CN114476704B - 一种适应art堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法 - Google Patents

一种适应art堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法，包括步骤：集港箱信息模块与进口箱信息模块将不同属性集装箱信息发送至调度中心系统；调度中心系统根据不同属性集装箱信息和堆场箱位信息，生成对应箱区分配方案，并发送至岸桥装卸系统、解锁站系统、运输系统、堆场装卸系统；堆场内自动化轨道吊与ART借助运输系统的指引、监视功能，根据调度中心系统安排的箱区分配方案、集装箱运输方案在堆场内完成集装箱的装卸工作。本发明通过动态箱位指派方法有效提高了港口整体生产作业效率，并降低了堆场箱位分配不稳定因素对港口系统作业产生的影响。

Description

一种适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法
技术领域
本发明属于集装箱堆场箱位指派技术领域，尤其涉及一种适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法。
背景技术
随着我国经济的不断发展，集装箱码头资源日益紧张，而我国大部分集装箱码头的生产调度却依然延续着过去的方式，仍然在很大程度上依靠经验来组织生产，在堆场资源相对紧缺的现状面前，传统的生产计划方式显然无法满足新的要求。近年来，在我国主要枢纽港口的集装箱码头，班轮等待泊位的现象频频出现，集装箱码头超负荷运行相当严重。传统的堆场作业策略使得堆场作业效率低下，严重制约了集装箱码头整体效率的提升。因此，深入研究堆场作业的客观规律，优化堆场箱位分配策略具有重要意义。
发明内容
综合集装箱码头的自动化发展，为了提高港口整体工作效率、并高效地分配箱位，本发明提出了一种适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法，使集装箱到达港口后动态触发集装箱的堆场箱位指派流程，根据当前港口状态实时寻找最优箱位，提高堆场集装箱装卸作业效率。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法，包括如下步骤：
S1.集港箱信息模块、进口箱信息模块汇总集港箱信息和进口箱信息并发送至调度中心系统；
S2.调度中心系统根据集港箱信息、进口箱信息和堆场箱位信息，生成对应箱区分配方案，并发送至岸桥装卸系统、解锁站系统、运输系统、堆场装卸系统；
S3.调度中心系统解析箱区分配方案，结合堆场内箱位信息，生成集装箱运输方案，并发送至运输系统；
S4.堆场内自动化轨道吊借助运输系统的指引、监视功能，根据箱区分配方案移动至对应贝位；
S5.ART根据调度中心系统安排的箱区分配方案、集装箱运输方案在岸桥下装载进口箱，前往解锁站进行解锁，完成解锁后将进口箱运送至对应的堆场完成装卸工作；
S6.外集卡首先于缓冲停车场等待，根据调度中心系统安排的箱区分配方案、集装箱运输方案将集港箱运送至对应的堆场完成装卸工作。
进一步地，所述步骤S2中，所述箱区分配方案由调度中心系统通过智能优化算法以装卸效率最大化为目标计算生成，在分配中首先进行箱区的选择，然后进行贝位的选择，最后进行排位的选择，完成三项选择后确定集装箱的最优堆场分配箱位，并生成对应集装箱的箱区分配方案。
进一步地，所述步骤S3中，所述集装箱运输方案由调度中心系统通过判断集装箱的属性分为集港箱运输方案与进口箱运输方案，结合自动化轨道吊的工作状态、堆场内ART的队列长度，形成集装箱运输方案。
进一步地，所述步骤S4中，堆场内自动化轨道吊根据调度中心系统的指引、监视功能，根据箱区分配方案移动至对应贝位，包括轨道吊与ART同时向目的地前进或ART已经处于指定位置等待。
进一步地，形成所述的箱区分配方案的具体步骤如下：
S21.给集装箱分配任务编号记为
Figure 836638DEST_PATH_IMAGE001
，开始进行箱区选择，根据当前所有箱区的堆存率、任务位置到所有箱区的路径、各个箱区的等待集卡的数量，选择最优箱区分配给集装箱任务；
S22.完成箱区选择后，在最优箱区中根据任务
Figure 124269DEST_PATH_IMAGE001
对应的箱型，确定该最优箱区对应该箱型的贝集合，根据贝位堆存率和集装箱属性进行评估，选择最优的贝位分配给集装箱任务；
S23.完成贝位选择后，对当前选定箱区贝位的各个排位进行罚分计算，根据罚分评估策略选择出最优的箱位分配给集装箱任务；
S24.完成箱位的优选任务后，形成所述箱区分配方案。
其中，形成所述进口箱运输方案的步骤如下：
S31.调度中心系统为进口箱分配箱位，进口箱离开解锁站时，动态触发进口箱的堆场箱区箱位指派流程，进入步骤S32；
S32.根据箱区分配方案判断序列中是否存在最优箱位，若是，转执行步骤S34；若否，转执行步骤S33；
S33.停止箱位搜索，等待设定的搜索间隔时间后，再次进行最优箱位的搜索，直到发现最优箱位为止；
S34.派遣ART运输进口箱至指定堆场完成装卸任务。
其中，形成所述集港箱运输方案的步骤如下：
S35调度中心系统为集港箱分配箱位，集港箱到达缓冲停车场后，将集港箱信息录入系统，动态触发集港箱的堆场箱区箱位指派流程,进入步骤S36；
S36.根据箱区分配方案判断序列中是否存在最优箱位，若是，转执行步骤S38；若否，转执行步骤S37；
S37.停止箱位搜索，等待设定的搜索间隔时间后，再次进行最优箱位的搜索，直到发现最优箱位为止；
S38.派遣外集卡运输集港箱至指定堆场完成装卸任务。
本发明通过设计适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法，根据罚分评估策略选择最优的箱区、贝位和排位，从而得到最优的箱位分配方案。当集装箱到达港口后，动态触发集装箱箱位指派流程，根据港口实时状态进行动态分配，降低不确定因素造成的影响，提高港口整体工作效率。
附图说明
图1为本发明的适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法的信息交互示意图；
图2为本发明的适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法的箱区分配方案流程图；
图3为本发明的适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法的进口箱运输方案流程图；
图4为本发明的适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法的集港箱运输方案流程图；
图5为本发明的适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法的ART堆场边装卸示意图。
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所示为适应ART（Artificial Intelligence Robot of Transportation,即人工智能运输机器人）堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法的信息交互示意图，集港箱信息管理模块与进口箱信息管理模块收集集装箱信息（包括集港箱信息、进口箱信息）并发送至调度中心系统，由调度中心系统根据集装箱信息和堆场箱位信息，生成箱区分配方案、集装箱运输方案发送至岸桥装卸系统、解锁站系统、运输系统、堆场装卸系统，堆场内自动化轨道吊与集卡协作配合在运输系统的指引下完成集装箱的装卸工作。
参见图1所示，本发明提出的适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法，根据罚分评估策略，动态进行港口箱位分配以提高港口整体工作效率，降低不确定因素产生的影响。其具体包括如下步骤：
S1.集港箱信息模块、进口箱信息模块汇总集港箱信息和进口箱信息并发送至调度中心系统；
S2.调度中心系统根据集港箱信息、进口箱信息和堆场箱位信息，生成对应箱区分配方案，并发送至岸桥装卸系统、解锁站系统、运输系统、堆场装卸系统；
S3.调度中心系统解析箱区分配方案，结合堆场内箱位信息，生成集装箱运输方案，并发送至运输系统；
S4.堆场内自动化轨道吊借助运输系统的指引、监视功能，根据箱区分配方案移动至对应贝位；
S5.ART根据调度中心系统安排的箱区分配方案、集装箱运输方案在岸桥下装载进口箱，前往解锁站进行解锁，完成解锁后将进口箱运送至对应的堆场完成装卸工作；
S6.外集卡首先于缓冲停车场等待，根据调度中心系统安排的箱区分配方案、集装箱运输方案将集港箱运送至对应的堆场完成装卸工作。
进一步地，所述步骤S2中，所述箱区分配方案由调度中心系统通过智能优化算法以装卸效率最大化为目标计算生成，在分配中首先进行箱区的选择，然后进行贝位的选择，最后进行排位的选择，完成三项选择后确定集装箱的最优堆场分配箱位，并生成对应集装箱的箱区分配方案。
进一步地，所述步骤S3中，所述集装箱运输方案由调度中心系统通过判断集装箱的属性分为集港箱运输方案与进口箱运输方案，结合自动化轨道吊的工作状态、堆场内ART的队列长度，形成集装箱运输方案。
进一步地，所述步骤S4中，堆场内自动化轨道吊根据调度中心系统的指引、监视功能，根据箱区分配方案移动至对应贝位，包括轨道吊与ART同时向目的地前进或ART已经处于指定位置等待。
进一步地，形成所述的箱区分配方案的具体步骤如下：
S21.给集装箱分配任务编号记为
Figure 478021DEST_PATH_IMAGE001
，开始进行箱区选择，根据当前所有箱区的堆存率、任务位置到所有箱区的路径、各个箱区的等待集卡的数量，选择最优箱区分配给集装箱任务；
S22.完成箱区选择后，在最优箱区中根据任务
Figure 557710DEST_PATH_IMAGE001
对应的箱型，确定该最优箱区对应该箱型的贝集合，根据贝位堆存率和集装箱属性进行评估，选择最优的贝位分配给集装箱任务；
S23.完成贝位选择后，对当前选定箱区贝位的各个排位进行罚分计算，根据罚分评估策略选择出最优的箱位分配给集装箱任务；
S24.完成箱位的优选任务后，形成所述箱区分配方案。
图2所示为适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法的箱区分配方案的形成流程图，在选择过程中分为三个步骤，首先对箱区进行优选然后对贝位进行优选最后对排位进行优选从而得出最优的箱位，最优箱位选择方法如下：
一、箱区选择规则
获取当前所有箱区的堆存率，按照由小到大，将所有箱区排序，任意箱区
Figure 830559DEST_PATH_IMAGE002
的堆存率排序序号记为
Figure 497164DEST_PATH_IMAGE003
；
计算任务位置到所有箱区的路径，按照由近到远，将所有箱区排序，任意箱区
Figure 513662DEST_PATH_IMAGE002
的路径排序序号记为
Figure 182278DEST_PATH_IMAGE004
；
获取各箱区的等待集卡（进口箱任务对应ART；集港箱任务对应外集卡）数量，按照由小到大，将所有箱区排序，任意箱区
Figure 157187DEST_PATH_IMAGE002
的等待集卡排序序号记为
Figure 107826DEST_PATH_IMAGE005
；
计算任意箱区
Figure 928014DEST_PATH_IMAGE006
的分值
Figure 280498DEST_PATH_IMAGE007
；
将箱区
Figure 160730DEST_PATH_IMAGE008
分配给任务
Figure 910249DEST_PATH_IMAGE001
，存在二元副
Figure 330866DEST_PATH_IMAGE009
。
其中，如存在多个分值相同的最好箱区，可以随机选择分配给任务
Figure 115020DEST_PATH_IMAGE001
；
进一步，判断箱区
Figure 166152DEST_PATH_IMAGE010
的实际情况是否会触发开空场（开空场即是指在堆场中选择新的箱区的作为最优箱区）的条件，开空场的条件具体为：
触发最大堆存率或最大等待车辆数，具体数值可根据现场作业条件设定。如果没有，就执行
Figure 91383DEST_PATH_IMAGE009
；否则，就开空场，将空场箱区记为
Figure 253374DEST_PATH_IMAGE011
，分配给任务
Figure 314871DEST_PATH_IMAGE001
，存在二元副
Figure 35440DEST_PATH_IMAGE012
。
二、贝位（Bay位）选择规则
根据任务
Figure 323333DEST_PATH_IMAGE001
对应的箱型（20或40英尺箱），确定该箱区对应该箱型的贝集合（20英尺贝或40英尺贝），记为
Figure 351332DEST_PATH_IMAGE013
；
将
Figure 532915DEST_PATH_IMAGE013
集合中的贝，按照堆存率，由小到大，进行排序；
判断是否触发开空贝的条件，开空贝的具体条件为：
综合考虑集卡运输距离、排队时间、场地作业繁忙程度等因素计算罚分值，当罚分值超过阈值（该阈值根据现场作业条件设定）时开空贝，否则，选取堆存率最小的Bay位，记为
Figure 660271DEST_PATH_IMAGE014
，对该Bay位左右相邻的3个40英尺Bay位进行搜索，如果不存在与当前任务属性相同的集装箱或已分配任务，则选择该Bay位。
任务属性相同是指同箱型、同目的港、同流向（进口箱、集港箱或中转箱）、同重量等级（以箱重5吨的差值设置一个重量级别）。
三、排位选择规则
首先，对当前选定箱区贝位的各排进行罚分计算；
罚分计算作用于当前贝的任意排，其中，存在与当前任务箱型（20或40英尺）不符合的集装箱，罚
Figure 560093DEST_PATH_IMAGE015
分；存在空箱和重箱混放，罚分
Figure 296843DEST_PATH_IMAGE016
分；如果为进口空箱，存在不属于同一公司的集装箱堆存，罚分
Figure 739457DEST_PATH_IMAGE017
分；存在与当前任务流向（进口、出口、中转）不符合的集装箱堆存，罚
Figure 473932DEST_PATH_IMAGE018
分；存在与当前任务目的港不一致的集装箱堆存，罚
Figure 736418DEST_PATH_IMAGE019
分；存在与当前任务集装箱重量等级不一致的集装箱堆存，罚
Figure 43902DEST_PATH_IMAGE020
分；不同航次，罚分
Figure 370716DEST_PATH_IMAGE021
分；
其次，计算罚分总值：
Figure 167771DEST_PATH_IMAGE022
，如果当前罚分总值最小排的罚分值大于阈值（该阈值根据现场作业条件设定），就开空排，并将新开空排所对应的排号，分配给该任务；否则，将罚分最小的排分配给当前任务；如果存在多个选择，随机选择一个排进行分配。
经过上述三种选择规则后可以挑选出最优箱位方案，将该方案发送至运输系统，派遣ART或外集卡将对应集装箱运送至指定堆场箱位完成装卸。
图3和图4所示分别为适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法的进口箱运输方案与集港箱运输方案的形成流程图：
本发明实施例中，所述集装箱运输方案包括进口箱运输方案与集港箱运输方案，根据进口箱运输方案与集港箱运输方案在对进口箱以及集港箱运输时分别由ART以及外集卡独立分别进行。其中，形成所述进口箱运输方案的步骤如下：
S31.调度中心系统为进口箱分配箱位，进口箱离开解锁站时，动态触发进口箱的堆场箱区箱位指派流程，进入步骤S32；
S32.根据箱区分配方案判断序列中是否存在最优箱位，若是，转执行步骤S34；若否，转执行步骤S33；
S33.停止箱位搜索，等待设定的搜索间隔时间后，再次进行最优箱位的搜索，直到发现最优箱位为止；
S34.派遣ART运输进口箱至指定堆场完成装卸任务。
其中，形成所述集港箱运输方案的步骤如下：
S35调度中心系统为集港箱分配箱位，集港箱到达缓冲停车场后，将集港箱信息录入系统，动态触发集港箱的堆场箱区箱位指派流程,进入步骤S36；
S36.根据箱区分配方案判断序列中是否存在最优箱位，若是，转执行步骤S38；若否，转执行步骤S37；
S37.停止箱位搜索，等待设定的搜索间隔时间后，再次进行最优箱位的搜索，直到发现最优箱位为止；
S38.派遣外集卡运输集港箱至指定堆场完成装卸任务。
图5所示为适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法的ART堆场边装卸的示意图，本发明应用于顺岸式边装卸集装箱码头，在堆场中使用双悬臂轨道吊，在此基础上实现堆场边装卸作业形式，车辆经过调度中心系统的分配，将集装箱运送至指定位置，在堆场内对应贝位处停车等待，场内自动化轨道吊将集装箱放置堆场指定箱位完成装卸。堆场内各个贝位不允许不同类型的集装箱混装，20尺与40尺集装箱分不同贝位存放。
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 (6)

1.一种适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.集港箱信息模块、进口箱信息模块汇总集港箱信息和进口箱信息并发送至调度中心系统；
S2.调度中心系统根据集港箱信息、进口箱信息和堆场箱位信息，生成对应箱区分配方案，并发送至岸桥装卸系统、解锁站系统、运输系统、堆场装卸系统；
S3.调度中心系统解析箱区分配方案，结合堆场内箱位信息，生成集装箱运输方案，并发送至运输系统；
S4.堆场内自动化轨道吊借助运输系统的指引、监视功能，根据箱区分配方案移动至对应贝位；
S5.ART根据调度中心系统安排的箱区分配方案、集装箱运输方案在岸桥下装载进口箱，前往解锁站进行解锁，完成解锁后将进口箱运送至对应的堆场完成装卸工作；
S6.外集卡首先于缓冲停车场等待，根据调度中心系统安排的箱区分配方案、集装箱运输方案将集港箱运送至对应的堆场完成装卸工作；
步骤S2中，所述箱区分配方案由调度中心系统通过智能优化算法以装卸效率最大化为目标计算生成，在分配中首先进行箱区的选择，然后进行贝位的选择，最后进行排位的选择，完成三项选择后确定集装箱的最优堆场分配箱位，并生成对应集装箱的箱区分配方案；
其中，形成所述箱区分配方案的具体步骤如下：
S21.给集装箱分配任务编号记为k，开始进行箱区选择，根据当前所有箱区的堆存率、任务位置到所有箱区的路径、各个箱区的等待集卡的数量，选择最优箱区分配给集装箱任务；
S22.完成箱区选择后，在最优箱区中根据任务k对应的箱型，确定最优箱区对应该箱型的贝集合，根据贝位堆存率和集装箱属性进行评估，选择最优的贝位分配给集装箱任务；
S23.完成贝位选择后，对当前选定箱区贝位的各个排位进行罚分计算，根据罚分评估策略选择出最优的箱位分配给集装箱任务；
S24.完成箱位的优选任务后，所述箱区分配方案完成。
2.根据权利要求1所述适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法，其特征在于，步骤S3中，集装箱运输方案由调度中心系统通过集装箱的属性判断分为进口箱运输方案与集港箱运输方案；调度中心系统结合自动化轨道吊的工作状态、堆场内ART的队列长度，形成集装箱运输方案。
3.根据权利要求1所述适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法，其特征在于，步骤S4中，堆场内自动化轨道吊根据调度中心系统的指引、监视功能，根据箱区分配方案移动至对应贝位，包括堆场内自动化轨道吊与ART同时向目的地前进或ART已经处于指定位置等待。
4.根据权利要求1所述适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法，其特征在于，步骤S21中，所述选择箱区分配给集装箱任务的步骤如下：
获取当前所有箱区的堆存率，按照由小到大，将所有箱区排序，任意箱区i的堆存率排序序号记为αi；
计算任务位置到所有箱区的路径，按照由近到远，将所有箱区排序，任意箱区i的路径排序序号记为βi；
获取各箱区的等待集卡数量，按照由小到大，将所有箱区排序，任意箱区i的等待集卡排序序号记为γi，其中进口箱任务对应ART；集港箱任务对应外集卡；
计算任意箱区i的分值δi＝αi+βi+γi；
按上述的分值将箱区j＝arhmin{δi}分配给任务k，进行任务k的分配。
5.根据权利要求2所述适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法，其特征在于，形成所述进口箱运输方案的步骤如下：
S31.调度中心系统为进口箱分配箱位，进口箱离开解锁站时，动态触发进口箱的堆场箱区箱位指派流程，进入步骤S32；
S32.根据箱区分配方案判断序列中是否存在最优箱位，若是，转执行步骤S34；若否，转执行步骤S33；
S33.停止箱位搜索，等待设定的搜索间隔时间后，再次进行最优箱位的搜索，直到发现最优箱位为止；
S34.派遣ART运输进口箱至指定堆场完成装卸任务。
6.根据权利要求2所述适应ART堆场边装卸的堆场箱位动态指派方法，其特征在于，形成所述集港箱运输方案的步骤如下：
S35. 调度中心系统为集港箱分配箱位，集港箱到达缓冲停车场后，将集港箱信息录入系统，动态触发集港箱的堆场箱区箱位指派流程,进入步骤S36；
S36.根据箱区分配方案判断序列中是否存在最优箱位，若是，转执行步骤S38；若否，转执行步骤S37；
S37.停止箱位搜索，等待设定的搜索间隔时间后，再次进行最优箱位的搜索，直到发现最优箱位为止；
S38.派遣外集卡运输集港箱至指定堆场完成装卸任务。
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