CN114792159B - 一种顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度方法及系统。其中系统包括调度平台、车辆管理系统、码头管理系统和至少一台无人集卡；调度平台对从码头管理系统接收到的每个装卸船指令，生成装箱任务和卸箱任务两个任务阶段，调度平台采用装卸箱任务池的调度算法对接收到的任务进行调度，调度算法还考虑双小箱调度和发箱点调度，并将经过调度算法得到的各个任务包发送给车辆管理系统，由车辆管理系统指派无人集卡完成装卸箱作业。本申请采用任务池调度的方式将装卸船指令任务进行优化，采用ActiveMQ消息队列的方式进行信息交互，采用多设备协同调度的方法打造智能、高效的全顺岸式自动化集装箱码头。

Description

一种顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度方法及系统

技术领域

本申请属于码头运输技术领域，特别涉及一种顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度方法及系统。

背景技术

国内外顺岸式自动化集装箱码头，如鹿特丹港、名古屋等港口，大都是垂直岸线布置，规模化运行的水平岸线布置的顺岸式自动化集装箱码头仍处于空白状态。随着港口竞争的不断加剧，在集装箱码头吞吐量不断攀升的背景下，提高作业效率，降低生产成本已经成为集装箱码头提升服务水平，增强核心竞争力的重要途径。

传统的集卡调度模式，每一辆集卡只服务于一台岸桥，即面向作业线(岸桥)来安排集卡的拖运任务。由于受同一台岸桥的作业限制，很难做到边装边卸，集卡在一次作业循环中经常只参与卸船或装船，以卸船为例，集卡的拖运过程往往是：集卡载着集装箱从岸边到堆场，待集装箱被场桥吊入堆场后，再空车返回岸边，造成集卡空载率高(接近50％)，单辆集卡的利用率低。

另外，由于在作业过程中的集卡数量繁多，且作业线之间的生产节奏不尽相同，传统的调度模式很难达到各作业线的动态平衡，经常会出现作业紧张的作业线得不到充足的集卡，而不繁忙的集卡也不能及时地被调度到最需要集卡的作业线上的现象，造成集卡的群体资源不能被充分利用，码头的装卸船效率明显受到影响。

以上种种因素导致采用现有技术中的集卡调度平台和方法不但作业效率低下，不能满足集卡实时调度的需要，而且能源消耗大，作业成本高。

发明内容

基于上述问题，本申请提供一种顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度方法及系统，本申请中水平运输设备通过任务池调度的方式下发任务，基于模糊算法的任务池调度对码头操作系统发出的全部无人集卡任务进行计算调度，保持堆场和岸桥的作业均衡，实现装卸过程的“重进重出”，实现无人驾驶车辆的高效运行。

为了实现上述目的，本申请的技术方案如下：

一种顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度方法，应用于调度平台，所述调度方法包括：

接收至少一个装卸船指令，所述至少一个装卸船指令中的内容包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识等。

根据所述至少一个装卸船指令，向装箱任务池添加各个装卸船指令对应的装箱任务，以及，向卸箱任务池添加各个装卸船指令对应的卸箱任务；其中，所述装箱任务池中的每个所述装箱任务用于指示对应的无人集卡到达所述装箱点执行装箱操作；所述卸箱任务池中的每个所述卸箱任务用于指示对应的无人集卡到达所述卸箱点执行卸箱操作；

所述装箱任务为根据所述至少一个装卸船指令和所述装箱任务池的调度算法确定的；每个所述装箱任务包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识、装箱点；其中，在装卸船类型为卸船时，所述装箱点为岸桥号，在装卸船类型为装船时，所述装箱点为堆场号；所述装箱任务池的调度算法的参考因素包括以下至少一种：岸桥的作业情况、场区的饱和度；

所述卸箱任务为根据所述卸箱任务池的调度算法确定的；每个所述卸箱任务包括：在无人集卡完成装箱任务后，根据所述卸箱任务池的调度算法，向所述卸箱任务池中添加卸箱任务，所述卸箱任务包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识、卸箱点、车号、卸货港、车上位置、锁站标识、岸桥车道标识；所述卸箱任务池的调度算法的参考因素包括以下至少一种：岸桥卸船的无人集卡空车数量、岸桥下无人集卡空车的等待时间以及岸桥轨道吊的作业效率。

在一种可能的实现方式中，所述岸桥的作业情况包括以下至少一种：岸桥进行装船任务的无人集卡重车数量、岸桥进行装船任务的无人集卡重车等待时间、岸桥到达场区的距离、岸桥剩余已发送没有无人集卡指令的数量、岸桥轨道吊的优先级、岸桥最大作业无人集卡数和岸桥最小作业无人集卡数；所述场区的饱和度包括以下至少一种：场区所覆盖的区域内的场桥开机数量、场区对应装船指令已发送有车指令数、场区内收发箱的指令数、场区内收发箱的等待时间、岸桥到达场区的距离。

在一种可能的实现方式中，所述至少一个装卸船指令中的各个所述装卸船指令还包括：装卸优先级；所述装卸优先级根据装卸箱任务的优先级确定；

所述根据所述至少一个装卸船指令和所述装箱任务池的调度算法，向所述装箱任务池中添加各个装卸船指令对应的装箱任务，包括：在收到多个装卸船指令时，根据所述多个装卸船指令的装卸优先级，依次添加所述多个装卸船指令对应的装箱任务。

在一种可能的实现方式中，所述装箱任务池的调度算法的参考因素，还包括：无人集卡双小箱属性，所述无人集卡双小箱属性包括以下任一种：空车、单小箱、双小箱、单大箱；

所述根据所述至少一个装卸船指令和装箱任务池的调度算法，向装箱任务池中添加各个装卸船指令对应的装箱任务，包括：

根据所述至少一个装卸船指令和双小箱调度算法，生成各个装卸船指令对应的装箱任务；

其中，根据所述双小箱调度算法生成的装箱任务中包括：搭对箱或者搭对组；所述搭对箱用于标识当前装箱任务需要与指定任务号的装箱任务同组执行；所述搭对组用于标识当前装箱任务允许无人集卡根据顺路原则自行组合同组任务。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

获取无人集卡的状态信息；所述状态信息包括以下至少一种：执行装箱任务，已完成装箱任务，执行卸箱任务，车辆空载。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

接收第一无人集卡到达装箱点的状态消息；

在满足装卸优先级改派条件时，确定将第一无人集卡与第二无人集卡的装箱任务交换；其中，所述装箱优先级改派条件包括：无人集卡到达堆场的先后顺序，无人集卡作业对象的贝位是否相同。

在一种可能的实现方式中，所述装箱调度算法包括发箱点调度算法；

所述根据所述至少一个装卸船指令和装箱任务池的调度算法，向装箱任务池中添加各个装卸船指令对应的装箱任务，包括：

根据所述至少一个装卸船指令和发箱点调度算法，确定各个装卸船指令对应的发箱点的数量；

分别针对每个发箱点生成装箱任务；

其中，所述发箱点调度算法包括：

根据装船指令进行分组，判断场区机械数量；

当机械数量小于2台，认为一个场区只有一个发箱点；

当机械数量为2台及以上，继续判断多个装船指令的箱堆距离；

当箱堆距离小于10贝，认为一个场区只有一个发箱点；

当箱堆距离大于10贝，认为一个场区有南北两个发箱点进行均衡发箱。

一种顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度系统，包括：调度平台、FMS车辆管理和至少一台无人集卡；

所述调度平台用于：接收至少一个装卸船指令，所述至少一个装卸船指令中的内容包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识等。

所述装卸船指令均分为装箱任务和卸箱任务两个任务阶段，所述装箱任务由装箱任务池进行调度，所述卸箱任务由卸箱任务池进行调度；

根据所述至少一个装卸船指令和所述装箱任务池的调度算法，向所述装箱任务池中添加各个装卸船指令对应的装箱任务；其中，每个所述装箱任务包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识、装箱点、搭对箱、搭对组、无人集卡标识；其中，在装卸船类型为卸船时，所述装箱点为岸桥号，在装卸船类型为装船时，所述装箱点为堆场号；所述装箱任务池中的每个所述装箱任务用于指示对应的无人集卡到达所述装箱点执行装箱操作；所述装箱任务池的调度算法的参考因素包括以下至少一种：岸桥的作业情况、场区的饱和度；

所述岸桥的作业情况包括：岸桥进行装船任务的无人集卡重车数量、岸桥进行装船任务的无人集卡重车等待时间、岸桥到达场区的距离、岸桥剩余已发送没有无人集卡指令的数量、岸桥轨道吊的优先级、岸桥最大作业集卡数和岸桥最小作业集卡数；所述场区的饱和度包括：场区所覆盖的区域内的场桥开机数量、场区对应装船指令已发送有车指令数、场区内收发箱的指令数、场区内收发箱的等待时间、岸桥到达场区的距离；

在无人集卡完成装箱任务后，根据卸箱任务池的调度算法，向卸箱任务池中添加卸箱任务，所述卸箱任务包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识、卸箱点、车号、卸货港、车上位置、锁站标识、岸桥车道标识；所述卸箱任务池中的每个所述卸箱任务用于指示对应的无人集卡到达所述卸箱点执行卸箱操作；所述卸箱调度算法的参考因素包括以下至少一种：岸桥卸船的无人集卡空车数量、岸桥下无人集卡空车的等待时间以及岸桥轨道吊的作业效率；

所述车辆管理系统(Fleet Management System，FMS)用于：定时从装箱任务池中转发无人集卡装箱任务至无人集卡，以及，定时从卸箱任务池中转发卸箱任务至无人集卡；

所述至少一台无人集卡中的各台无人集卡用于：

在接收到装箱任务后到达对应的装箱点执行装箱操作，以及，用于在接收到卸箱任务后到达对应的卸箱点执行卸箱操作。

在一种可能的实现方式中，各个所述无人集卡还用于向所述FMS发送无人集卡状态信息；所述状态信息包括以下至少一种：执行装箱任务，已完成装箱任务，执行卸箱任务，车辆空载。

在一种可能的实现方式中，各个所述无人集卡还用于在到达装箱点后向调度平台发送到达装箱点的状态消息；

所述调度平台还用于在接收第一无人集卡到达装箱点的状态消息后，若满足装箱优先级改派条件时，将第一无人集卡与第二无人集卡的装箱任务交换。

在一种可能的实现方式中，所述FMS还用于与所述调度平台进行交互，向所述集卡调度平台发送无人集卡车辆登入消息并向所述调度平台周期性上报无人集卡的任务状态信息。

在一种可能的实现方式中，所述调度系统还包括码头管理系统TOS，所述TOS用于与所述调度平台进行交互，将船舶的装卸船指令发送给调度平台。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

(1)本申请中集装箱码头布置为顺岸式布置，通过运用模糊数学算法中的线性加权法对任务进行优先级评估，再通过任务池调度优化了无人集卡任务指令最优问题，有利于发挥无人集卡空车调度优势，使无人集卡车辆进入箱区作业时采用边装卸的工艺，进而实现全场调度以及装卸船任务与无人集卡的多对多调度。

(2)本申请通过双小箱调度实现双小箱任意组合搭对，通过发箱点调度实现堆场出箱平均，防止出现某一场区堵车或空闲的情况，保持堆场和岸桥作业均衡，进一步减少集卡等待桥吊的时间，缩短集卡空载的行驶时间和距离，实现装卸过程的“重进重出”，提高无人集卡的运行效率和码头机械设备的利用效率。

(3)本申请中调度算法分为空车调度和重车调度，空车调度采用任务池形式的多指令对应多台车的调度方式，重车调度则是采用指定作业任务的调度方式，即一对一执行任务，实现集装箱码头无人集卡车辆装卸船的高效运行。

(4)采用ActiveMQ消息队列的方式与无人集卡交互，实现系统解耦。协议设计的最终目标是通过有限的消息指令，实现通用的、统一的处理机制，满足正常工况或异常工况的全覆盖，能够屏蔽各平台以及协议之间的特性，实现应用程序之间的协同,形成一套完备的对外交互接口，具备同时调度一家或者多家无人驾驶产品的能力。

附图说明

图1是本申请实施例提供的调度系统调度流程示意图；

图2是本申请实施例提供的调度系统对接架构连接示意图；

图3是本申请实施例提供的任务池的优先级调度方法示意图；

图4是本申请实施例提供的卸船指令调度逻辑示意图；

图5是本申请实施例提供的装船指令调度逻辑示意图；

图6是本申请实施例提供的无人集卡进行堆场装箱作业消息流程示意图；

图7是本申请实施例提供的无人集卡流程的消息时序图；

图8是本申请实施例提供的定时调度逻辑示意图；

图9是本申请实施例提供的双小箱调度逻辑示意图；

图10是本申请实施例提供的双小箱调度任务包示意图；

图11是本申请实施例提供的发箱点调度方法示意图；

图12是本申请实施例提供的任务更新调度示意图；

图13是本申请实施例提供的水平运输调度管理系统示意图。

具体实施方式

为了更好地理解与实施，下面结合附图1-13给出具体实施方式详细说明本发明。

实施例一

如图13，本申请提供一种顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度系统，包括：调度平台、车辆管理FMS和至少一台无人集卡；

所述调度平台用于：

接收至少一个装卸船指令，所述至少一个装卸船指令中的内容包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识等。

所述装卸船指令均分为装箱任务和卸箱任务两个任务阶段，所述装箱任务由装箱任务池进行调度，所述卸箱任务由卸箱任务池进行调度；

根据所述至少一个装卸船指令和所述装箱任务池的调度算法，向所述装箱任务池中添加各个装卸船指令对应的装箱任务；其中，每个所述装箱任务包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识、装箱点、搭对箱、搭对组、无人集卡标识；其中，在装卸船类型为卸船时，所述装箱点为岸桥号，在装卸船类型为装船时，所述装箱点为堆场号；所述装箱任务池中的每个所述装箱任务用于指示对应的无人集卡到达所述装箱点执行装箱操作；所述装箱任务池的调度算法的参考因素包括以下至少一种：岸桥的作业情况、场区的饱和度；

所述岸桥的作业情况包括：岸桥进行装船任务的无人集卡重车数量、岸桥进行装船任务的无人集卡重车等待时间、岸桥到达场区的距离、岸桥剩余已发送没有无人集卡指令的数量、岸桥轨道吊的优先级、岸桥最大作业集卡数和岸桥最小作业集卡数；所述场区的饱和度包括：场区所覆盖的区域内的场桥开机数量、场区对应装船指令已发送有车指令数、场区内收发箱的指令数、场区内收发箱的等待时间、岸桥到达场区的距离；

在无人集卡完成装箱任务后，根据卸箱任务池的调度算法，向卸箱任务池中添加卸箱任务，所述卸箱任务包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识、卸箱点、车号、卸货港、车上位置、锁站标识、岸桥车道标识；所述卸箱任务池中的每个所述卸箱任务用于指示对应的无人集卡到达所述卸箱点执行卸箱操作；所述卸箱调度算法的参考因素包括以下至少一种：岸桥卸船的无人集卡空车数量、岸桥下无人集卡空车的等待时间以及岸桥轨道吊的作业效率；

所述FMS用于：

定时从装箱任务池中转发无人集卡装箱任务至无人集卡，以及，定时从卸箱任务池中转发卸箱任务至无人集卡；

所述至少一台无人集卡中的各台无人集卡用于：

在接收到装箱任务后到达对应的装箱点执行装箱操作，以及，用于在接收到卸箱任务后到达对应的卸箱点执行卸箱操作。

在一种示例中，各个所述无人集卡还用于向所述FMS发送无人集卡状态信息；所述状态信息包括以下至少一种：执行装箱任务，已完成装箱任务，执行卸箱任务，车辆空载。

在一种示例中，各个所述无人集卡还用于在到达装箱点后向调度平台发送到达装箱点的状态消息；

所述调度平台还用于在接收第一无人集卡到达装箱点的状态消息后，若满足装箱优先级改派条件时，将第一无人集卡与第二无人集卡的装箱任务交换。

在一种示例中，所述FMS还用于与所述调度平台进行交互，向所述集卡调度平台发送无人集卡车辆登入消息并向所述调度平台周期性上报无人集卡的任务状态信息。

在一种示例中，所述调度系统还包括码头管理系统TOS，所述TOS用于与所述调度平台进行交互，将船舶的装卸船指令发送给调度平台。

,在实际应用中，作为一种可选的实施方式，如图1，调度系统进行卸船指令的过程为：TOS将卸船指令发送给调度平台，调度平台将卸船指令放入装箱任务池中，利用装箱任务池调度算法生成装箱任务包，将装箱任务包发送给FMS，FMS分配无人集卡执行装箱作业，FMS将无人集卡到达岸桥的信息反馈给调度平台，调度平台接收此信息后激活岸桥，岸桥与无人集卡配合完成装箱；调度平台接收到无人集卡装箱完成任务的消息后自动在卸箱任务池中生成卸箱任务包，将卸箱任务包发送给无人集卡，无人集卡进行卸箱作业，当无人集卡到达堆场时向调度平台发送到达信息，此时调度平台激活场桥进行无人集卡的卸箱作业，无人集卡卸箱完成后上报给调度平台，此时无人集卡为空车状态，调度系统继续为此无人集卡分派下一任务。

,作为一种可选的实施方式，如图7在本申请实施例中，调度平台与FMS可以采用以下交互信息实现调度系统的交互过程：

装箱任务池信息交互过程为：当FMS想要查询当前的装箱任务池信息，可向集卡调度平台发送请求查询信息，当集卡调度平台收到该信息后，会向FMS发送一条当前装箱任务池消息。而且集卡调度平台会进行定时调度，并向FMS发送更新后的任务池信息，下发的任务池消息中包含当前优先级最高的前100条作业任务以及当前集卡正在执行的和待执行的任务；

其中，如图8，定时调度的过程为：每隔30s进行调度，判断需要调度的前50条任务装卸船类型，若为卸船，则不分内外贸对岸桥进行分组，保证岸桥作业均衡，进行卸船上车作业，此时无人集卡为重车，进行重车调度，找位；

若为装船，则继续判断是否为内外贸；

若为外贸任务包，则进行岸桥分组，保证岸桥作业均衡；

若为内贸任务包，则将单小箱任务拼接为双向任务；然后依次进行岸桥分组和场区分组，保证岸桥作业均衡和场区作业均衡，进行装船上车作业。

装箱任务信息交互过程：当集卡调度平台望单独控制无人集卡执行某条装箱任务时，可通过装箱任务池单独为指定无人集卡车辆下发装箱任务消息。

卸箱任务信息交互过程：当无人集卡进入卸箱流程时，集卡调度平台通过卸箱任务池发送卸箱任务消息给FMS，通知FMS无人集卡车辆应当前往的卸箱地点。

轨道吊信息交互过程：当无人集卡到达堆场后，或FMS向集卡调度平台发送“请求任务吊车信息”时，集卡调度平台应主动向FMS发送本轮作业中与当前集卡配合的吊车信息。

其中，轨道吊的任务状态包括：

初始状态——在无人集卡接受任务的同时，FMS将无人集卡接受任务的消息发送给调度平台，调度平台在接收到FMS发送的信息后生成自动化堆场的作业任务。

激活状态——在无人集卡进入堆场时，FMS将无人集卡进入堆场的消息发送给调度平台，调度平台接收消息后激活对应的自动化堆场作业任务。

发送状态——自动化作业任务已分配给机械。

取消状态——自动化作业任务被取消。

任务取消信息交互过程：集卡调度平台下发任务取消指令时，FMS会判断无人集卡车辆是否重载，如果车辆空载，向车辆下发当前任务包中的下一条指令；如果车辆重载，FMS控制车辆停车或停到安全区域。

任务暂停信息交互过程：集卡调度平台下发任务暂停指令时，无人集卡车辆无论是空载或者重载，FMS控制车辆暂停执行当前任务且不接受任何装卸箱任务指令，直到车辆接收到任务恢复指令，车辆再次执行被暂停的任务。

任务恢复信息交互过程：集卡调度下发任务恢复指令时，FMS控制无人集卡车辆重新执行被暂停的任务。

任务更新信息交互过程：集卡调度平台下发任务更新指令时，FMS视情况停车并回复一个确认指令，之后车辆无论是空载或者重载，均等待集卡调度的下一条指令，更换后的指令格式见装箱指令或卸箱指令。如果任务池中未执行的任务需要更新或取消，可直接更改任务池。如果是正在执行的任务需要更新或取消，需单独下发指令。

如图12，卸箱任务更新过程包括：

更新卸箱表字段，如位置、岸桥、车道；

将原字段插入更新表中，此时upd-stat的状态为1；

发送更新请求信息判断是否允许接收更新应答，若是，则将更新的卸箱表字段发送指定卸箱任务，更改集卡调度表，接收应答，并将更新表状态改为9，即完成更新；

若否，则更新表状态改为0，并将原字段改回到卸箱表中，即完成更新。

任务重新指派信息交互过程：针对两台无人集卡同贝位作业时，接了低优先级任务的车先到的情况，当集卡到达堆场后，集卡调度主动向FMS发送任务交换信息，将先到车所接的低优先级任务与后到车所接的高优先级任务互换，保证优先作业高优先级任务。

生产计划信息交互过程：集卡调度发送给FMS后台的生产计划信息，包含计划作业量(形式：岸桥编号、每个岸桥下的作业量以及建议的最小集卡车数)；计划作业量包括当前计划要做的任务量以及已完成的任务量。生产计划信息第一次发送需在装箱任务包发送前，二者需间隔一段时间，目的是用于无人集卡准备工作。该消息作为周期型消息，间隔周期为10分钟。此外，在生产任务执行过程中，集卡调度可改变生产计划，并重新发送给FMS。对于多个岸桥执行同类型任务，需根据生产计划中的建议集卡车数动态分配任务，建议集卡数多的岸桥动态分配任务时可多分配车辆。

无人集卡状态信息交互过程：当一个任务池中出现多种任务类型时，由集卡调度平台指定某台车执行何种类型的任务，FMS根据集卡调度平台指定的无人集卡承接任务类型。FMS可向集卡调度平台查询当前无人集卡车辆的任务信息，当集卡调度平台收到FMS发送的请求查询信息后，根据无人集卡车辆当前的不同任务状态向FMS发送无人集卡的状态信息。FMS也可向集卡调度平台周期上报所有注册的无人集卡状态信息。FMS还可向集卡调度平台周期上报当前集卡正在执行的任务。如车辆未加入生产，则该车辆停止发送任务状态上报消息；如车辆加入生产但未执行任务，则上报消息中cmdId固定填0。

无人集卡作业岸桥任务时，当车辆到达目标岸桥下后，FMS向集卡调度平台发送无人集卡车辆到达目标岸桥下的信息，集卡调度平台收到信息后激活岸桥的作业指令，之后岸桥进行无人集卡作业，此消息可能报多次。

无人集卡登入登出信息交互过程：当无人集卡加入生产或退出生产时，FMS向集卡调度平台发送加入或退出生产状态的无人集卡标识消息。

校验错误信息交互过程：集卡调度平台发至FMS的信息需经过校验，校验规则依据本文指令格式定义，分为四类校验：消息格式校验、字段类型校验、业务逻辑校验以及接口校验；当信息校验错误时，FMS主动向集卡调度平台上报出错指令，出错字段(如果有)以及出错原因。本次出错指令自动抛弃，待集卡调度平台修复错误后，再一次沿原路径下发新任务指令。

任务锁桥信息交互过程：当桥吊装卸舱盖板或其他原因导致桥吊无法为无人集卡作业时，集卡调度主动向FMS发送锁桥指令，不再分配该桥下的任务给无人集卡。此消息为事件型发送，每次加锁岸桥有变化时(包括解锁岸桥)需向FMS发送一条该指令。

需要说明的是，以上调度平台和FMS进行交互的信息均采用ActiveMQ消息队列的方式，通过引入消息中间件ActiveMQ解决码头操作系统TOS和设备电控系统之间数据传递的问题，它能够屏蔽各平台以及协议之间的特性，实现应用程序之间的协同,形成一套完备的对外交互接口，具备同时调度一家或者多家无人驾驶产品的能力。

实施例二

本申请实施例提供一种顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度方法，其特征在于，应用于调度平台，所述调度方法包括：

接收至少一个装卸船指令，所述至少一个装卸船指令中的内容包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识等。

根据所述至少一个装卸船指令，向装箱任务池添加各个装卸船指令对应的装箱任务，以及，向卸箱任务池添加各个装卸船指令对应的卸箱任务；其中，所述装箱任务池中的每个所述装箱任务用于指示对应的无人集卡到达所述装箱点执行装箱操作；所述卸箱任务池中的每个所述卸箱任务用于指示对应的无人集卡到达所述卸箱点执行卸箱操作；

所述装箱任务为根据所述至少一个装卸船指令和所述装箱任务池的调度算法确定的；每个所述装箱任务包括：根据所述至少一个装卸船指令和所述装箱任务池的调度算法，向所述装箱任务池中添加各个装卸船指令对应的装箱任务；其中，每个所述装箱任务包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识、装箱点；其中，在装卸船类型为卸船时，所述装箱点为岸桥号，在装卸船类型为装船时，所述装箱点为堆场号；所述装箱任务池的调度算法的参考因素包括以下至少一种：岸桥的作业情况、场区的饱和度；

所述卸箱任务为根据所述卸箱任务池的调度算法确定的；每个所述卸箱任务包括：在无人集卡完成装箱任务后，根据所述卸箱任务池的调度算法，向所述卸箱任务池中添加卸箱任务，所述卸箱任务包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识、卸箱点、车号、卸货港、车上位置、锁站标识、岸桥车道标识；所述卸箱任务池的调度算法的参考因素包括以下至少一种：岸桥卸船的无人集卡空车数量、岸桥下无人集卡空车的等待时间以及岸桥轨道吊的作业效率。

在本申请实施例中，所述岸桥的作业情况包括以下至少一种：岸桥进行装船任务的无人集卡重车数量、岸桥进行装船任务的无人集卡重车等待时间、岸桥到达场区的距离、岸桥剩余已发送没有无人集卡指令的数量、岸桥轨道吊的优先级、岸桥最大作业无人集卡数和岸桥最小作业无人集卡数；所述场区的饱和度包括以下至少一种：场区所覆盖的区域内的场桥开机数量、场区对应装船指令已发送有车指令数、场区内收发箱的指令数、场区内收发箱的等待时间、岸桥到达场区的距离。

在本申请实施例中，所述至少一个装卸船指令中的各个所述装卸船指令还包括：装卸优先级；所述装卸优先级根据所述装卸箱指令的优先级确定；

所述根据所述至少一个装卸船指令和所述装箱任务池的调度算法，向所述装箱任务池中添加各个装卸船指令对应的装箱任务，包括：在收到多个装卸船指令时，根据所述多个装卸船指令的所述优先级，依次添加所述多个装卸船指令对应的装箱任务。

在本申请实施例中，所述方法还包括：

获取无人集卡的状态信息；所述状态信息包括以下至少一种：执行装箱任务，已完成装箱任务，执行卸箱任务，车辆空载。

在本申请实施例中，所述方法还包括：

接收第一无人集卡到达装箱点的状态消息；

在满足装卸优先级改派条件时，确定将第一无人集卡与第二无人集卡的装箱任务交换；其中，所述装箱优先级改派条件包括：无人集卡到达堆场的先后顺序，无人集卡作业对象的贝位是否相同。

在本申请实施例中，所述装箱调度算法的参考因素，还包括：无人集卡双小箱属性，所述无人集卡双小箱属性包括以下任一种：空车、单小箱、双小箱、单大箱；

所述根据所述至少一个装卸船指令和装箱调度算法，向装箱任务池中添加各个装卸船指令对应的装箱任务，包括：

根据所述至少一个装卸船指令和双小箱调度算法，生成各个装卸船指令对应的装箱任务；

其中，根据所述双小箱调度算法生成的装箱任务中包括：搭对箱或者搭对组；所述搭对箱用于标识当前装箱任务需要与指定任务号的装箱任务同组执行；所述搭对组用于标识当前装箱任务允许无人集卡根据顺路原则自行组合同组任务。

在本申请实施例中，所述搭对组用于标识当前装箱任务允许无人集卡根据顺路原则自行组合同组任务，具体的，当装箱任务池中调度算法生成的装箱任务为双抓配载TOS系统指定搭对箱时，FMS分派同一辆无人集卡执行搭对箱的装箱作业。

在一种示例中，如图9-10，双小箱调度的算法为：

判断双小箱的配载情况；

当双小箱的配载情况为单抓配载时，码头管理系统TOS不指定搭对箱，把可搭对的箱进行分组，无人集卡根据顺路原则自行组合同组任务；

当双小箱的配载情况为双抓配载时，TOS系统指定搭对箱，并判断搭对箱情况；

若搭对箱的情况为前箱在小贝，则作业顺序按照贝位由小到大进行；

若搭对箱的情况为前后箱同贝，则作业顺序按照始终前箱优先进行；

若搭对箱的情况为前箱在大贝，继续判断作业对象；

若作业对象为内贸，则作业顺序为按照贝位由小到大进行，前后箱位置可调换；

若作业对象为外贸，则作业顺序为后箱优先进行。

在一种实施例中，所述装箱调度算法包括发箱点调度算法；

所述根据所述至少一个装卸船指令和装箱任务池的调度算法，向装箱任务池中添加各个装卸船指令对应的装箱任务，包括：

根据所述至少一个装卸船指令和发箱点调度算法，确定各个装卸船指令对应的发箱点的数量；

分别针对每个发箱点生成装箱任务；

其中，如图11在一种示例中，所述发箱点调度算法包括：

根据装船指令进行分组，判断场区机械数量；

当机械数量小于2台，认为一个场区只有一个发箱点；

当机械数量为2台及以上，继续判断多个装船指令的箱堆距离；

当箱堆距离小于10贝，认为一个场区只有一个发箱点；

当箱堆距离大于10贝，认为一个场区有南北两个发箱点进行均衡发箱。

在本申请实施例中，如图1-7，调度系统的无人集卡调度包括空车调度和重车调度；调度过程为：

调度平台接受到装卸船指令时，将装卸船任务先放入装箱任务池中，调度平台生成无人集卡装箱任务，此时调度平台的状态为BEG；调度平台将接收到的任务通过调度算法进行优化，将调度算法计算出的任务包发送给FMS，此时调度平台的状态为SND；无人集卡接收任务包，此时调度平台的状态为ACP；无人集卡根据接收到的任务包进行作业，完成装箱作业时，此时调度平台的状态为DSC；调度平台对任务池中的任务进行定时调度，并将调度信息发送给FMS，调度平台自动生成一条卸箱任务，此时调度平台的状态信息是OPT，调度平台将生成的卸箱任务包发送给无人集卡，此时调度平台的状态信息是SND；无人集卡接收任务包，此时调度平台的状态信息是ACP,无人集卡根据任务包进行作业，无人集卡完成卸箱作业，此时调度平台的状态信息是END。调度平台完成此次装卸船任务，继续接收新的装卸船任务指令。

在本申请实施例中，调度平台的状态信息是OPT时，调度平台可以接收由定时调度生成及更新的优先级任务。

在本申请实施例中，当无人集卡完成卸箱任务后，调度平台主动推送无人集卡进入“车辆空载”状态。FMS继续从任务池中挑选高优先级的任务并分配给集卡，直至所有集卡发送登出消息退出生产。

在一种示例中，调度平台接收到装船指令时，将目标岸桥信息和装船指令发送至指令池中，调度平台生成无人集卡装箱任务，调度平台将接收到的任务通过调度算法进行优化，将调度算法计算出的任务包发送给FMS，FMS接收任务后分派无人集卡空车前往堆场，无人集卡进行堆场装箱作业完成后到达桥吊进行桥吊岸桥卸箱作业，无人集卡卸箱作业完成后更新或删除指令池，完成装船任务；此时FMS对无人集卡的在车指令进行修改。其中，调度平台通过消息队列发送给FMS的消息包括：定时给FMS发送优先级前100条的任务、更新目的岸桥桥吊，取消修改已接指令；FMS通过消息队列发送给的调度平台消息是反馈FMS接收到的指令以及分派的无人集卡车号。

在一种示例中，调度平台接收到卸船指令时，将目标岸桥信息和卸船指令发送至指令池中，调度平台生成无人集卡装箱任务，调度平台将接收到的任务通过调度算法进行优化，将调度算法计算出的任务包发送给FMS，FMS接收任务后分派无人集卡空车前往桥吊进行岸桥装箱作业，无人集卡进行岸桥装箱作业完成后到达堆场进行堆场卸箱作业，无人集卡卸箱作业完成后更新或删除指令池，即完成卸船任务。其中，调度平台通过消息队列发送给FMS的消息包括：定时给FMS发送优先级前100条的任务、更新目的场区，取消修改已接指令。

在一种示例中，重车的调度过程为：调度平台根据指定任务分别进行装船调度和卸船调度；当进行装船调度时，需要对岸桥进行均衡调度计算，岸桥均衡的调度计算参数至少包括以下一种：岸桥进行装船任务的无人集卡重车数量、岸桥进行装船任务的无人集卡重车等待时间、岸桥到达场区的距离、岸桥剩余已发送没有无人集卡指令的数量、岸桥轨道吊的优先级、岸桥最大作业无人集卡数和岸桥最小作业无人集卡数；当进行卸船调度时，需要对堆场进行均衡计算为无人集卡找位。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益效果：

(1)本申请中集装箱码头布置为顺岸式布置，通过运用模糊数学算法中的线性加权法对任务进行优先级评估，再通过任务池调度优化了无人集卡任务指令最优问题，有利于发挥无人集卡空车调度优势，使无人集卡车辆进入箱区作业时采用边装卸的工艺，进而实现全场调度以及装卸船任务与无人集卡的多对多调度。

(2)本申请通过双小箱调度实现双小箱任意组合搭对，通过发箱点调度实现堆场出箱平均，防止出现某一场区堵车或空闲的情况，保持堆场和岸桥作业均衡，进一步减少集卡等待桥吊的时间，缩短集卡空载的行驶时间和距离，实现装卸过程的“重进重出”，提高无人集卡的运行效率和码头机械设备的利用效率。

(3)本申请中调度算法分为空车调度和重车调度，空车调度采用任务池形式的多指令对应多台车的调度方式，重车调度则是采用指定作业任务的调度方式，即一对一执行任务，实现集装箱码头无人集卡车辆装卸船的高效运行。

(4)采用ActiveMQ消息队列的方式与无人集卡交互，实现系统解耦。协议设计的最终目标是通过有限的消息指令，实现通用的、统一的处理机制，满足正常工况或异常工况的全覆盖，能够屏蔽各平台以及协议之间的特性，实现应用程序之间的协同,形成一套完备的对外交互接口，具备同时调度一家或者多家无人驾驶产品的能力。

以上所述实施例仅表达了本发明的较佳实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度方法，其特征在于，应用于调度平台，所述调度方法包括：

接收至少一个装卸船指令，所述至少一个装卸船指令中的内容包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识等；

根据所述至少一个装卸船指令，向装箱任务池添加各个装卸船指令对应的装箱任务，以及，向卸箱任务池添加各个装卸船指令对应的卸箱任务；其中，所述装箱任务池中的每个所述装箱任务用于指示对应的无人集卡到达装箱点执行装箱操作；所述卸箱任务池中的每个所述卸箱任务用于指示对应的无人集卡到达卸箱点执行卸箱操作；

所述装箱任务为根据所述至少一个装卸船指令和所述装箱任务池的调度算法确定的；每个所述装箱任务包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识、装箱点；其中，在装卸船类型为卸船时，所述装箱点为岸桥号，在装卸船类型为装船时，所述装箱点为堆场号；所述装箱任务池的调度算法的参考因素包括以下至少一种：岸桥的作业情况、场区的饱和度；

所述卸箱任务为根据所述卸箱任务池的调度算法确定的；每个所述卸箱任务包括：在无人集卡完成装箱任务后，根据所述卸箱任务池的调度算法，向所述卸箱任务池中添加卸箱任务，所述卸箱任务包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识、卸箱点、车号、卸货港、车上位置、锁站标识、岸桥车道标识；所述卸箱任务池的调度算法的参考因素包括以下至少一种：岸桥卸船的无人集卡空车数量、岸桥下无人集卡空车的等待时间以及岸桥轨道吊的作业效率；

所述装箱任务池的调度算法包括发箱点调度算法；

所述根据所述至少一个装卸船指令和装箱任务池的调度算法，向装箱任务池中添加各个装卸船指令对应的装箱任务，包括：

根据所述至少一个装卸船指令和发箱点调度算法，确定各个装卸船指令对应的发箱点的数量；

分别针对每个发箱点生成装箱任务；

其中，所述发箱点调度算法包括：根据装船指令进行分组，判断场区机械数量；

当机械数量小于2台，认为一个场区只有一个发箱点；

当机械数量为2台及以上，继续判断多个装船指令的箱堆距离；

当箱堆距离小于10贝，认为一个场区只有一个发箱点；

当箱堆距离大于10贝，认为一个场区有南北两个发箱点进行均衡发箱；

所述至少一个装卸船指令中的各个所述装卸船指令还包括：装卸优先级；根据所述至少一个装卸船指令，向装箱任务池添加各个装卸船指令对应的装箱任务包括：在收到多个装卸船指令时，根据所述多个装卸船指令的装卸优先级，依次添加所述多个装卸船指令对应的装箱任务；

所述装箱任务池的调度算法的参考因素，还包括：无人集卡双小箱属性，所述无人集卡双小箱属性包括以下任一种：空车、单小箱、双小箱、单大箱；

根据所述至少一个装卸船指令，向装箱任务池添加各个装卸船指令对应的装箱任务包括：

根据所述至少一个装卸船指令和双小箱调度算法，生成各个装卸船指令对应的装箱任务；

其中，根据所述双小箱调度算法生成的装箱任务中包括：搭对箱或者搭对组；所述搭对箱用于标识当前装箱任务需要与指定任务号的装箱任务同组执行；所述搭对组用于标识当前装箱任务允许无人集卡根据顺路原则自行组合同组任务；

所述方法还包括：获取无人集卡的状态信息；所述状态信息包括以下至少一种：执行装箱任务，已完成装箱任务，执行卸箱任务，车辆空载；

所述方法还包括：接收第一无人集卡到达装箱点的状态消息；在满足装卸优先级改派条件时，确定将第一无人集卡与第二无人集卡的装箱任务交换；其中，所述装箱优先级改派条件包括：无人集卡到达堆场的先后顺序，无人集卡作业对象的贝位是否相同；

双小箱调度的算法为：

判断双小箱的配载情况；

当双小箱的配载情况为单抓配载时，码头管理系统TOS不指定搭对箱，把可搭对的箱进行分组，无人集卡根据顺路原则自行组合同组任务；

当双小箱的配载情况为双抓配载时，TOS系统指定搭对箱，并判断搭对箱情况；

若搭对箱的情况为前箱在小贝，则作业顺序按照贝位由小到大进行；

若搭对箱的情况为前后箱同贝，则作业顺序按照始终前箱优先进行；

若搭对箱的情况为前箱在大贝，继续判断作业对象；

若作业对象为内贸，则作业顺序为按照贝位由小到大进行，前后箱位置可调换；

若作业对象为外贸，则作业顺序为后箱优先进行。

2.根据权利要求1所述顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度方法，其特征在于，所述岸桥的作业情况包括以下至少一种：岸桥进行装船任务的无人集卡重车数量、岸桥进行装船任务的无人集卡重车等待时间、岸桥到达场区的距离、岸桥剩余已发送没有无人集卡指令的数量、岸桥轨道吊的优先级、岸桥最大作业无人集卡数和岸桥最小作业无人集卡数；

所述场区的饱和度包括以下至少一种：场区所覆盖的区域内的场桥开机数量、场区对应装船指令已发送有车指令数、场区内收发箱的指令数、场区内收发箱的等待时间、岸桥到达场区的距离。

3.一种顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度系统，其特征在于，顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度系统使用权利要求1的调度方法；

包括：调度平台、车辆管理系统FMS和至少一台无人集卡；

所述调度平台用于：

接收至少一个装卸船指令，所述至少一个装卸船指令中的内容包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识等；

所述装卸船指令均分为装箱任务和卸箱任务两个任务阶段，所述装箱任务由装箱任务池进行调度，所述卸箱任务由卸箱任务池进行调度；

根据所述至少一个装卸船指令和所述装箱任务池的调度算法，向所述装箱任务池中添加各个装卸船指令对应的装箱任务；其中，每个所述装箱任务包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识、装箱点、搭对箱、搭对组、无人集卡标识；其中，在装卸船类型为卸船时，所述装箱点为岸桥号，在装卸船类型为装船时，所述装箱点为堆场号；所述装箱任务池中的每个所述装箱任务用于指示对应的无人集卡到达所述装箱点执行装箱操作；所述装箱任务池的调度算法的参考因素包括以下至少一种：岸桥的作业情况、场区的饱和度；

所述岸桥的作业情况包括：岸桥进行装船任务的无人集卡重车数量、岸桥进行装船任务的无人集卡重车等待时间、岸桥到达场区的距离、岸桥剩余已发送没有无人集卡指令的数量、岸桥轨道吊的优先级、岸桥最大作业集卡数和岸桥最小作业集卡数；所述场区的饱和度包括：场区所覆盖的区域内的场桥开机数量、场区对应装船指令已发送有车指令数、场区内收发箱的指令数、场区内收发箱的等待时间、岸桥到达场区的距离；

在无人集卡完成装箱任务后，根据卸箱调度算法，向卸箱任务池中添加卸箱任务，所述卸箱任务包括：任务号、船舶编号、装卸船类型、箱号、箱型、尺寸、空重标识、内外贸标识、卸箱点、车号、卸货港、车上位置、锁站标识、岸桥车道标识；所述卸箱任务池中的每个所述卸箱任务用于指示对应的无人集卡到达所述卸箱点执行卸箱操作；所述卸箱调度算法的参考因素包括以下至少一种：岸桥卸船的无人集卡空车数量、岸桥下无人集卡空车的等待时间以及岸桥轨道吊的作业效率；

所述FMS用于：定时从装箱任务池中转发无人集卡装箱任务至无人集卡，以及，定时从卸箱任务池中转发卸箱任务至无人集卡；

所述至少一台无人集卡中的各台无人集卡用于：在接收到装箱任务后到达对应的装箱点执行装箱操作，以及，用于在接收到卸箱任务后到达对应的卸箱点执行卸箱操作；

所述调度系统还包括码头管理系统TOS，所述TOS用于与所述调度平台进行交互，将船舶的装卸船指令发送给调度平台。

4.根据权利要求3所述顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度系统，其特征在于，各个所述无人集卡还用于向所述FMS发送无人集卡状态信息；所述状态信息包括以下至少一种：执行装箱任务，已完成装箱任务，执行卸箱任务，车辆空载。

5.根据权利要求3所述顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度系统，其特征在于，各个所述无人集卡还用于在到达装箱点后向调度平台发送到达装箱点的状态消息；所述调度平台还用于在接收第一无人集卡到达装箱点的状态消息后，若满足装箱优先级改派条件时，将第一无人集卡与第二无人集卡的装箱任务交换。

6.根据权利要求3所述顺岸式全自动化集装箱码头无人集卡调度系统，其特征在于，所述FMS还用于与所述调度平台进行交互，向所述调度平台发送无人集卡车辆登入消息并向所述调度平台周期性上报无人集卡的任务状态信息。

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