CN114118639B - 一种顺岸式边装卸自动化码头art动态调度方法 - Google Patents

一种顺岸式边装卸自动化码头art动态调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种顺岸式边装卸自动化码头ART动态调度方法，是基于多优先级规则的全局优化策略，根据ART的状态以及路网状态，以行驶时间最短为目标计算生成对应的水平运输任务分配方案，并规划ART行驶路径。本发明结合ART的状态采用多优先级规则的全局优化策略，获取水平运输任务后，监测路网状态，以最短行驶时间为目标进行调度决策，规划行驶路径，缓解ART的拥堵情况，进一步提高ART车队整体电量水平和装卸作业效率。

Description

一种顺岸式边装卸自动化码头ART动态调度方法
技术领域
本发明涉及港口集卡调度技术领域，具体涉及一种顺岸式边装卸自动化码头ART动态调度方法。
背景技术
近年来，集装箱码头运输船舶大型化趋势明显，集装箱进出口量逐年增加。大规模、高数量、短时效的进出口作业要求，对自动化码头的作业能力提出了更高的要求。而传统集装箱码头为固定化作业线，无法实现动态调节。现有的自动化集装箱码头拥有柔性化作业线，虽能够实现柔性化作业，但局限于单条作业线柔性布置，未考虑集装箱码头整体作业状态，常出现满足多条柔性化作业装卸任务的同时导致运输作业能力急剧下降。因此，自动化码头依旧需要协调布置柔性作业线，提升码头整体运作能力。现有自动化码头柔性化的设备布置，能够有效保障装卸作业能力，但水平运输能力往往未能达到预期效果。水平运输影响因素众多，在综合考虑影响因素的前提下如何合理规划水平运输车辆的运输路线，保障柔性化作业线水平运输能力，提升自动化码头装卸运输效率及码头整体运作能力成为了当前研究的热点。
发明内容
本发明的目的是要解决在ART数量有限，且作业任务数大于ART数情况下的调度问题，提供了一种顺岸式边装卸自动化码头ART动态调度方法，制定合理高效的作业顺序，降低ART的拥堵情况，进一步提高ART车队整体电量水平和装卸作业效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种顺岸式边装卸自动化码头ART动态调度方法，是基于多优先级规则的全局优化策略，根据ART的状态以及路网状态，以行驶时间最短为目标，计算生成对应的水平运输任务分配方案，规划ART行驶路径；包括步骤：
S1.获取水平运输任务指令，确定任务类型，得到多任务集合C；
S2.筛选处于空闲状态的ART，形成闲置集合S；
S3.判断闲置集合S中每个ART剩余电量是否充足；若否，转执行步骤S4；若是，转执行步骤S5；
S4.下达ART返回充电桩充电的指令；
S5.确定当前闲置集合S中剩余电量符合要求的ART数量N，可执行N个水平运输任务，基于路网状态计算每个ART到达每个任务起点至完成对应的水平运输任务时分别所需的行驶时间，将任务与集卡进行对应组合，以总的行驶时间最小为目标选取最佳分配方案；判断是否存在多个方案的总行驶时间最短；若是，转执行步骤S6；若否，转执行步骤S9；
S6.判断所述方案中经过智能闸口的个数是否相同；若是，转执行步骤S7；若否，转执行步骤S8；
S7.计算各方案中ART离任务起点的总行驶距离，选择行驶距离最短的分配方案，规划行驶路径；
S8.选择经过智能闸口个数最少的任务分配方案，规划行驶路径；
S9.将水平运输任务分配各ART，规划行驶路径；
S10.更新闲置集合S，加入新闲置ART；
S11.判断多任务集合C是否为空；若是，执行步骤S12；若否，转执行步骤S3；
S12.结束调度。
其中，所述多优先级规则的全局优化策略，其规则顺序如下：
ART空闲、ART电量充足、ART不经过交汇点、ART离任务起点的距离较近。
其中，所述水平运输任务包括为岸桥与堆场间集装箱运输任务、堆场之间倒箱作业运输任务；ART的状态包括ART的工作状态、物理状态和技术状态；所述路网状态包括当前道路拥堵情况以及调度ART时的动态拥堵变化情况。
其中，所述岸桥与堆场间集装箱运输任务的流程为：
在卸船模式下，岸桥将集装箱送到ART上，ART从岸桥工作区离开，进入对应的解锁站解锁，解锁完成后ART前往对应的堆场，到达指定位置后场桥将ART上的集装箱吊起，放到堆场正确的位置上；
在装船模式下，ART装船结束，由岸桥工作区离开，前往指定的堆场运送下一个集装箱。
其中，堆场间的倒箱作业任务流程为：
ART到达某个堆场位置，场桥将需要倒箱的集装箱吊起放到ART上，ART由场桥工作区离开，前往集装箱的目的堆场位置，ART到达该位置后，场桥将集装箱吊起，放入指定位置，ART完成倒箱任务。
其中，ART的状态包括工作状态、物理状态和技术状态，所述工作状态是指ART是否处于空闲状态，物理状态是指ART的当前位置及车辆参数，所述车辆参数包括加、减速度、转弯半径，技术状态是指ART的剩余电量情况。
其中，所述路网状态是指道路的拥堵情况，指由经过智能闸口所产生的等待时间而造成排队拥堵，包括当前道路是否拥堵或者在执行调度命令之后是否会加剧拥堵程度，即调度ART时的动态拥堵变化情况。
其中，所述智能闸口为ART与有人集卡交汇处，且经过该智能闸口的时间T c =30s，ART在执行岸桥至堆场的水平运输任务的行驶时间T a =T+T s +T c ，ART在执行堆场间的水平运输任务的行驶时间T d =T+T c ，T为ART无障碍正常行驶的时间，T s 为ART一次解锁时间。
其中，所述判断闲置集合S中每个ART剩余电量是否充足的步骤如下：
检测闲置集合S中每个ART剩余电量Q r ，预估完成水平运输任务的用电量Q e ，计算前往充电桩的在途电量Q w ，预留安全冗余保障电量Q b ，判断当前电量是否充足即Q r ≥ Q e +Q w +Q b 。
与现有技术相比，本发明能够实现ART柔性作业协同化动态调度。一方面，ART的动态调度综合考虑其物理状态、技术状态、路网情况，能够有效提高车路协同能力。另一方面，ART采用多优先级的全局优化策略，综合考虑码头整体作业情况，合理规划ART作业任务，保证水平运输能力的同时提升ART运输效率，提升码头路网通行能力。
附图说明
图1为顺岸式边装卸自动化码头交通流向图。
图中1-岸桥；2-解锁站；3-舱盖区；4-自动化集装箱堆场A；5-ART行驶方向；6-有人集卡行驶方向；7-自动化集装箱堆场B；8-智能闸口；9-自动化集装箱堆场C；10-充电桩。
图2为本发明提出的顺岸式边装卸自动化码头ART动态调度方法流程图。
图3为本发明提出的顺岸式边装卸自动化码头ART动态调度方法中任务分配方案的具体流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1示出了的本发明提供顺岸式边装卸自动化码头交通流向图，集装箱堆场平行于码头岸线布置，解锁站位于舱盖区下放，水平布置。同时，本发明布置垂直于岸线的纵向车道和平行于岸线的横向车道用于集卡的运输作业，相邻两堆场间布置为有人集卡横向车道或者ART横向车道，两种车道交替布置。堆场两侧布置为纵向车道，并且有人集卡纵向车道布置在ART纵向的外侧，两种车道交汇处布置智能闸口控制集卡通行，减少拥堵情况。此外，ART和有人集卡分别沿逆时针、顺时针方向行驶，进行闭环作业。ART的充电桩布置在自动化集装箱堆场A、自动化集装箱堆场C的上方车道。
本发明提供的顺岸式边装卸自动化码头ART动态调度方法，是基于多优先级规则的全局优化策略，根据ART的状态以及路网状态，以行驶时间最短为目标计算生成对应的水平运输任务分配方案，并规划ART路径。
上述技术方案中，所述多优先级规则的全局优化策略，规则如下：
ART空闲，
ART电量充足，
ART不经过智能闸口，
ART离任务起点的距离较近。
上述技术方案中，所述智能闸口（图1序号8）为ART与有人集卡交汇处，且经过该闸口的时间T c =30s。
上述技术方案中，ART在执行岸桥至堆场的水平运输任务的行驶时间T a =T+T s +T c ，T s 为单集卡一次解锁时间；ART在执行堆场间的水平运输任务的行驶时间T d = T +T c ，T为ART无障碍正常行驶的时间。
上述技术方案中，所述动态调度方法（图2）具体流程如下：
S1.获取水平运输任务，并确定任务类型，得到多任务集合C；
S2.筛选处于空闲状态的ART，形成闲置集合S；
S3.查验闲置集合S中每个ART剩余电量Q r ，预估完成水平运输任务的用电量Q e ，计算前往充电桩的在途电量Q w ，预留安全冗余保障电量Q b ，判断当前电量是否充足即Q r ≥ Q e +Q w +Q b ；若否，执行步骤S4；若是，转执行步骤S5；
S4.下达ART返回充电桩（图1序号10）充电的指令；
S5.确定当前S集合中剩余电量Q r 符合要求的所有ART数量N，即可以执行N个水平运输任务。计算每个ART到达每个任务起点至完成对应的水平运输任务时分别所需的行驶时间，将任务与集卡进行对应组合，基于路网状态以总的行驶时间最小为目标选取最佳分配方案（图3）；判断是否存在多个方案的总行驶时间最短；若是，执行步骤S6；若否，转执行步骤S9；
S6.判断这些方案中经过智能闸口的个数是否相同；若是，执行步骤S7；若否，转执行步骤S8；
S7.计算各方案中ART至任务起点行驶距离，选择行驶距离最短的分配方案，规划行驶路径；
S8.选择经过智能闸口个数最少的任务分配方案，规划行驶路径；
S9.将水平运输任务分配各ART，并规划行驶路径；
S10.更新集合S，加入新闲置ART；
S11.判断集合C是否为空；若是，执行步骤S12；若否，转执行步骤S3；
S12.结束调度。
步骤S5-S8中，基于路网状态以总的行驶时间最小为目标选取最佳分配方案时，将预规划的ART的路径规划方案分别加载到路网上，通过路网上的智能闸口的数量来判断规划方案所对应的路网是否拥堵，运输时间是否最短，若通过前述的加载到路网上的判断，判断某个规划方案加载到路网上后不会拥堵且时间最短，则基于此规划的ART的路径规划方案确定任务分配方案，将水平运输任务分配各ART进行运输。
上述的技术方案中，所述水平运输任务包括两种水平运输任务的，分别为岸桥与堆场间集装箱运输任务、堆场之间倒箱作业运输任务；
上述技术方案中，如图1所示，岸桥至堆场的水平运输任务流程为：
在卸船模式下，岸桥将集装箱送到ART上，ART从岸桥工作区沿逆时针方向（图1序号5）离开，进入对应的解锁站（图1序号2）解锁，解锁完成后ART前往对应的堆场，到达指定位置后场桥将ART的集装箱吊起，放到堆场正确的位置上。在装船模式下，ART装船结束，沿预定行驶路线11由岸桥工作区离开，前往指定的堆场运送下一个集装箱。
其中，堆场间的水平运输任务流程为：ART到达某个堆场位置，场桥将需要倒箱的集装箱吊起放到ART上，ART由场桥工作区离开，沿预设行驶路线12前往集装箱的目的堆场位置，ART到达该位置后，场桥将集装箱吊起，放入指定位置，ART完成倒箱任务。此外，需要说明的有：每小时会有70%集装箱需要在解锁站进行解挂锁作业，且单集卡一次解锁时间T s =180s。
上述技术方案中，ART的状态，包括工作状态、物理状态和技术状态。调度时，通过综合考虑ART状态来为集卡调度提供决策；工作状态是指ART的空闲状态，物理状态是指ART的当前位置及车辆参数（加减速度、转弯半径等），技术状态是指ART的剩余电量情况。
上述技术方案中，所述路网状态是指道路的拥堵情况，包括道路的拥堵情况以及调度ART时的动态拥堵变化情况，具体由经过智能闸口所产生的等待时间而造成排队拥堵。
最后应当说明的是，上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。
此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。

Claims (1)

1.顺岸式边装卸自动化码头ART动态调度方法，其特征在于，是基于多优先级规则的全局优化策略，根据ART的状态以及路网状态，以行驶时间最短为目标，计算生成对应的水平运输任务分配方案，规划ART行驶路径，包括步骤：
S1.获取水平运输任务指令，确定任务类型，得到多任务集合C；
S2.筛选处于空闲状态的ART，形成闲置集合S；
S3.判断闲置集合S中每个ART剩余电量是否充足；若否，转执行步骤S4；若是，转执行步骤S5；
S4.下达ART返回充电桩充电的指令；
S5.确定当前闲置集合S中剩余电量符合要求的ART数量N，可执行N个水平运输任务，计算每个ART到达每个任务起点至完成对应的水平运输任务时分别所需的行驶时间，将任务与集卡进行对应组合，基于路网状态以总的行驶时间最小为目标选取最佳分配方案；判断是否存在多个方案的总行驶时间最短；若是，转执行步骤S6；若否，转执行步骤S9；
S6.判断所述方案中经过智能闸口的个数是否相同；若是，转执行步骤S7；若否，转执行步骤S8；
S7.计算各方案中ART离任务起点的总行驶距离，选择行驶距离最短的分配方案，规划行驶路径；
S8.选择经过智能闸口个数最少的任务分配方案，规划行驶路径；
S9.将水平运输任务分配各ART，规划行驶路径；
S10.更新闲置集合S，加入新闲置ART；
S11.判断多任务集合C是否为空；若是，执行步骤S12；若否，转执行步骤S3；
S12.结束调度；
所述多优先级规则的全局优化策略，其规则顺序如下：
ART空闲、ART电量充足、ART不经过交汇点、ART离任务起点的距离较近；
所述水平运输任务包括岸桥与堆场间集装箱运输任务、堆场之间倒箱作业运输任务；ART的状态包括ART的工作状态、物理状态和技术状态；所述路网状态包括当前道路拥堵情况以及调度ART时的动态拥堵变化情况；
所述岸桥与堆场间集装箱运输任务的流程为：
在卸船模式下，岸桥将集装箱送到ART上，ART从岸桥工作区离开，进入对应的解锁站解锁，解锁完成后ART前往对应的堆场，到达指定位置后场桥将ART上的集装箱吊起，放到堆场正确的位置上；
在装船模式下，ART装船结束，由岸桥工作区离开，前往指定的堆场运送下一个集装箱；
堆场间的倒箱作业任务流程为：
ART到达某个堆场位置，场桥将需要倒箱的集装箱吊起放到ART上，ART由场桥工作区离开，前往集装箱的目的堆场位置，ART到达该位置后，场桥将集装箱吊起，放入指定位置，ART完成倒箱任务；
ART的状态包括工作状态、物理状态和技术状态，所述工作状态是指ART是否处于空闲状态，物理状态是指ART的当前位置及车辆参数，所述车辆参数包括加减速度、转弯半径，技术状态是指ART的剩余电量情况；
所述路网状态是指道路的拥堵情况，指由经过智能闸口所产生的等待时间而造成排队拥堵，包括当前道路是否拥堵或者在执行调度命令之后是否会加剧拥堵程度；
所述智能闸口为ART与有人集卡交汇处，且经过该智能闸口的时间T c =30s，ART在执行岸桥至堆场的水平运输任务的行驶时间T a =T+T s +T c ，ART在执行堆场间的水平运输任务的行驶时间T d =T+T c ，T为ART无障碍正常行驶的时间，T s 为ART一次解锁时间；
所述判断闲置集合S中每个ART剩余电量是否充足的步骤如下：
检测闲置集合S中每个ART剩余电量Q r ，预估完成水平运输任务的用电量Q e ，计算前往充电桩的在途电量Q w ，预留安全冗余保障电量Q b ，判断当前电量是否充足即Q r ≥ Q e +Q w +Q b 。
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