CN113706052B - 一种自动化码头水平运输机械的智能排队方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化码头水平运输机械的智能排队方法，包括以下步骤：1)实时计算每辆AGV的目的位置；2)匹配ASC作业任务与AGV；3)根据AGV在堆场的运动类型锁定贝位；4)计算AGV所需的贝位区间；5)冲突检测。本发明以空间预约的方式解决堆场内AGV合理利用堆场资源问题的方法。

Description

一种自动化码头水平运输机械的智能排队方法

技术领域

本发明涉及自动化集装箱码头技术领域，更具体地说，涉及一种自动化码头水平运输机械的智能排队方法。

背景技术

随着港口装卸设备自动化程度的提高，为减少操作人员，降低运营成本，提高作业效率，提升港口竞争力，全球掀起自动化集装箱码头建设浪潮。根据自动化程度的不同，自动化集装箱码头主要分为半自动化码头和全自动化码头两大类：半自动化码头指仅在堆场装卸环节实现自动化，而水平运输环节仍采用人工操作方式的集装箱码头；全自动化码头指水平运输环节和堆场装卸环节均已实现自动化而无须人工操作的集装箱码头。

自动化集装箱码头上堆场边用以装卸码头的水平运输机械(Automated GuidedVehicle，简称AGV)只能按照简单的方式作业，但是当堆场内水平运输机械容量小、堆场桥吊出现等待水平运输机械到达作业位置情况时，水平运输机械就会显得效率低下。AGV在堆场边装卸码头的合理排队作业很大程度影响着ASC作业的效率(Automated StackingCrane，简称ASC)，进而影响整个自动化码头的作业效率。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种自动化码头水平运输机械的智能排队方法，以空间预约的方式解决堆场内AGV合理利用堆场资源问题的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自动化码头水平运输机械的智能排队方法，包括以下步骤：

1)实时计算每辆AGV的目的位置；

2)匹配ASC作业任务与AGV；

3)根据AGV在堆场的运动类型锁定贝位；

4)计算AGV所需的贝位区间；

5)冲突检测。

较佳的，所述步骤1)进一步包括：

当AGV行驶至堆场口或堆场内某个贝位，完成当前任务后，触发计算给堆场内每辆AGV的排队贝位。

较佳的，所述步骤2)进一步包括：

获取堆场内每辆AGV，根据堆场已排序作业任务依次匹配AGV。

较佳的，所述步骤3)进一步包括：

根据在堆场内AGV当前位置与排队位置，判断AGV在堆场的运动类型。

较佳的，所述AGV在堆场的运动类型包括以下几类：

第(1)类，从堆场口行驶至堆场内；

第(2)类，在堆场内作业车道离开堆场；

第(3)类，在堆场内前进、后退至作业位置；

第(4)类，在堆场内前进至临时停车位置，需先转出作业车道再转进至作业车道。

较佳的，所述步骤4)进一步包括：

4.1)求解；

4.2)重复锁定解锁。

较佳的，所述步骤4.1)进一步包括：

根据已经匹配过任务的AGV依次按照任务顺序在堆场内找排队位置并生成相应锁定区。

较佳的，所述步骤4.2)进一步包括：

当堆场内任务发生改变时，AGV匹配任务也相应发生变化，此时AGV会出现在其他任务排序靠前的AGV生成的锁定区范围，该AGV则需要在堆场内寻找没有被锁定的区域避让任务排序在前的AGV。

较佳的，所述步骤5)进一步包括：

堆场ASC作业任务顺序为实时顺序，会根据全场作业繁忙程度做出相应调整，当作业顺序发生变化时候步骤4)的计算结果会产生冲突，步骤5)作用在于冲突检测，如果存在冲突则放弃指定该AGV堆场排队位置。

本发明所提供的一种自动化码头水平运输机械的智能排队方法，

本发明的有益效果是：本发明提出一种基于空间预约锁定的机制给堆场内外的AGV分配堆场内排队位置的方法。在规划堆场内最佳排队位置的同时增加防AGV死锁机制保证AGV运行轨迹不发生冲突，同时提升堆场内空间利用率。本方法具有适应性强，安全性高，稳定性强等特点，算法适用于多种堆场边装卸自动化码头。

附图说明

图1是本发明智能排队方法的流程示意图；

图2是本发明智能排队方法实施例的示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

结合图1所示，本发明所提供的一种自动化码头水平运输机械的智能排队方法，实时计算每辆AGV的目的位置。如果AGV在堆场外则目的位置为堆场口，如果AGV在堆场口或者堆场内则进一步给出AGV目的贝位，目的贝位为最终作业位置或者临时停车位置。

首先根据实时作业情况拆分各个堆场数据，为各个堆场单独计算。各个堆场的数据包括在堆场的AGV实时情况与ASC调度输出的实时任务执行顺序。AGV实时情况包括要在该堆场作业的AGV、当前在该堆场但是要去别的堆场作业的AGV、无任务的AGV。ASC调度输出的实时作业顺序为ASC调度根据当前堆场任务情况实时决策的作业的次序包含多个ASC在同一堆场的作业次序。

具体包括以下步骤：

1)实时计算每辆AGV的目的位置，当AGV行驶至堆场口或堆场内某个贝位，完成当前任务后，触发计算给堆场内每辆AGV的排队贝位；

2)匹配ASC作业任务与AGV，每个堆场会有一个或多个ASC作业，多个ASC独自作业但共享堆场内AGV排队资源。多个ASC作业时作业任务以堆场为单位排序。根据排序任务顺序依次实时匹配最优作业AGV；

3)根据AGV在堆场的运动类型锁定贝位，根据AGV实时位置以及排队位置描述AGV的类型；

4)计算AGV所需的贝位区间，根据已经匹配过AGV的堆场实时任务作业顺序循环锁定贝位区间，锁定贝位区间目的在于给排序靠后的AGV在堆场内找排队位置做参考，AGV找到排队位置后根据运动模式锁定该AGV所需贝位区间；

5)冲突检测，堆场ASC作业任务顺序为实时顺序，会根据全场作业繁忙程度做出相应调整，当作业顺序发生变化时候步骤2.4计算结果产生冲突，本步骤作用在于冲突检测，如果存在冲突则放弃指定该AGV堆场排队位置。

本发明智能排队方法进一步包括以下步骤：

1)物理约束，需遵循AGV的物理限制：

1.1)AGV在堆场内作业自身会锁定8个贝；

1.2)对于堆场边装卸码头AGV在作业车道拐出到行车道两辆AGV的中心距离需相隔12个贝；

1.3)AGV在作业车道上前进方向如果前进距离大于24个贝允许先拐出到行车道再拐出到作业车道，后退方向只能在作业车道上后退，不能跨越行驶到行车道；

2)匹配ASC作业任务与AGV：

获取堆场内所有收、送箱的AGV。根据堆场已排序作业任务依次匹配AGV；

过滤已经匹配过堆场作业的AGV，目的是已经匹配过的AGV会优先作业，匹配过的AGV将不会视为后面AGV的阻碍。循环匹配剩下的所有AGV；

匹配时根据AGV堆场作业位置判断AGV选择作业任务是否会有阻挡并计算阻挡的AGV数量；如果该任务选择所有的AGV都有阻挡则选择需挪动AGV数量最少的AGV；如果一部分有阻挡，一部分没有阻挡，则在没有阻挡的AGV中根据AGV堆场作业位置选择距离WI堆场作业位置最近的AGV；如果都没有阻挡则直接选择AGV堆场作业位置距离最近的AGV；

为堆场所有范围内的任务匹配AGV，如果可匹配AGV数量大于堆场内所有任务数量则剩下的AGV则驱赶至堆场外临时停车位置；

3)根据AGV在堆场的运动类型锁定贝位：

根据在堆场内AGV当前位置与排队位置(包括临时停车位置、最终作业位置，以下统称为临时停车位置)判断AGV在堆场运动类型，不同运动类型以及AGV运动状态将影响锁定区域的判断，AGV在堆场运动类型包括：

(1)从堆场口行驶到堆场内

从堆场口运动到堆场内也即意味着该AGV是前往堆场作业的AGV，同时已经分配到了堆场的临时停车位置；

a)停车状态：AGV当前位置在堆场口，临时停车位置为堆场内某个贝；此时的AGV将会产生所在停车位置的自身锁定区，还有到临时停车位置的转入锁定区，从停车位置到作业位置的作业车道锁定区，作业位置离开的转出锁定区；

b)运动状态：AGV实时位置在行车道且运动中，临时停车位置为堆场内某个贝；此时将会虚拟一辆AGV已经在停车位置并产生一个自身锁定区(目的确保顺序更靠前的AGV不会进入到该区域)，还有到达停车位置的转入锁定区，从停车位置到作业位置的作业车道锁定区，作业位置离开的转出锁定区；

(2)在堆场内作业车道离开堆场

在堆场内作业车道需要离开堆场，那说明AGV无当前堆场的任务被驱离本堆场，或者当前AGV已经收到其他堆场的任务需要离开本堆场，还有就是该AGV所匹配的任务顺序靠后而本堆场无空闲作业位置给到AGV排队；

a)停车状态：AGV当前位置在堆场内某个贝，临时停车位置不在堆场内某个贝；此时AGV仍然具有自身锁定区，从作业位置转出的转出锁定区；

b)运动状态：AGV实时位置在作业车道且运动中，临时停车位置不在堆场内某个贝。此时AGV仍然具有自身锁定区，同时具有从上一停车位置开始的完整转出锁定区；但如AGV已经完全离开作业车道，自身锁定区和转出锁定区将会被释放；

(3)在堆场内前进后退到作业位置

a)停车状态：AGV当前位置在堆场内某个贝，临时停车位置在堆场内某个贝，此时AGV仍然具有自身锁定区，同时具有从当前位置到停车位置间所有区域作为避让锁定区，还包括停车位置到作业位置的作业车道锁定区，从作业位置离开的转出锁定区；

b)运动状态：AGV实时位置在作业车道且运动中，临时停车位置在堆场内某个贝；此时系统将会虚拟一辆AGV在停车位置并生成自身锁定区(目的确保顺序更靠前的AGV不会进入到该区域)，同时AGV具有从当前位置到停车位置间所有区域作为避让锁定区，还包括停车位置到作业位置的作业车道锁定区，从作业位置离开的转出锁定区；

(4)在堆场内前进到临时停车位置需先转出作业车道再转进到作业车道

a)停车状态：AGV当前位置在堆场内某个贝，临时停车位置在堆场内某个贝并且当前位置与临时停车位置相距24个贝号以上。此时AGV具有自身锁定区，同时具有从当前位置开始的转出锁定区，到达临时停车位置的转入锁定区，为了确保转入位置不被顺序更靠前的AGV锁定，系统还会在停车位置虚拟AGV已经停好并生成自身锁定区，临时停车位置到作业位置的作业车道锁定区域，从作业位置离开的转出锁定区；

b)运动状态：AGV实时位置在作业车道且运动中，临时停车位置在堆场内某个贝，判断上一次停车位置与当前停车位置是否相距24个贝号，如果大于等于24个贝号则为该运动类型，否则判断为上述第(3)种运动类型。此时AGV具有从原停车位置离开的转出锁定区(AGV完全离开作业车道将会释放)，到达临时停车位置的转入锁定区，为了确保转入位置不被顺序更靠前的AGV锁定，系统还会在停车位置虚拟AGV已经停好并生成自身锁定区，临时停车位置到作业位置的作业车道锁定区，从作业位置离开的转出锁定区；

上述锁定区为每台AGV在排队过程中都会产生以下若干种锁定区：

a)转入锁定区和转出锁定区

转入锁定区和转出锁定区是体现的AGV转入转出所需要的区域，只有AGV在需要离开堆场或者转入到作业车道时产生；

b)AGV在作业车道上前往目标位置的锁定区

在作业车道上进行排队的AGV都会生成从当前位置到目标位置的锁定区，包括了从停车位置到排队位置的锁定区和排队位置到作业贝位之间的锁定区，该类型锁定区非独占，可以同类型的锁定区重叠，目的是保证两个位置之间不存在顺序靠后的AGV，影响的是该AGV之后需要处理的AGV；

c)自身锁定的区域

自身锁定区是指当前AGV所在的位置生成的独占区域，范围包括以AGV作业位置左右各4个贝号(这其中考虑到小贝作业时AGV作业位大小贝的事项)。示例：AGV在10贝作业，自身锁定区锁定贝号范围为[6,14]；

4)计算

4.1)求解，根据已经匹配过任务的AGV依次按照任务顺序在堆场内找排队位置并生成相应锁定区。具体方式为排序在前的根据当前堆场锁定情况找出没有被锁定的贝且离最终作业位置最近的位置作为排队位置，找到排队位置后生成相应锁定区为排序在后的AGV找排队位置提供依据；

4.2)重复锁定解锁，当堆场内任务发生改变时，AGV匹配任务也相应发生变化，此时AGV可能出现在其他任务排序靠前的AGV生成的锁定区范围。该AGV则需要在堆场内寻找没有被锁定的区域避让任务排序在前的AGV。如存在多个则选择与AGV当前位置最近的位置作为排队位置(注意无法穿过前序AGV的自身占用区)；如果找不到避让位置且AGV不满足离开堆场条件(大贝方向没有12个贝号的空闲区域)则当前AGV排队位置为当前贝，但是找不到避让位置但AGV满足离开堆场条件时，决策AGV离开堆场。

5)冲突检测

冲突检测在锁定区计算完成并计算出每辆AGV的排队位置之后进入冲突检测；

排队的依据为根据堆场任务次序匹配相应的AGV，当堆场任务次序发生变化时，会发生两辆AGV排队位置冲突的情况，举例AGV-A当前位置为30贝，计算出排队位置为10贝；AGV-B当前位置在22贝，计算排队位置为2贝。此时AGV-A去10贝与AGV-B当前位置22贝冲突。检测结果AGV-B计算结果10贝有冲突，AGV-A计算结果2贝不存在冲突，则输出最终结果为AGV-A排队位置2贝；

冲突检测环节目的就在检测类似这种冲突的情况，有冲突的AGV计算结果不输出，不存在冲突的AGV输出排队计算结果。

实施例

结合图2所示，AGV1、AGV2在22贝作业，AGV3在56贝作业。堆场2个ASC分别为ASC1、ASC2。堆场内任务作业顺序：22贝，22贝，56贝。ASC任务分配ASC1：22贝，22贝；ASC2：56贝。

根据堆场任务顺序任务与AGV匹配结果为：

22贝->AGV1,

22贝->AGV2,

56贝->AGV3

计算排队位以及锁定区：

AGV1作业排序第一的任务在堆场内找排队位置时堆场内无锁定区，则AGV1在堆场内找到排队位置22贝。找到排队位后锁定情况：

	转入	转出	作业车道行驶	自身占用
					AGV1		[22,34]		[18,26]

AGV1计算结束后为排序在第二的AGV2找排队位置，根据当前堆场锁定情况找到排队位置为34贝，找到位置后继续锁定AGV2锁定区：

	转入	转出	作业车道行驶	自身占用
					AGV1		[22,34]		[18,26]
AGV2	[22,34]	[22,34]	[22,34]	[18,26]

AGV2就算结束后为排序在第三的AGV3找排队位置，根据当前堆场锁定情况找到排队位置为56贝，找到位置后继续锁定AGV3锁定区：

	转入	转出	作业车道行驶	自身占用
					AGV1		[22,34]		[18,26]
AGV2	[22,34]	[22,34]	[22,34]	[18,26]
					AGV3		[56,68]		[52,60]

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (1)

1.一种自动化码头水平运输机械的智能排队方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)实时计算每辆AGV的目的位置，当AGV行驶至堆场口或堆场内某个贝位，完成当前任务后，触发计算给堆场内每辆AGV的排队贝位；

2)匹配ASC作业任务与AGV，获取堆场内每辆AGV，根据堆场已排序作业任务依次匹配AGV；

3)根据AGV在堆场的运动类型锁定贝位，根据在堆场内AGV当前位置与排队位置，判断AGV在堆场的运动类型，所述AGV在堆场的运动类型包括以下几类：

第(1)类，从堆场口行驶至堆场内；

第(2)类，在堆场内作业车道离开堆场；

第(3)类，在堆场内前进、后退至作业位置；

第(4)类，在堆场内前进至临时停车位置，需先转出作业车道再转进至作业车道；

4)计算AGV所需的贝位区间，

根据已经匹配过任务的AGV依次按照任务顺序在堆场内找排队位置并生成相应锁定区；

当堆场内任务发生改变时，AGV匹配任务也相应发生变化，此时AGV会出现在其他任务排序靠前的AGV生成的锁定区范围，该AGV则需要在堆场内寻找没有被锁定的区域避让任务排序在前的AGV；

5)冲突检测，

堆场ASC作业任务顺序为实时顺序，会根据全场作业繁忙程度做出相应调整，当作业顺序发生变化时候步骤4)的计算结果会产生冲突，步骤5)作用在于冲突检测，如果存在冲突则放弃指定该AGV堆场排队位置。