一種引航員指派模型建立及其求解方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種引航員指派模型建立及其求解方法，分別對(duì)船舶、引航員及引航員疲勞程度進(jìn)行等級(jí)劃分，根據(jù)引航員指派過(guò)程中等級(jí)分配情況，建立引航員等級(jí)分配過(guò)高費(fèi)用函數(shù)與等級(jí)分配過(guò)低費(fèi)用函數(shù)；根據(jù)引航員指派過(guò)程中引航員的疲勞程度，建立引航員的疲勞程度費(fèi)用函數(shù)；根據(jù)引航員指派過(guò)程中引航員工作時(shí)間差異，建立引航員工作時(shí)間均衡程度費(fèi)用函數(shù)；最后建立引航員指派模型的費(fèi)用函數(shù)。本發(fā)明較好地解決了引航員指派問(wèn)題，具有求解精度高、求解時(shí)間短、資源分配合理、利用率高的優(yōu)點(diǎn)；在求解最優(yōu)引航員指派模型的算法選擇上采用了基于動(dòng)態(tài)子種群改進(jìn)遺傳算法，在引航任務(wù)數(shù)較多，引航員情況較復(fù)雜的情況下，相比一般算法具有更優(yōu)的尋優(yōu)能力。
【專利說(shuō)明】一種引航員指派模型建立及其求解方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種引航員指派模型建立及其求解方法，屬于引航【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)是一個(gè)港口大國(guó)，在2013年全球前十大港口排名中，中國(guó)占有8席。港口事業(yè)的飛速發(fā)展為中國(guó)各大港口送來(lái)了機(jī)遇，同時(shí)也提出了挑戰(zhàn)。為提高港口的競(jìng)爭(zhēng)力，優(yōu)化資源配置，提高引航信息化勢(shì)在必行。
[0003]引航員資源是港口的核心資源之一，在引航船舶過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。由于港口規(guī)模的擴(kuò)大，引航員數(shù)量也在遞增。在指派引航員過(guò)程中，我們通常要考慮引航員的等級(jí)與船舶等級(jí)是否匹配，是否存在疲勞駕駛，以及所有引航員的工作量是否相對(duì)均衡等因素。僅依據(jù)引航員的籌次表指派引航員已越來(lái)越不能滿足現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)要求，且主觀的指派難免有失偏頗。
[0004]目前引航員指派模型建立方法存在以下問(wèn)題:
[0005]1.現(xiàn)有方法在指派引航員時(shí)主要是根據(jù)引航員的籌次信息，容易忽視工作量均衡等重要條件，若指派結(jié)果欠佳，則在資源配置上存在浪費(fèi)；
[0006]2.現(xiàn)有方法在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)缺少一個(gè)切實(shí)的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述引航員指派問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種引航員指派模型建立方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中引航員指派不合理、資源配置浪費(fèi)的技術(shù)問(wèn)題。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種引航員指派模型建立方法，包括如下步驟:
[0009]步驟(Ia):對(duì)船舶、引航員分別進(jìn)行等級(jí)劃分；
[0010]步驟(Ib):根據(jù)船舶等級(jí)，確定每個(gè)引航任務(wù)所需引航員的最低等級(jí)及人數(shù)，統(tǒng)計(jì)當(dāng)天各引航任務(wù)所需引航員總?cè)藬?shù)Pilot_Need ；
[0011]步驟(Ic):根據(jù)引航員前一天的作息情況對(duì)其疲勞程度進(jìn)行等級(jí)劃分；
[0012]步驟(Id):統(tǒng)計(jì)當(dāng)月引航員已工作時(shí)間及可參與指派的引航員總?cè)藬?shù)Pilot_No ;
[0013]步驟(Ie):根據(jù)引航員指派過(guò)程中等級(jí)分配情況，建立引航員等級(jí)分配過(guò)高費(fèi)用函數(shù)COSttjd數(shù)學(xué)模型與引航員等級(jí)分配過(guò)低費(fèi)用函數(shù)COStud數(shù)學(xué)模型；
[0014]步驟(If):根據(jù)引航員指派過(guò)程中引航員的疲勞程度，建立引航員的疲勞程度費(fèi)用函數(shù)COSttd數(shù)學(xué)模型；
[0015]步驟(Ig):根據(jù)引航員指派過(guò)程中引航員工作時(shí)間差異，建立引航員工作時(shí)間均衡程度費(fèi)用函數(shù)COStwd數(shù)學(xué)模型；
[0016]步驟(Ih):根據(jù)步驟(Ie)、(If)、(Ig)，建立引航員指派模型的費(fèi)用函數(shù):
[0017]P = w0*cost0+wu*costu+wt*costt+wwd*costwd (7)
[0018]Cost0為等級(jí)分配過(guò)高費(fèi)用，Cost0計(jì)算公式如下:

【權(quán)利要求】
1.一種引航員指派模型建立方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟(Ia):對(duì)船舶、引航員分別進(jìn)行等級(jí)劃分； 步驟(Ib):根據(jù)船舶等級(jí)，確定每個(gè)引航任務(wù)所需引航員的最低等級(jí)及人數(shù)，統(tǒng)計(jì)當(dāng)天各引航任務(wù)所需引航員總?cè)藬?shù)Pilot_Need ； 步驟(Ic):根據(jù)引航員前一天的作息情況對(duì)其疲勞程度進(jìn)行等級(jí)劃分； 步驟(Id):統(tǒng)計(jì)當(dāng)月引航員已工作時(shí)間及可參與指派的引航員總?cè)藬?shù)Pilot_No; 步驟(Ie):根據(jù)引航員指派過(guò)程中等級(jí)分配情況，建立引航員等級(jí)分配過(guò)高費(fèi)用函數(shù)COStml數(shù)學(xué)模型與引航員等級(jí)分配過(guò)低費(fèi)用函數(shù)COStud數(shù)學(xué)模型； 步驟(If):根據(jù)引航員指派過(guò)程中引航員的疲勞程度，建立引航員的疲勞程度費(fèi)用函數(shù)COSttd數(shù)學(xué)模型； 步驟(Ig):根據(jù)引航員指派過(guò)程中引航員工作時(shí)間差異，建立引航員工作時(shí)間均衡程度費(fèi)用函數(shù)COStwd數(shù)學(xué)模型； 步驟(Ih):根據(jù)步驟(Ie)、(If)、(Ig)，建立引航員指派模型的費(fèi)用函數(shù):
P = w0*cost0+wu*costu+wt*costt+wwd*costwd(7) cost。為等級(jí)分配過(guò)高費(fèi)用，COSt0計(jì)算公式如下:
其中KOSttjdi為被選中編號(hào)為i的引航員等級(jí)分配過(guò)高產(chǎn)生的花費(fèi)； COStu為等級(jí)分配過(guò)低費(fèi)用，COStu計(jì)算公式如下:
其中:costudi為被選中編號(hào)為i的引航員等級(jí)分配過(guò)低產(chǎn)生的花費(fèi)； COStt為疲勞程度產(chǎn)生的費(fèi)用，COStt計(jì)算公式如下:
其中:costtdi為被選中編號(hào)為i的引航員的疲勞程度產(chǎn)生的費(fèi)用； COStwd為引航員工作時(shí)間均衡程度費(fèi)用，COStwd計(jì)算公式如下:
其中=Ti為被指派引航員的工作時(shí)間，f,為可參與指派引航員工作時(shí)間的平均值； Ti計(jì)算方法如下: Ti = Uti(5) IV1為當(dāng)日引航員指派之前當(dāng)月已工作時(shí)間之和，\為當(dāng)日工作所需時(shí)間； T1計(jì)算方法如下:
w0>wu> W0Wwd 為權(quán)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引航員指派模型建立方法，其特征在于，所述船舶等級(jí)由高到低劃分為5個(gè)等級(jí):超甲類、甲類、乙類、丙類、丁類，船舶等級(jí)Shipdi定義如下:
shipdi e {I, 2，3，4，5} 1，2，3，4，5為具體船舶等級(jí)，對(duì)應(yīng)如下: 1:超甲類:吃水〉=13m或船長(zhǎng)〉=250m或船長(zhǎng)〉=180m的客船或船長(zhǎng)〉=168m進(jìn)出狹窄航道或靠離油輪； 2:甲類:12m =〈吃水<13m或船長(zhǎng)<168m進(jìn)出狹窄航道或船長(zhǎng)> =168m油輪或吃水> =1m油輪；
3:乙類:10m = < 吃水 <12m ；
4:丙類:8.5m = < 吃 水 <10m ；
5: 丁類:吃水〈8.5m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的引航員指派模型建立方法，其特征在于，所述引航員等級(jí)由高到低劃分為5個(gè)等級(jí):高級(jí)引航員、一級(jí)引航員、二級(jí)引航員、三級(jí)引航員、四級(jí)引航員，引航員等級(jí)Pilotdi定義如下:
Pilotdi e {I, 2，3，4，5} 1，2，3，4，5為具體引航員等級(jí)，含義如下: 1:高級(jí)引航員:具有國(guó)家一級(jí)引航員適任證書(shū)的引航員； 2:一級(jí)引航員:具有國(guó)家二級(jí)引航員適任證書(shū)的引航員； 3:二級(jí)引航員:具有國(guó)家三級(jí)引航員適任證書(shū)且引航資歷> =24個(gè)月的引航員； 4:三級(jí)引航員:具有國(guó)家三級(jí)引航員適任證書(shū)且引航資歷〈24個(gè)月的引航員； 5:四級(jí)引航員:具有國(guó)家四級(jí)引航員適任證書(shū)的引航員。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的引航員指派模型建立方法，其特征在于，根據(jù)船舶的等級(jí)，不同等級(jí)船舶所需的引航員人數(shù)及最低等級(jí)要求如表1所示:
表1:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的引航員指派模型建立方法，其特征在于，所述引航員等級(jí)分配過(guò)高費(fèi)用函數(shù)COSttjd數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)如下:
Cli為被指派引航員等級(jí)，dneed為對(duì)應(yīng)船舶所需引航員最低等級(jí)，C1, C2, C3, C4為引航員等級(jí)分配過(guò)高費(fèi)用權(quán)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的引航員指派模型建立方法，其特征在于，所述引航員等級(jí)分配過(guò)低費(fèi)用函數(shù)COStud數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)如下:
Cli為被指派引航員等級(jí)，Clneed為對(duì)應(yīng)船舶所需引航員最低等級(jí)，c5, c6, c7, C8，為引航員等級(jí)分配過(guò)低費(fèi)用權(quán)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的引航員指派模型建立方法，其特征在于，所述引航員疲勞程度劃分為5個(gè)等級(jí)，疲勞程度等級(jí)tireddi定義如下:
tireddi e {I, 2，3，4，5} 1，2，3，4，5為引航員疲勞程度等級(jí)，對(duì)應(yīng)如下: 1:引航員昨天未工作； 2:引航員昨天上午工作，下午未工作； 3:引航員昨天下午工作，上午未工作； 4:引航員昨天上、下午都工作； 5:引航員昨天22:00點(diǎn)之前在工作； 其中，疲勞程度從I到5依次遞增，5為最疲勞等級(jí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的引航員指派模型建立方法，其特征在于，所述引航員的疲勞程度費(fèi)用函數(shù)COSttd數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)如下:
tdi為被指派引航員的疲勞程度等級(jí)，C9, C10, C11為引航員疲勞程度等級(jí)費(fèi)用權(quán)值。
9.一種引航員指派模型求解方法，其特征在于，采用動(dòng)態(tài)子種群改進(jìn)遺傳算法對(duì)引航員指派模型進(jìn)行求解，找出最優(yōu)引航員指派計(jì)劃，具體步驟如下: 步驟(9a):初始化參數(shù):設(shè)置種群大小popsize、總運(yùn)行代數(shù)gen、運(yùn)行次數(shù)g= 1，變異概率Pni ; 步驟(9b):初始化種群:隨機(jī)產(chǎn)生popsize個(gè)個(gè)體,每個(gè)個(gè)體為一具有Pilot_No個(gè)元素的整數(shù)序列，個(gè)體中的各元素從集合{1，2，…，Pilot_No}中取值且互不重復(fù)，其中:Pilot_No為可參與指派的引航員總?cè)藬?shù)； 步驟(9c):計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度:根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度，并求得最優(yōu)個(gè)體及其適應(yīng)度； 步驟(9d):適應(yīng)度排序:將個(gè)體按適應(yīng)度由小到大順序進(jìn)行排序； 步驟(9e):計(jì)算當(dāng)前種群pop的適應(yīng)度平均值avgi并選擇所有適應(yīng)度小于Svg1的個(gè)體，得到子種群Subpop1,記Subpop1種群大小為Popsize1 ； 步驟(9f):計(jì)算子種群Subpop1的適應(yīng)度平均值avg2并選擇所有適應(yīng)度小于avg2的個(gè)體，得到子種群Subpop2,記Subpop2種群大小為popsize2 ； 步驟(9g):從種群中選擇一個(gè)體進(jìn)行動(dòng)態(tài)子種群交叉； 步驟(9h):對(duì)交叉后的個(gè)體進(jìn)行適應(yīng)度計(jì)算，如果該值小于交叉前適應(yīng)度，則更新當(dāng)前個(gè)體；否則，產(chǎn)生一(0，I)間隨機(jī)實(shí)數(shù)A，如r1小于等于變異概率pm，則對(duì)當(dāng)前個(gè)體執(zhí)行變異操作； 步驟(9i):如果運(yùn)行次數(shù)g小于總運(yùn)行代數(shù)gen，則g = g+l，轉(zhuǎn)步驟(9c)，否則，將當(dāng)前個(gè)體作為最優(yōu)個(gè)體輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的引航員指派模型求解方法，其特征在于，所述步驟(9g)，從種群中選擇一個(gè)體進(jìn)行動(dòng)態(tài)子種群交叉的具體步驟如下: 步驟(1a):由步驟(9a)所得popsize、步驟(9e)所得Popsize1、步驟(9f)所得popsize2求得動(dòng)態(tài)交叉概率Ps1, ps2, Ps1, ps2由以下公式求得:
步驟(1b):隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)(0，1)間實(shí)數(shù)r; 步驟(1c):如果r ( ps2,則從子種群Subpop2中隨機(jī)選擇一個(gè)個(gè)體作為交叉對(duì)象；如果ps2〈r ( Ps1,則從子種群Subpop1中隨機(jī)選擇一個(gè)個(gè)體作為交叉對(duì)象；如果Ops1,則從種群pop中隨機(jī)選擇一個(gè)個(gè)體作為交叉對(duì)象；當(dāng)前個(gè)體與所選交叉對(duì)象進(jìn)行交叉操作。
【文檔編號(hào)】G06Q10/06GK104182853SQ201410465445
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】薛云燦, 張海霞, 楊亞, 楊啟文, 顧菁 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)