CN111652502A - 基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法 - Google Patents

基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法 Download PDF

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CN111652502A CN202010484419.4A CN202010484419A CN111652502A CN 111652502 A CN111652502 A CN 111652502A CN 202010484419 A CN202010484419 A CN 202010484419A CN 111652502 A CN111652502 A CN 111652502A
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Abstract

本发明提供了一种基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法包括如下步骤：步骤一、获取船舶信息及船闸的属性信息；步骤二、设置目标函数和约束条件；步骤三、建立柔性作业车间调度规划模型，将船舶视为工件，闸室视为机器，并行闸室视为柔性环境，将船舶过闸路线视为工件的加工路线，闸室容量视为机器的批处理能力，同航向船舶视为具有兼容关系工件，多梯级船闸联合调度类似于耦合了二维装箱的工件部分兼容的柔性作业车间批处理调度问题；根据船舶过闸线路，为船舶建模决策加工方案，即船舶过闸调度最优化方案。本发明解决了既有船闸潜力挖掘不够，船舶通航效率不高的技术问题。

Description

基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法
技术领域
本发明涉及船舶调度技术领域，特别涉及一种基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法。
背景技术
目前一般性特征的多梯级多线船闸联合调度方案设计方法尚未见诸报道，已有的方法只能解决特殊结构的梯级船闸调度方案设计，如单级船闸调度、每个船闸只含有一个闸室的梯级船闸调度(密西西比河梯级船闸)、两级船闸调度且其中一个船闸的闸室只能提供单向过闸服务(三峡-葛洲坝梯级船闸)。
目前尚无多梯级多线船闸调度方案优化方法，本申请提案相对于已有的单级多线船闸调度(A)、每个船闸只含有一个闸室的梯级船闸调度(B)和两级船闸调度且其中一个船闸的闸室只能提供单向过闸服务(C)的方案优化方法，其技术优点体现如下：
A：A技术将闸次视为工件，将闸室视为机器，将闸室排档视为含附加约束的二维装箱问题，建立了单级船闸调度的混合整数线性规划模型，并用商业求解器对模型进行求解。但是该技术只能应用于单级船闸调度方案优化，无法应用于多梯级船闸调度方案优化。
B:B技术建立了多梯级单线船闸联合调度方案优化的混合整数线性规划模型，并用商业求解器对模型进行求解。但是该模型假设每个船闸均只含有一个闸室，并且所有船闸的闸室属性(尺寸，运行时间)相同，该方法不能应用于每个船闸可能含有多个并行闸室的情况，即无法应用于多梯级多线船闸联合调度方案优化。
C:C方案针对两级船闸调度方案优化建立了混合整数非线性规划模型，并提出了启发式方法对问题进行求解。但是该模型中假设一个船闸含有两个闸室，并且其中一个闸室只提供上行过闸服务，另一个闸室只提供下行过闸服务。该方案的建模过程和求解方法设计过程均利用了这一特殊性，因而该方案无法应用于三个及以上船闸联合调度，也无法应用于闸室均可提供双向过闸服务的两级船闸调度方案优化问题。
发明内容
本发明提供了一种基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法，其目的是为了解决背景技术中既有船闸潜力挖掘不够，船舶通航效率不高的问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供的多梯级多线船闸结构包括如下步骤：
S1、获取船舶信息及船闸的属性信息，所述船舶信息包括船舶尺寸、船舶过闸路线在内的船舶信息，所述船闸的属性信息包括闸室信息；
S2、设置目标函数和约束条件，其中目标函数最小化船舶在梯级系统停留时间、最小化船闸运行耗水量、最大化服务公平性，约束条件约束船舶与闸次的时间变化和空间转移关系以及闸室排档条件；
S3、建立柔性作业车间调度规划模型，将船舶视为工件，闸室视为机器，并行闸室视为柔性环境，将船舶过闸路线视为工件的加工路线，闸室容量视为机器的批处理能力，同航向船舶视为具有兼容关系工件，多梯级船闸联合调度类似于耦合了二维装箱的工件部分兼容的柔性作业车间批处理调度问题；根据船舶过闸线路，为船舶建模决策加工方案，即船舶过闸调度最优化方案。
其中，所述S2中最优化方案为在船舶过闸规则无限制和先到先过两种情况下的最优化方案，包括船舶在每个船闸被分配的闸室、船舶在闸室内的位置以及形成的每个闸次的开始时间。
其中，所述S2中最优化方案中，用以下目标函数描述调度方案优化目标：
Figure BDA0002518497850000021
包括船舶总停留时间、运行的总闸次数。
其中，所述S3中，所述约束条件包括描述船舶与闸次的时间变化和空间转移关系的约束条件，包括如下：
Figure BDA0002518497850000031
上述约束条件确保船舶在每个船闸均被一个闸次服务；
Figure BDA0002518497850000032
上述约束条件描述了船舶到达其第一个船闸的时间；
Figure BDA0002518497850000033
上述约束条件确保一个闸次只有等到该闸次中的所有船舶达到之后方能开始；
Figure BDA0002518497850000034
Figure BDA0002518497850000035
上述约束条件描述船舶离开船闸m的时间等于服务该船舶的闸次的结束时间；
Figure BDA0002518497850000036
上述约束条件表示船舶到达下一个船闸的时间由船舶在前一个船闸的完成时间和船舶在两个船闸间河段的行驶时间决定；
Figure BDA0002518497850000037
上述约束条件确保了同一个闸室的两个闸次的结束时间的先后关系；具体而言，一个闸次必须等到排在其前面的闸次结束方可开始，并且当这两个非空闸次运行方向相同时，还需要考虑额外的倒闸时间；式中λmpq表示调整时间；
Figure BDA0002518497850000038
上述约束条件表示闸次q的处理时间Pmq；
Figure BDA0002518497850000039
上述约束条件确保了只有在同一个闸室服务两个闸次时，这两个闸次才存在先后关系；
Figure BDA00025184978500000310
上述约束条件确保在船闸m中的每一个有效的闸次q应该被分配给t类型的一个具体闸室u；
Figure BDA00025184978500000311
Figure BDA00025184978500000312
上述约束条件确保至少服务一艘船舶过闸的闸次方有效；
Figure BDA00025184978500000313
Figure BDA0002518497850000041
Figure BDA0002518497850000042
Figure BDA0002518497850000043
上述约束条件表示船舶过闸过程可能需要遵循先到先过规则，即规定任何晚于船舶j到达待闸区的船舶i都不能早于船舶j离开船闸；
Figure BDA0002518497850000044
Figure BDA0002518497850000045
Figure BDA0002518497850000046
上述约束条件保证任意两艘被安排在同一闸次过闸的船舶不能互相重叠；
Figure BDA0002518497850000047
Figure BDA0002518497850000048
上述约束条件确保每艘船舶排档时都应该在服务其闸室的长度与宽度范围内。
其中，所述S3中，所述约束条件包括闸室排档约束条件，包括如下：
Figure BDA0002518497850000049
Figure BDA00025184978500000410
Figure BDA00025184978500000411
Figure BDA00025184978500000412
上述约束条件描述了只有船舶i的长度完全包含在船舶j的长度范围内并且两艘船相邻时，船舶i才能系泊在船舶j的左侧；
Figure BDA00025184978500000413
Figure BDA00025184978500000414
上述约束条件表示船舶系泊在闸室的右壁时，确保船舶i与闸室右壁是相邻的；
Figure BDA00025184978500000415
上述约束条件确保船舶不能系泊在与服务该船舶的闸室类型不同的闸室右壁；
Figure BDA00025184978500000416
Figure BDA00025184978500000417
Figure BDA00025184978500000418
Figure BDA0002518497850000051
上述约束条件当船舶i要系泊在船舶j的右侧时需要保证这两艘船舶相邻并且船舶i的长度完全包含在船舶j的长度范围内，并确保了两艘船舶相邻的要求；
Figure BDA0002518497850000052
Figure BDA0002518497850000053
上述约束条件表示船舶系泊在闸室的左壁时，确保两艘船舶是相邻的；
Figure BDA0002518497850000054
上述约束条件确保每艘船舶必须系泊在另一艘船舶的一侧或闸室的一侧；
Figure BDA0002518497850000055
上述约束条件避免如下情况：当两艘船舶有相同的长度时，这两艘船舶可能会互相系泊且均未系泊在闸室的任何一侧；
Figure BDA0002518497850000056
Figure BDA0002518497850000057
Figure BDA0002518497850000058
上述约束条件描述不是同一闸次过闸的两艘船舶不能相互系泊，即其中一艘船舶由闸次q服务过闸，而另一艘船舶不是；
Figure BDA0002518497850000059
Figure BDA00025184978500000510
Figure BDA00025184978500000511
Figure BDA00025184978500000512
Figure BDA00025184978500000513
Figure BDA00025184978500000514
Figure BDA00025184978500000515
Figure BDA00025184978500000516
0≤Pmq≤Pmax,0≤Tmax≤Cmax
Figure BDA00025184978500000517
Figure BDA00025184978500000518
上述约束条件描述变量的类型和范围。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
将本申请文件技术方案中列出的模型按照商业软件Gurobi要求的LP模型格式整理为一个LP文件，则可以调用Gurobi进行求解。
通过提取利比时艾伯特运河(Albertkanaal canal)上6个船闸的数据以及船舶的历史航行数据，对本方案进行了仿真测试。测试环境如下：
操作系统：Windows 10；
CPU：Inter i7-8086K
内存：32GB
Gurobi版本：Gurobi 8.1.0教育版
仿真测试结果表明：该方法能最优化求解i)船舶先到先过调度规则(FCFS)下及ii)无特定调度规则(W/O FCFS)下的多梯级多线船闸联合调度方案优化问题，能在60秒内最优化求解含10艘船舶的4级多线船闸的联合调度问题，能在1200秒内最优化求解含20艘船舶的4级多线船闸联合调度问题。
附图说明
图1为应用本发明的多梯级多线船闸结构的结构示意图；
图2为本发明的基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法的过闸路线示意图；
图3为本发明的基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法的闸室排档约束示意图；
图4为本发明的基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的问题，提供了一种基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取船舶信息及船闸的属性信息，所述船舶信息包括船舶尺寸、船舶过闸路线在内的船舶信息，所述船闸的属性信息包括闸室信息。
S2、设置目标函数和约束条件，其中目标函数最小化船舶在梯级系统停留时间、最小化船闸运行耗水量、最大化服务公平性，约束条件约束船舶与闸次的时间变化和空间转移关系以及闸室排档条件。
S3、建立柔性作业车间调度规划模型，将船舶视为工件，闸室视为机器，并行闸室视为柔性环境，将船舶过闸路线视为工件的加工路线，闸室容量视为机器的批处理能力，同航向船舶视为具有兼容关系工件，多梯级船闸联合调度类似于耦合了二维装箱的工件部分兼容的柔性作业车间批处理调度问题；根据船舶过闸线路，为船舶建模决策加工方案，即船舶过闸调度最优化方案；最优化方案为在船舶过闸规则无限制和先到先过两种情况下的最优化方案，包括船舶在每个船闸被分配的闸室、船舶在闸室内的位置以及形成的每个闸次的开始时间。
具体建模思路和模型将在以下详细介绍。
假设图1中船舶的过闸路线如下：
Ship 1:船闸1(下行)
Ship 2:船闸1→船闸2(下行)
Ship 3:船闸1→船闸2→...→船闸M(下行)
Ship 4:船闸M(上行)
Ship 5:船闸M→船闸M-1→...→船闸1(上行)
Ship 6:船闸2→船闸3→...→船闸M(下行)
Ship 7:船闸2(上行)
则与图1中的多梯级多线船闸调度问题对应的作业车间调度问题如图2所示。例如船舶2(Ship 2)的过闸路线为下行连续通过船闸1和船闸2，因此船舶2需要被船闸1的任意一个闸室(u11,u12,u13)服务，然后被船闸2的任意一个闸室(u21,u22)服务。这对应于工件2需要首先在u11,u12,u13中的任意一个机器上加工，然后在u21,u22中的任意一个机器上加工。
当有多艘船舶在同一个闸次被服务的时候，船舶在闸室内的位置摆放还需要满足闸室排档相关约束，如图3所示。这些约束包括i)基本的二维装载约束，ii)安全距离约束，iii)停靠约束。安全距离约束是指船舶在闸次作业中，进出闸室时，为防止碰撞需要保证船舶与船舶以及船舶与闸首之间的安全距离。安全距离通常可考虑在船舶和闸室的尺寸中。图3(a)展示了船舶违反标准二维装箱约束的情况，即船舶不能重叠、旋转或超出闸室的范围。为确保船舶在闸次作业时的安全，船舶必须停靠在闸室的一侧或者停靠在长度更大的船舶一侧，以避免在作业期间闸室水位变化导致船舶之间发生碰撞。当船舶i停靠在另一艘船舶j时(j≠i)，要求两艘船舶相邻且船舶i在船舶j的长度范围内，如图3(b)所示的ship11和ship 12。
多梯级多线船闸联合调度方案优化混合整数线性规划(MILP)模型构建
由于向上游航行方向的参数、变量和约束与下游方向的相同，因此在此处省略了下游方向的参数、变量和约束，假设所有船舶都沿下游航行，船闸的指标排序与图1所示相同。另外，完整的MILP模型可以通过增加与下游航行方向对应的参数、变量和约束，其中MILP模型对应的符号描述如下:
集合和参数：
M:船闸集合。
N:船舶集合。
Umt:船闸m所对应的t型闸室的集合。
Φm:船闸m可用的闸室类型的集合。
Qm:船闸m所能提供的闸次。
Qmt:Qm的子集合，表示类型为t的闸室所提供的闸次集合。
Nm:N的子集合，表示需要通过船闸m的船舶集合。
Mi:M的子集合，表示船舶i在航行过程中需要通过的船闸集合。
Figure BDA0002518497850000081
表示船舶i依次需要通过的船闸，其中I1表示船舶i第一个需要通过的船闸，I|Mi|表示船舶i最后一个需要通过的船闸。
Rim:在船闸m内船舶i可以停靠的船舶集合。
Lmt,Wmt:船闸m中，类型为t的闸室的长度和宽度。
L,W:最大的闸室长度和宽度。
li,wi:船舶i的长度和宽度。
ri：船舶到达其第一个船闸的时间。
pmt:船闸m中,类型为t的闸室的一个闸次的持续时间。
λmpq：当闸次p与闸次q由船闸m的同一闸室运行时所需要的最短调整时间，该最短调整时间取决于闸室类型与闸次方向。
tmin:船舶i沿相邻船闸m和n之间的河段航行所需要的时间。
Pmax:所有类型闸室中最长的一次服务时间。
Cmax:所有船舶结束时间的上限值，一个足够大的常量。
变量
δimq:二进制变量，δimq＝1表示船舶i由船闸m的闸次q服务过闸。
aim:船舶i到达船闸m的时间。
Cmq:船闸m的闸次q的结束时间。
Pmq:船闸m的闸次q的一次服务时间。
γmqu:二进制变量，γmqu＝1表示闸次q在船闸m的闸室u运行。
βmpq:二进制变量，βmpq＝1表示闸次p与闸次q在船闸m的同一闸室运行。
zmq:二进制变量，当闸次q在船闸m中运行时zmq＝1，否则zmq＝0。
cim:船舶i离开船闸m的时间。
eijm:二进制变量，当且仅当船闸m中船舶i完全摆放在船舶j的左侧时，eijm＝1。
bijm:二进制变量，当且仅当船闸m中船舶i完全摆放在船舶j的后面时，bijm＝1。
ξijm,μijm:二进制变量，当船闸m中船舶i系泊在船舶j的左侧时，ξijm＝1，否则ξijm＝0；当船闸m中船舶i系泊在船舶j的右侧时，μijm＝1，否则μijm＝0。
αijm:二进制变量，当船舶i晚于船舶j到达船闸m时，αijm＝1，否则αijm＝0。
vij：二进制变量，当船舶i和j在同一个闸次被服务过闸时，vij＝1，否则，vij＝0。
xim,yim:整数变量，表示船舶i在船闸m的闸次中的横坐标和纵坐标。
目标函数
目标函数包括船舶总停留时间、运行的总闸次数，描述如下:
Figure BDA0002518497850000091
式中，k1，k2为权重系数，可以根据具体SLSP问题的实际情况进行设定。
约束条件
约束(2)确保船舶在每个船闸均被一个闸次服务。
Figure BDA0002518497850000101
约束(3)描述了船舶到达其第一个船闸的时间。
Figure BDA0002518497850000102
约束(4)确保一个闸次只有等到该闸次中的所有船舶达到之后方能开始。
Figure BDA0002518497850000103
约束(5)和(6)描述船舶离开船闸m的时间等于服务该船舶的闸次的结束时间。
Figure BDA0002518497850000104
Figure BDA0002518497850000105
船舶到达下一个船闸的时间由船舶在前一个船闸的完成时间和船舶在两个船闸间河段的行驶时间决定,如下式：
Figure BDA0002518497850000106
约束(8)确保了同一个闸室的两个闸次的结束时间的先后关系。具体而言，一个闸次必须等到排在其前面的闸次结束方可开始，并且当这两个非空闸次运行方向相同时，还需要考虑额外的倒闸时间。
Figure BDA0002518497850000107
式中λmpq表示调整时间，闸次q的处理时间Pmq如约束(9)所示。
Figure BDA0002518497850000108
约束(10)确保了只有在同一个闸室服务两个闸次时，这两个闸次才存在先后关系。
Figure BDA0002518497850000109
约束(11)确保在船闸m中的每一个有效的闸次q应该被分配给t类型的一个具体闸室u。
Figure BDA00025184978500001010
约束(12)-(13)确保至少服务一艘船舶过闸的闸次方有效。
Figure BDA0002518497850000111
Figure BDA0002518497850000112
船舶过闸过程可能需要遵循先到先过规则，即规定任何晚于船舶j到达待闸区的船舶i都不能早于船舶j离开船闸,该约束表示如下。
Figure BDA0002518497850000113
Figure BDA0002518497850000114
Figure BDA0002518497850000115
Figure BDA0002518497850000116
约束(18)–(20)保证任意两艘被安排在同一闸次过闸的船舶不能互相重叠，如图3所示ship 1和ship 2。
Figure BDA0002518497850000117
Figure BDA0002518497850000118
Figure BDA0002518497850000119
每艘船舶排档时都应该在服务其闸室的长度与宽度范围内，约束(21)和(22)确保了该要求，如图3所示的ship 3则违反了该约束。
Figure BDA00025184978500001110
Figure BDA00025184978500001111
约束(23)–(40)包含了闸室排档过程的具体系泊约束。约束(23)–(26)描述了只有船舶i的长度完全包含在船舶j的长度范围内并且两艘船相邻时，船舶i才能系泊在船舶j的左侧，其中约束(27)-(28)确保了两艘船舶相邻的要求。如图3所示，ship 9系泊在ship 8的左侧。而ship 6和ship 7在系泊在ship 5时违反了约束条件，因为ship 6不在ship 5的长度范围内，ship 7不与ship 5相邻。
Figure BDA00025184978500001112
Figure BDA00025184978500001113
Figure BDA00025184978500001114
Figure BDA00025184978500001115
船舶i不仅可以系泊在另一艘船舶的左侧，也可以系泊在闸室的右壁。本文中船闸m中类型为t的闸室其右侧由一艘附加的船舶n+t表示，其位置固定为(Wmt,0)。其中，Wmt为船闸m中类型为t的闸室的宽度。由于约束(22)已经保证了船舶i始终在闸室长度范围内，因此只需用约束(27)和(28)来确保船舶i与闸室右壁是相邻的，即如图3所示ship 5和ship 8。
Figure BDA0002518497850000121
Figure BDA0002518497850000122
约束(29)确保船舶不能系泊在与服务该船舶的闸室类型不同的闸室右壁。例如，图3(b)中的ship 14在闸室2中过闸，因此不能系泊在闸室1的右壁。
Figure BDA0002518497850000123
当船舶i要系泊在船舶j的右侧时需要保证这两艘船舶相邻并且船舶i的长度完全包含在船舶j的长度范围内，可由约束(30)–(33)描述。其中，约束(32)–(33)确保了两艘船舶相邻的要求。如图3所示，ship 11就系泊在ship10的右侧。
Figure BDA0002518497850000124
Figure BDA0002518497850000125
Figure BDA0002518497850000126
Figure BDA0002518497850000127
船舶i不仅能系泊在其他船舶的右侧，也能系泊在闸室的左壁。本文中，所有闸室其左侧由一艘附加的船舶0表示，其位置固定为(0,0)。因此，只需用约束(34)和(35)确保两艘船舶是相邻的。如图3所示ship 10系泊在闸室的左壁。
Figure BDA0002518497850000128
Figure BDA0002518497850000129
约束(36)确保每艘船舶必须系泊在另一艘船舶的一侧或闸室的一侧。
Figure BDA00025184978500001210
当两艘船舶有相同的长度时，这两艘船舶可能会互相系泊且均未系泊在闸室的任何一侧，约束(37)避免了这种情况的发生，如图3所示的ship 12和ship13。
Figure BDA0002518497850000131
约束(38)–(40)描述不是同一闸次过闸的两艘船舶不能相互系泊，即其中一艘船舶由闸次q服务过闸，而另一艘船舶不是。
Figure BDA0002518497850000132
Figure BDA0002518497850000133
Figure BDA0002518497850000134
最后所有变量的类型和范围如约束(41)至(51)所示。
Figure BDA0002518497850000135
Figure BDA0002518497850000136
Figure BDA0002518497850000137
Figure BDA0002518497850000138
Figure BDA0002518497850000139
Figure BDA00025184978500001310
Figure BDA00025184978500001311
Figure BDA00025184978500001312
0≤Pmq≤Pmax,0≤Tmax≤Cmax (49)
Figure BDA00025184978500001313
Figure BDA00025184978500001314
Figure BDA00025184978500001315
采用本发明所提供的基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法，其技术优点体现如下：
将本申请文件技术方案中列出的模型按照商业软件Gurobi要求的LP模型格式整理为一个.LP文件，则可以调用Gurobi进行求解。
通过提取利比时艾伯特运河(Albertkanaal canal)上6个船闸的数据以及船舶的历史航行数据，对本方案进行了仿真测试。测试环境如下：
操作系统：Windows 10；
CPU：Inter i7-8086K
内存：32GB
Gurobi版本：Gurobi 8.1.0教育版
仿真测试结果表明：该方法能最优化求解i)船舶先到先过调度规则(FCFS)下及ii)无特定调度规则(W/O FCFS)下的多梯级多线船闸联合调度方案优化问题，能在60秒内最优化求解含10艘船舶的4级多线船闸的联合调度问题，能在1200秒内最优化求解含20艘船舶的4级多线船闸联合调度问题。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取船舶信息及船闸的属性信息，所述船舶信息包括船舶尺寸、船舶过闸路线在内的船舶信息，所述船闸的属性信息包括闸室信息；
S2、设置目标函数和约束条件，其中目标函数最小化船舶在梯级系统停留时间、最小化船闸运行耗水量、最大化服务公平性，约束条件约束船舶与闸次的时间变化和空间转移关系以及闸室排档条件；
S3、建立柔性作业车间调度规划模型，将船舶视为工件，闸室视为机器，并行闸室视为柔性环境，将船舶过闸路线视为工件的加工路线，闸室容量视为机器的批处理能力，同航向船舶视为具有兼容关系工件，多梯级船闸联合调度类似于耦合了二维装箱的工件部分兼容的柔性作业车间批处理调度问题；根据船舶过闸线路，为船舶建模决策加工方案，即船舶过闸调度最优化方案。
2.根据权利要求1所述的基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法，其特征在于，所述S2中最优化方案为在船舶过闸规则无限制和先到先过两种情况下的最优化方案，包括船舶在每个船闸被分配的闸室、船舶在闸室内的位置以及形成的每个闸次的开始时间。
3.根据权利要求1所述的基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法，其特征在于，所述S2中最优化方案中，用目标函数描述调度方案需优化的目标：
Figure FDA0002518497840000011
包括船舶总停留时间、运行的总闸次数。
4.根据权利要求1所述的基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法，其特征在于，所述S3中，所述约束条件包括描述船舶与闸次的时间变化和空间转移关系的约束条件，包括如下：
Figure FDA0002518497840000012
上述约束条件确保船舶在每个船闸均被一个闸次服务；
Figure FDA0002518497840000021
上述约束条件描述了船舶到达其第一个船闸的时间；
Figure FDA0002518497840000022
上述约束条件确保一个闸次只有等到该闸次中的所有船舶达到之后方能开始；
Figure FDA0002518497840000023
Figure FDA0002518497840000024
上述约束条件描述船舶离开船闸m的时间等于服务该船舶的闸次的结束时间；
Figure FDA0002518497840000025
上述约束条件表示船舶到达下一个船闸的时间由船舶在前一个船闸的完成时间和船舶在两个船闸间河段的行驶时间决定；
Figure FDA0002518497840000026
上述约束条件确保了同一个闸室的两个闸次的结束时间的先后关系；具体而言，一个闸次必须等到排在其前面的闸次结束方可开始，并且当这两个非空闸次运行方向相同时，还需要考虑额外的倒闸时间；式中λmpq表示调整时间；
Figure FDA0002518497840000027
上述约束条件表示闸次q的处理时间Pmq；
Figure FDA0002518497840000028
上述约束条件确保了只有在同一个闸室服务两个闸次时，这两个闸次才存在先后关系；
Figure FDA0002518497840000029
上述约束条件确保在船闸m中的每一个有效的闸次q应该被分配给t类型的一个具体闸室u；
Figure FDA00025184978400000210
Figure FDA00025184978400000211
上述约束条件确保至少服务一艘船舶过闸的闸次方有效；
Figure FDA00025184978400000212
Figure FDA00025184978400000213
Figure FDA00025184978400000214
Figure FDA0002518497840000031
上述约束条件表示船舶过闸过程可能需要遵循的先到先过规则，即规定任何晚于船舶j到达待闸区的船舶i都不能早于船舶j离开船闸；
Figure FDA0002518497840000032
Figure FDA0002518497840000033
Figure FDA0002518497840000034
上述约束条件保证任意两艘被安排在同一闸次过闸的船舶不能互相重叠；
Figure FDA0002518497840000035
Figure FDA0002518497840000036
上述约束条件确保每艘船舶排档时都应该在服务其闸室的长度与宽度范围内。
5.根据权利要求1所述的基于柔性作业车间调度的多梯级多线船闸联合调度方法，其特征在于，所述S3中，所述约束条件包括闸室排档约束条件如下：
Figure FDA0002518497840000037
Figure FDA0002518497840000038
Figure FDA0002518497840000039
Figure FDA00025184978400000310
上述约束条件描述了只有船舶i的长度完全包含在船舶j的长度范围内并且两艘船相邻时，船舶i才能系泊在船舶j的左侧；
Figure FDA00025184978400000311
Figure FDA00025184978400000312
上述约束条件表示船舶系泊在闸室的右壁时，确保船舶i与闸室右壁是相邻的；
Figure FDA00025184978400000313
上述约束条件确保船舶不能系泊在与服务该船舶的闸室类型不同的闸室右壁；
Figure FDA00025184978400000314
Figure FDA00025184978400000315
Figure FDA00025184978400000316
Figure FDA00025184978400000317
上述约束条件当船舶i要系泊在船舶j的右侧时需要保证这两艘船舶相邻并且船舶i的长度完全包含在船舶j的长度范围内，并确保了两艘船舶相邻的要求；
Figure FDA0002518497840000041
Figure FDA0002518497840000042
上述约束条件表示船舶系泊在闸室的左壁时，确保两艘船舶是相邻的；
Figure FDA0002518497840000043
上述约束条件确保每艘船舶必须系泊在另一艘船舶的一侧或闸室的一侧；
Figure FDA0002518497840000044
上述约束条件避免如下情况：当两艘船舶有相同的长度时，这两艘船舶可能会互相系泊且均未系泊在闸室的任何一侧；
Figure FDA0002518497840000045
Figure FDA0002518497840000046
Figure FDA0002518497840000047
上述约束条件描述不是同一闸次过闸的两艘船舶不能相互系泊，即其中一艘船舶由闸次q服务过闸，而另一艘船舶不是；
Figure FDA0002518497840000048
Figure FDA0002518497840000049
Figure FDA00025184978400000410
Figure FDA00025184978400000411
Figure FDA00025184978400000412
Figure FDA00025184978400000413
Figure FDA00025184978400000414
Figure FDA00025184978400000415
0≤Pmq≤Pmax,0≤Tmax≤Cmax
Figure FDA00025184978400000416
Figure FDA00025184978400000417
上述约束条件描述变量的类型和范围。
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