電動小車的研究逐漸深入，但與其他自動化集裝箱碼頭的研究仍存在較大差距，主要存在的問題是(I)研究過于寬泛，不夠具體化。各類模型針對多過程、多機(jī)械、多工序具有串行、并行、雙向操作等特性的裝卸船問題，建模和仿真較為簡化，因此得到的操作方案可以繼續(xù)優(yōu)化。(2)不能滿足碼頭裝卸船作業(yè)的實(shí)時操作需要。所開發(fā)的模型往往是針對某一特定設(shè)備配備、特定輸入情況開發(fā)的，不能及時考慮現(xiàn)場的情況，導(dǎo)致所開發(fā)的模型的實(shí)時應(yīng)用性不強(qiáng)。從自動化集裝箱碼頭裝卸與運(yùn)輸設(shè)備集成調(diào)度與優(yōu)化方法的角度看，由于集裝箱碼頭傳送系統(tǒng)是一個復(fù)雜的離散事件動態(tài)系統(tǒng)，具有多目標(biāo)性、不確定性以及決策復(fù)雜性等特點(diǎn)。國內(nèi)外目前主要采用的建模方法以數(shù)學(xué)建模為主，常用的有面向?qū)ο箅S機(jī)Petri網(wǎng)(Petri網(wǎng)是對離散并行系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表示)模型、交通流預(yù)測模型等，這些方法從一定程度上反映了碼頭的生產(chǎn)作業(yè)和設(shè)備調(diào)度情況。但面向?qū)ο箅S機(jī)Petri網(wǎng)的建模中不能在網(wǎng)中體現(xiàn)數(shù)據(jù)流，盡管基于狀態(tài)建模的Petri網(wǎng)能夠精確、方便地對過程的控制邏輯進(jìn)行定義，在這種情況下，數(shù)據(jù)流就與控制流完全混合，當(dāng)兩者不一樣的時候，Petri網(wǎng)就無法顯式的表示這種獨(dú)立于控制流之外的數(shù)據(jù)流，也就是說在自動化集裝箱碼頭的設(shè)備調(diào)度過程中無法顯式的表示出生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)流，這樣不利于實(shí)時的控制碼頭生產(chǎn)系統(tǒng)。另外，交通流的特點(diǎn)是高度非線性、模糊性和不確定性，而實(shí)時交通流預(yù)測受到外界隨機(jī)干擾的影響更顯著，因此在使用交通流預(yù)測時圍繞如何克服非線性、不確定性和隨機(jī)干擾的問題，需要與其他一些預(yù)測建模方法結(jié)合使用，單獨(dú)使用并不能很好的解決碼頭生產(chǎn)過程中設(shè)備的集成調(diào)度及優(yōu)化問題。上述各種能耗模型建模方法，雖各有優(yōu)點(diǎn)，但不能建立滿足碼頭實(shí)時調(diào)度要求的模型，并且求解方法在搜索時間上也有一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種自動化集裝箱碼頭低架橋電動小車調(diào)度方法及其系統(tǒng)，其收集電動小車運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過解析后，采用啟發(fā)式方法，保證隨后電動小車調(diào)度決策的最優(yōu)性。同時，本發(fā)明在決策搜索過程中，采用有記憶性的智能搜索模式，克服了重復(fù)搜索和大量搜索造成的決策時間過長的缺點(diǎn)。從而縮短碼頭的決策時間，進(jìn)一步提高碼頭的作業(yè)效率，幫助自動化集裝箱碼頭加強(qiáng)運(yùn)營管理。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種自動化集裝箱碼頭低架橋電動小車調(diào)度方法，其特征在于，所述調(diào)度方法采用數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、解析模塊、執(zhí)行模塊、反饋模塊、存儲模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、解析模塊、執(zhí)行模塊依次順序連接，反饋模塊、存儲模塊都與執(zhí)行模塊連接，所述調(diào)度方法包括以下步驟步驟S1:數(shù)據(jù)采集模塊對低架橋電動小車運(yùn)行線路上的位置信息進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，將收集到的位置信息進(jìn)行整理，通過通信模塊將此位置信息并傳輸?shù)浇馕瞿K，同時接收返回的低架橋電動小車調(diào)度方案；步驟S2 :解析模塊對接收到的位置信息進(jìn)行解析；執(zhí)行模塊根據(jù)解析的結(jié)果搜索并確定低架橋電動小車調(diào)度方案；存儲模塊存儲低架橋電動小車調(diào)度方案，反饋模塊將低架橋電動小車調(diào)度方案反饋給解析模塊。優(yōu)選地，所述步驟S2包括以下步驟步驟S21 :解析模塊對接收到的位置信息進(jìn)行解析；步驟S22 :執(zhí)行單元根據(jù)解析結(jié)果，產(chǎn)生執(zhí)行任務(wù)并調(diào)用相應(yīng)的低架橋電動小車調(diào)度模型搜索程序；被調(diào)用的低架橋電動小車調(diào)度模型程序進(jìn)行低架橋電動小車調(diào)度方案的搜索，搜索結(jié)束后生成本次執(zhí)行任務(wù)的低架橋電動小車調(diào)度方案；步驟S23 :存儲單元對本次低架橋電動小車調(diào)度方案進(jìn)行存儲；步驟S24 :反饋單元將本次低架橋電動小車調(diào)度方案進(jìn)行反饋給解析模塊。優(yōu)選地，所述步驟S22用一種啟發(fā)式方法對建立的低架橋電動小車調(diào)度方案進(jìn)行求解的路徑搜索，用定義的評估函數(shù)對求解的質(zhì)量進(jìn)行評估，用動態(tài)滾動策略保證求解的實(shí)時有效性，用最長搜索時間作為停止規(guī)則，確保在既定的時間內(nèi)一定會得到一個較優(yōu)的低架橋電動小車調(diào)度方案。優(yōu)選地，所述步驟S2的路徑搜索過程中，針對每一層父節(jié)點(diǎn)的位置和所在層可以重復(fù)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行搜索和計(jì)算，并進(jìn)行相應(yīng)的記錄；如果搜索時間達(dá)到了預(yù)先設(shè)定的最長搜索時間，那么當(dāng)前節(jié)點(diǎn)就被繼續(xù)展開，作為采用的分配策略，以保證所采用的分配策略是搜索到目前為止所有路徑中最優(yōu)的。優(yōu)選地,所述步驟S22具體包括以下步驟步驟S221 :建立第一集合和第二集合兩個集合，分別用于記錄最優(yōu)節(jié)點(diǎn)和次優(yōu)節(jié)點(diǎn)，包括表示其位置和所在層的信息及相關(guān)函數(shù)，然后分別建立開始節(jié)點(diǎn)、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，并生成當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的相關(guān)子節(jié)點(diǎn)；使用f表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，nso表示第二集合中的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)；
步驟S222 :對低架橋電動小車調(diào)度模型，使用三個以下公式計(jì)算當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的相關(guān)個子節(jié)點(diǎn)的評估值，并將子節(jié)點(diǎn)中評估函數(shù)f (X)估值最小的對應(yīng)子節(jié)點(diǎn)設(shè)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)；
權(quán)利要求
1.一種自動化集裝箱碼頭低架橋電動小車調(diào)度方法，其特征在于，所述調(diào)度方法采用數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、解析模塊、執(zhí)行模塊、反饋模塊、存儲模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、解析模塊、執(zhí)行模塊依次順序連接，反饋模塊、存儲模塊都與執(zhí)行模塊連接，所述調(diào)度方法包括以下步驟步驟S1:數(shù)據(jù)采集模塊對低架橋電動小車運(yùn)行線路上的位置信息進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，將收集到的位置信息進(jìn)行整理，通過通信模塊將此位置信息并傳輸?shù)浇馕瞿K，同時接收返回的低架橋電動小車調(diào)度方案；步驟S2 :解析模塊對接收到的位置信息進(jìn)行解析；執(zhí)行模塊根據(jù)解析的結(jié)果搜索并確定低架橋電動小車調(diào)度方案；存儲模塊存儲低架橋電動小車調(diào)度方案，反饋模塊將低架橋電動小車調(diào)度方案反饋給解析模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的自動化集裝箱碼頭低架橋電動小車調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟S2包括以下步驟步驟S21 :解析模塊對接收到的位置信息進(jìn)行解析；步驟S22 :執(zhí)行單元根據(jù)解析結(jié)果，產(chǎn)生執(zhí)行任務(wù)并調(diào)用相應(yīng)的低架橋電動小車調(diào)度模型搜索程序；被調(diào)用的低架橋電動小車調(diào)度模型程序進(jìn)行低架橋電動小車調(diào)度方案的搜索，搜索結(jié)束后生成本次執(zhí)行任務(wù)的低架橋電動小車調(diào)度方案；步驟S23 :存儲單元對本次低架橋電動小車調(diào)度方案進(jìn)行存儲；步驟S24 :反饋單元將本次低架橋電動小車調(diào)度方案進(jìn)行反饋給解析模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的自動化集裝箱碼頭低架橋電動小車調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟S22用一種啟發(fā)式方法對建立的低架橋電動小車調(diào)度方案進(jìn)行求解的路徑搜索，用定義的評估函數(shù)對求解的質(zhì)量進(jìn)行評估，用動態(tài)滾動策略保證求解的實(shí)時有效性，用最長搜索時間作為停止規(guī)則，確保在既定的時間內(nèi)一定會得到一個較優(yōu)的低架橋電動小車調(diào)度方案。
4.如權(quán)利要求3所述的自動化集裝箱碼頭低架橋電動小車調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟S2的路徑搜索過程中，針對每一層父節(jié)點(diǎn)的位置和所在層可以重復(fù)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行搜索和計(jì)算，并進(jìn)行相應(yīng)的記錄；如果搜索時間達(dá)到了預(yù)先設(shè)定的最長搜索時間，那么當(dāng)前節(jié)點(diǎn)就被繼續(xù)展開，作為采用的分配策略，以保證所采用的分配策略是搜索到目前為止所有路徑中最優(yōu)的。
5.如權(quán)利要求3所述的自動化集裝箱碼頭低架橋電動小車調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟S22具體包括以下步驟步驟S221 :建立第一集合和第二集合兩個集合，分別用于記錄最優(yōu)節(jié)點(diǎn)和次優(yōu)節(jié)點(diǎn)， 包括表示其位置和所在層的信息及相關(guān)函數(shù)，然后分別建立開始節(jié)點(diǎn)、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，并生成當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的相關(guān)子節(jié)點(diǎn)；使用V表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，nso表示第二集合中的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)；步驟S222 :對低架橋電動小車調(diào)度模型，使用三個以下公式計(jì)算當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的相關(guān)個子節(jié)點(diǎn)的評估值，并將子節(jié)點(diǎn)中評估函數(shù)f (X)估值最小的對應(yīng)子節(jié)點(diǎn)設(shè)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)；
6.一種自動化集裝箱碼頭低架橋電動小車調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，其包括數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、解析模塊、執(zhí)行模塊、反饋模塊、存儲模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、解析模塊、執(zhí)行模塊依次順序連接，反饋模塊、存儲模塊都與執(zhí)行模塊連接，各個模塊的功能如下 數(shù)據(jù)采集模塊用于低架橋電動小車運(yùn)行線路上通過對運(yùn)行系統(tǒng)的監(jiān)測，記錄下調(diào)度所需低架橋電動小車相關(guān)位置信息的過程，用于調(diào)度方法研究的數(shù)據(jù)采集； 通信模塊用于調(diào)度方法研究中使用的數(shù)據(jù)傳輸部分，用于數(shù)據(jù)采集模塊采集到的位置信息的傳遞，以及相關(guān)反饋信息的傳輸，是數(shù)據(jù)采集模塊和解析模塊的鏈接橋梁； 解析模塊用于接收并分析數(shù)據(jù)低架橋電動小車位置信息的部分，用于數(shù)據(jù)低架橋電動小車位置信息的解讀、歸類和整理等，主要是將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的位置信息進(jìn)行相關(guān)整理，便于調(diào)度系統(tǒng)的使用；執(zhí)行模塊用于將解析模塊的結(jié)果作為系統(tǒng)調(diào)度的前提條件，激發(fā)執(zhí)行單元中的程序搜索單元，調(diào)用相應(yīng)的搜索程序進(jìn)行調(diào)度策略的搜索，最終給出本次低架橋電動小車的調(diào)度方案； 反饋模塊用于將執(zhí)行模塊給出的低架橋電動小車調(diào)度方案反饋給系統(tǒng)中的解析模塊，并通過通信模塊最終傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊，以便對調(diào)度方案的執(zhí)行過程進(jìn)行監(jiān)測，對調(diào)度結(jié)果進(jìn)行復(fù)核； 存儲模塊用于對歷次調(diào)度方案進(jìn)行存儲，便于低架橋電動小車調(diào)度方法研究的調(diào)度結(jié)果查找和驗(yàn)證，用于運(yùn)行過程中方案的備份。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動化集裝箱碼頭低架橋電動小車調(diào)度方法及其系統(tǒng)，該調(diào)度方法包括以下步驟步驟S1數(shù)據(jù)采集模塊對低架橋電動小車運(yùn)行線路上的位置信息進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，將收集到的位置信息進(jìn)行整理，通過通信模塊將此位置信息并傳輸?shù)浇馕瞿K，同時接收返回的低架橋電動小車調(diào)度方案；步驟S2解析模塊對接收到的位置信息進(jìn)行解析；執(zhí)行模塊根據(jù)解析的結(jié)果搜索并確定低架橋電動小車調(diào)度方案；存儲模塊存儲低架橋電動小車調(diào)度方案，反饋模塊將低架橋電動小車調(diào)度方案反饋給解析模塊。本發(fā)明能夠清晰完備地描述自動化集裝箱碼頭作業(yè)過程中低架橋電動小車的選擇過程，能夠幫助自動化集裝箱碼頭加強(qiáng)運(yùn)營管理，提高碼頭的作業(yè)效率。
文檔編號G06Q10/08GK103020792SQ20121047241
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者何軍良, 萇道方, 姜媛, 嚴(yán)偉, 陸后軍, 王煜, 朱夷詩, 楊露 申請人:上海海事大學(xué)