CN117196261A - 一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于码头自动化场桥调度技术领域，具体地涉及一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法，包括如下步骤：S1初始化所有任务指令和所有场桥状态；S2对所有空闲场桥进行随机排序，形成场桥序列，对顺序中第一个空闲场桥分配可以执行的任务指令；S3依照场桥序列顺序对剩余空闲场桥依次分配任务指令；S4当任意工作中的场桥执行完所分配的任务指令时，更新场桥状态、场桥序列、分配指令集合和待分配指令集合。本发明通过对关联性任务指令进行标记，对关联性任务指令设定执行顺序，避免分配无法执行的指令，在对场桥分配任务指令前，对任务指令集合进行多次筛选，剔除不可执行指令，减少执行分数的计算量，提高了指令分配效率。

Description

一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法

技术领域

本发明属于码头自动化场桥调度技术领域，具体地涉及一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法。

背景技术

场桥包括轮胎式龙门起重机（RTG）和轨道式龙门起重机(RMG)，是集装箱码头堆场进行装卸、搬运、堆垛作业的专用机械。随着自动化技术的发展，通过在场桥设备上布置多种装置,实现对场桥的工作的远程操控,称之为自动化场桥。集装箱码头的堆场通常被划分为多个块(BLOCK),构成了堆场的箱区；在每个箱区内又划分多个贝位（BAY），每一贝可以分成多个排（STACK）,每一排有多个层（TIER）。自动化场桥行走在每个堆场块（箱区）中，停止在贝位上，作业该贝位的集装箱指令。

在传统技术中，场桥调度多由人工分配指令，不同的人的分配结果不同，场桥指令分配具有不稳定性和不确定性，很难达到合理分配，导致场桥工作效率不高。为适应自动化场桥自动作业的场景，发明专利《场桥调度方法、装置、计算机设备和存储介质》，申请号CN201810055709.X，给出了一种场桥自动寻找最合理的作业指令的问题，它首先在所有指令中寻找该场桥的一个指令子集，再从指令子集中寻找最合适的指令。

但是上述方法在寻找指令子集时，采取了“指令与场桥的距离最短”作为划分子集的条件。但是，仅仅“距离最短”这样一个划分条件是并不完整和精确的，因为在实际作业中，由于一块堆场可以同时有多个场桥作业，场桥之间有安全作业的距离要求，场桥也不能跨越另一个场桥作业，场桥也可能处在运动之中，所以一个场桥实际能够作业的指令子集可以运用上面的事实进行进一步压缩。依照上述发明专利中的方法在调度过程中会出现当前场桥被其余场桥阻挡住行动路径而无法执行任务的情况。同时也存在一些关联性任务必须按照一定顺序依次执行，在进行指令分配时也需要考虑到这种情况。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法，步骤如下：

S1初始化所有任务指令和所有场桥状态；所述任务指令至少包括任务起始位置、任务终止位置、关联任务链标记和关联任务优先级标记，根据关联任务链标记和关联任务优先级标记状态将所有任务指令归入分配指令集合和待分配指令集合；所述场桥状态至少包括场桥当前位置、场桥作业区域最小贝位、场桥作业区域最大贝位和场桥当前状态。

S2对所有空闲场桥进行随机排序，形成场桥序列，依照场桥序列顺序对第一个空闲场桥分配可以执行的任务指令，将该场桥从场桥序列中移除并将状态变更为工作中，同时将被分配的任务指令从分配指令集合中移除。

S3依照场桥序列顺序对空闲场桥分配任务指令，所述分配任务指令的方法为：

S31将场桥序列顺序第一位的空闲场桥指定为当前空闲场桥，将分配指令集合中任务起始位置和任务终止位置均落在当前空闲场桥的作业区域内的作业指令添加进待筛选指令子集；

S32对待筛选指令子集进行进一步筛选，所述进一步筛选的方法为判断当前空闲场桥执行任务指令的作业范围是否与工作中的场桥的作业范围存在重合区域，若存在则将该任务指令从对待筛选指令子集中移除；

S33经过S32进一步筛选后，若待筛选指令子集不为空，则依照指令分配原则将最优指令分配给当前空闲场桥；若待筛选指令子集为空，则将当前空闲场桥移至场桥序列末尾，并对场桥序列中下一个空闲场桥重复步骤S31；

S34将步骤S33中被分配的任务指令从分配指令集合中移除，将已分配好任务指令的场桥的当前状态变更为工作中，并将该场桥从场桥序列中移除，将场桥序列顺序下一位的空闲场桥指定为当前空闲场桥后重复S31。

S4当任意工作中的场桥执行完所分配的任务指令时，将该场桥的当前工作状态变更为空闲，更新当前位置，并将该场桥添加到场桥序列末尾；根据已完成任务指令的关联任务链标记和关联任务优先级标记更新分配指令集合和待分配指令集合。

进一步地，步骤S1中所述任务指令的关联任务链标记和关联任务优先级标记具体为：

将具有严格执行顺序的多个相关联的任务指令设定为相同的关联任务链标记，关联任务优先级为该任务指令在执行顺序中的位置，仅执行顺序中最先的任务指令被归入分配指令集合，其余关联任务被归入待分配指令集合。

进一步地，步骤S2中所述对第一个空闲场桥分配可以执行的任务指令，具体为：

筛选出分配指令集合中任务起始位置和任务终止位置均落在第一个空闲场桥作业区域内的任务指令，依照指令分配原则将最优指令分配给第一个空闲场桥。

进一步地，步骤S2和S33中指令分配原则为：根据执行参数生成对应指令的执行分数，根据执行分数分配任务指令。

进一步地，所述执行参数包括任务指令类型、场桥执行任务指令所需时间、场桥执行任务指令所需移动的距离、任务指令让集卡等待的时间，所述执行分数由所述各执行参数归一化后加权相加获得。

进一步地，所述场桥当前状态分为空闲和工作中，场桥当前状态为工作中时进一步分为正在前往任务起始位置、正在前往任务终止位置、已抵达任务终止位置。

进一步地，步骤S32中：

所述当前空闲场桥执行任务指令的作业范围为当前空闲场桥当前位置、任务起始位置、任务终止位置三点所覆盖的最大范围；

所述工作中的场桥的作业范围根据工作中的场桥的当前状态为：

当场桥当前状态为正在前往任务起始位置时，工作中的场桥的作业范围为该场桥当前位置、任务起始位置、任务终止位置三点所覆盖的最大范围；

当场桥当前状态为正在前往任务终止位置时，工作中的场桥的作业范围为任务起始位置至任务终止位置所覆盖的范围；

当场桥当前状态为已抵达任务终止位置时，工作中的场桥的作业范围为任务终止位置点上。

进一步地，设定场桥作业的安全距离，则步骤S32中：

所述当前空闲场桥执行任务指令的作业范围为空闲场桥当前位置、任务起始位置、任务终止位置三点所覆盖的最大范围且两端分别延伸安全距离的一半；

当场桥当前状态为正在前往任务终止位置时，工作中的场桥的作业范围为任务起始位置至任务终止位置所覆盖的范围且两端分别延伸安全距离的一半；

当场桥当前状态为已抵达任务终止位置时，工作中的场桥的作业范围为任务终止位置点两侧延伸安全距离的一半。

进一步地，步骤S33中设置最大跳过数，当连续出现待筛选指令子集为空的次数达到最大跳过数时，中断S33等待任意一个工作中的场桥完成任务指令并转为空闲场桥后，对所有空闲场桥重新随机排序并生成新的场桥序列后，执行S31。

本发明具有如下有益效果：

通过对任务指令初始化，将具有关联性的多个任务进行排序并标记，除排序处在第一位的关联性任务外，其余任务暂时不参与场桥的指令分配，待第一位的关联性任务指令处理完成后，其余任务再依顺序依次进入分配指令集合，从而完成关联性任务指令的分配。

在任务指令分配时，在对空闲场桥分配任务指令时，考虑场桥执行指令时的作业范围是否与正在工作的其他场桥作业范围重合，当存在重合区域时判定该指令不能执行，从而避免出现场桥执行指令需要跨越其他场桥的情况；在判定场桥作业范围时，还考虑了场桥间的安全作业距离，降低场桥触碰可能发生的意外事故。在计算执行分数前，通过上述方法先剔除无效指令，减少计算量，在合理分配任务指令的同时提高任务指令的分配效率。

通过对所有空闲场桥进行随机排序，避免个别场桥持续工作而其余场桥始终处于空闲的状态；同时设置最大跳过数，当连续出现指令无法分配的情况时，对所有空闲场桥重新排序，避免个别场桥始终分配不到可执行指令。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

本实施例公开一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法，步骤如下：

步骤S1：初始化所有任务指令和所有场桥状态。

对于任务指令i，除任务指令i所包含的场桥具体操作步骤外，还包括如下元素：

Fromi	Toi	ai	bi
				任务起始位置	任务终止位置	优先级标记	关联任务链标记

其中关联任务链标记指的是存在一定数量的任务指令具有严格的执行顺序，这些任务指令形成一个任务链，对该任务链上所有任务指令分配相同的关联任务链标记b_i，而该任务链中执行顺序由a_i表示，需要最先完成的任务i的优先级标记a_i=0，依照顺序下一个执行的任务j的优先级标记a_j=1，以此类推。对不存在关联任务的任意任务i其关联任务链标记b_i=0，优先级标记a_i=0。所有优先级标记a_i=0的指令被归入分配指令集合，其余指令则归入待分配指令集合；在分配关联任务链标记b_i时，提供一个足够长的数表，依次循环分配。

From_i和To_i为场桥执行任务指令i时的初始位置贝位和终止位置贝位，当任务指令i仅在原地执行具体操作步骤时，From_i=To_i。

对于场桥k，具有如下元素：

pk	xk	yk	zk
				当前位置	场桥作业区域最小贝位	场桥作业区域最大贝位	场桥当前状态

p_k代表场桥k当前位置所处贝位，该位置可由场桥控制系统主动读取，x_k、y_k为场桥作业范围最小贝位和场桥作业范围最大贝位，两者间所形成的区域即为场桥k的作业区域；

z_k为场桥当前状态，分为空闲中和工作中，其中当场桥k处于工作中时还可以细分为空闲、由p_k向From_i移动、位于From_i、由From_i向To_i移动，位于To_i。考虑到场桥实际工作中的当前状态不是实时反馈的，通过在关键节点（指令已分配、已抵达From_i、已抵达To_i、指令完成）读取场桥k的当前状态，从而将上述情形简化为：空闲、正在向From_i移动、正在向To_i移动、位于To_i。

步骤S2：对所有空闲场桥进行随机排序，形成场桥序列，依照场桥序列顺序对第一个空闲场桥分配可以执行的任务指令，分配方法为筛选出分配指令集合中任务起始位置和任务终止位置均落在第一个空闲场桥作业区域内的任务指令，依照指令分配原则将筛选后的所有任务指令中的最优指令x分配给第一个空闲场桥。分配完成后，将该场桥从场桥序列中移除并将状态变更为工作中-正在向From_x移动，将任务指令x从分配指令集合中移除，判断任务指令x的关联任务链标记b_x是否为0，若不为0则对所有具有相同关联任务链标记的任务指令的优先级标记执行a=a-1，并将优先级标记a=0的任务指令添加进分配指令集合，并进行步骤S3；若任务指令x的关联任务链标记b_x为0，则不进行上述操作，直接执行步骤S3。

步骤S3：依照场桥序列顺序对空闲场桥分配任务指令，具体地分配任务指令的方法如下：

S31：将场桥序列顺序第一位的空闲场桥g指定为当前空闲场桥，将分配指令集合中任务起始位置From和任务终止位置To均落在当前空闲场桥g的作业区域内（即对于任务指令y满足[From_y, To_y]∈[x_g，y_g]）的作业指令添加进待筛选指令子集。在实际场桥运作过程中，场桥作业区域存在重合范围，也极少出现单个任务指令需要跨越三个以上场桥作业区域，当出现上述极端情况时，通常通过人工对该作业指令进行拆分，由集卡负责转移位置，因此本专利内容不考虑存作业指令无法由单一场桥执行的情况。

S32：对待筛选指令子集进行进一步筛选，所述进一步筛选的方法为判断当前空闲场桥g执行任务指令y的作业范围是否与工作中的场桥的作业范围存在重合区域，若存在则将该任务指令从待筛选指令子集中移除；

空闲场桥g执行任务指令y的作业范围具体为[min（p_g，From_y,To_y），max（p_g，From_y,To_y）]；

对于其他场桥k，读取其场桥工作状态，当场桥k的工作状态为空闲时，其作业范围为场桥k的当前位置p_k；当场桥k的工作状态为工作中时（执行任务指令x），依照步骤S2中划分：当场桥当前状态为正在前往From_x时，工作中的场桥的作业范围为[min（p_k，From_x,To_x），max（p_k，From_x,To_x）]；当场桥当前状态为正在前往To_x时，工作中的场桥的作业范围[mxn（From_x,To_x），max（From_x,To_x）]；当场桥当前状态为位于To_x时，工作中的场桥的作业范围为To_x点上。

场桥在作业和移动时还需要留有一定安全空间，避免场桥作业期间触碰造成设备损坏或其他事故，可以通过设定安全距离s，在上述场桥作业范围判定时，在作业范围两端各添加s/2的延伸距离，如对于当场桥当前状态为正在前往From_x时，工作中的场桥的作业范围为[min（p_k，From_x,To_x）-s/2，max（p_k，From_x,To_x）+s/2]，通过延长计算出的作业范围，为场桥作业预留足够的安全空间，避免意外发生。也可以将作业范围统一向一个方向延伸距离s，其他能够使场桥之间保留足够空间的方法均可。本实施例中安全距离s设定为5到6个贝位。

S33：经过S32进一步筛选后，若待筛选指令子集不为空，则依照指令分配原则将最优指令分配给当前空闲场桥；若待筛选指令子集为空，则将当前空闲场桥移至场桥序列末尾，并对场桥序列中下一个空闲场桥重复步骤S31。

S34：将步骤S33中被分配的任务指令y从分配指令集合中移除，将已分配好任务指令的场桥g的当前状态变更为工作中-向From_y移动，并将场桥g从场桥序列中移除，将场桥序列顺序下一位的空闲场桥指定为当前空闲场桥后重复S31。

步骤S4：当任意工作中的场桥执行完所分配的任务指令时，将该场桥的当前工作状态变更为空闲，更新当前位置，即将上一个指令的To值赋予给该场桥的p，并将该场桥添加到场桥序列末尾；根据已完成任务指令的关联任务链标记和关联任务优先级标记更新分配指令集合和待分配指令集合，具体方法与步骤S2中相同。

对于步骤S2和步骤S33中的指令分配原则，本领域通常采用对执行参数加权相加的方式形成对应的执行分数，通过比较执行分数分配任务指令，对于场桥k计算任务指令i的执行分数具体公式为:

其中分别为各执行参数所对应的权重，/>为任务指令类型所对应的分数，具体任务类型包括内场作业指令（装船指令、卸船指令）、外场作业指令、（收箱指令，提箱指令）、移箱指令（海关查验提箱指令，提前翻倒指令等），各指令类型对应分数提前设定，/>为场桥执行任务指令平均时间，/>为场桥k执行任务指令i所需时间，/>为场桥执行任务指令平均移动距离，/>场桥k执行任务指令i所需移动的距离，/>为场桥执行任务指令集卡平均等待时间，/>为场桥k执行任务指令i集卡等待的时间，根据港口运作需求也可以添加其他执行参数，本发明不再赘述。

为避免出现空闲场桥长时间无可分配指令的情况，设置一个最大跳过数，当步骤S33中连续出现待筛选指令子集为空的次数达到最大跳过数时，中断S33并等待任意一个工作中的场桥完成任务指令并转为空闲场桥或者当有新的任务指令添加进分配指令集合后，对所有空闲场桥进行重新随机排序并生成新的场桥序列后，执行S31。重新排序可以避免出现一部分场桥持续工作，而另一部分场桥始终没有可分配指令的情况。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (9)

1.一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1初始化所有任务指令和所有场桥状态；

所述任务指令至少包括任务起始位置、任务终止位置、关联任务链标记和关联任务优先级标记，根据关联任务链标记和关联任务优先级标记状态将所有任务指令归入分配指令集合和待分配指令集合；

所述场桥状态至少包括场桥当前位置、场桥作业区域最小贝位、场桥作业区域最大贝位和场桥当前状态；

S2对所有空闲场桥进行随机排序，形成等待分配指令的场桥序列，依照场桥序列顺序对第一个空闲场桥分配可以执行的任务指令，将该场桥从场桥序列中移除并将状态变更为工作中，同时将被分配的任务指令从分配指令集合中移除；

S3依照场桥序列顺序对空闲场桥分配任务指令，所述分配任务指令的方法为：

S31将场桥序列顺序第一位的空闲场桥指定为当前空闲场桥，将分配指令集合中任务起始位置和任务终止位置均落在当前空闲场桥的作业区域内的作业指令添加进待筛选指令子集；

S32对待筛选指令子集进行进一步筛选，方法为判断当前空闲场桥执行任务指令的作业范围是否与其余场桥的作业范围存在重合区域，若存在则将该任务指令从待筛选指令子集中移除；

S33经过S32进一步筛选后，若待筛选指令子集不为空，则依照指令分配原则将最优指令分配给当前空闲场桥；若待筛选指令子集为空，则将当前空闲场桥移至场桥序列末尾，并对场桥序列中下一个空闲场桥重复步骤S31；

S34将步骤S33中被分配的任务指令从分配指令集合中移除，将已分配好任务指令的场桥的当前状态变更为工作中，并将该场桥从场桥序列中移除，将场桥序列顺序下一位的空闲场桥指定为当前空闲场桥后重复S31；

S4当任意工作中的场桥执行完所分配的任务指令时，将该场桥的当前工作状态变更为空闲，更新当前位置，并将该场桥添加到场桥序列末尾；根据已完成任务指令的关联任务链标记和关联任务优先级标记更新分配指令集合和待分配指令集合。

2.根据权利要求1所述的一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法，其特征在于：步骤S1中所述任务指令的关联任务链标记和关联任务优先级标记具体为：

将具有严格执行顺序的多个相关联的任务指令设定为相同的关联任务链标记，关联任务优先级标记为该任务指令在执行顺序中的位置，仅执行顺序中最先的任务指令被归入分配指令集合，其余相关联的任务指令被归入待分配指令集合。

3.根据权利要求1所述的一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法，其特征在于：步骤S2中所述对第一个空闲场桥分配可以执行的任务指令的方法为：

筛选出分配指令集合中任务起始位置和任务终止位置均落在第一个空闲场桥作业区域内的任务指令，依照指令分配原则将最优指令分配给第一个空闲场桥。

4.根据权利要求3所述的一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法，其特征在于：步骤S2和S33中的指令分配原则为：

根据执行参数生成对应指令的执行分数，根据执行分数大小分配任务指令。

5.根据权利要求4所述的一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法，其特征在于：所述执行参数包括任务指令类型、场桥执行任务指令所需时间、场桥执行任务指令所需移动的距离、任务指令让集卡等待的时间，所述执行分数由各执行参数归一化后加权相加获得。

6.根据权利要求1所述的一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法，其特征在于：所述场桥当前状态分为空闲和工作中，场桥当前状态为工作中时进一步分为正在前往任务起始位置、正在前往任务终止位置、已抵达任务终止位置。

7.根据权利要求6所述的一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法，其特征在于：步骤S32中所述当前空闲场桥执行任务指令的作业范围为空闲场桥当前位置、任务起始位置、任务终止位置三点所覆盖的最大范围；

所述其余场桥的作业范围根据场桥的当前状态确定；当场桥当前状态为空闲时，场桥的作业范围为该场桥的当前位置；当场桥当前状态为正在前往任务起始位置时，场桥的作业范围为该场桥当前位置、任务起始位置、任务终止位置三点所覆盖的最大范围；当场桥当前状态为正在前往任务终止位置时，场桥的作业范围为任务起始位置至任务终止位置所覆盖的范围；当场桥当前状态为已抵达任务终止位置时，场桥的作业范围为任务终止位置点上。

8.根据权利要求6所述的一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法，其特征在于：设定场桥作业的安全距离，步骤S32中所述当前空闲场桥执行任务指令的作业范围为空闲场桥当前位置、任务起始位置、任务终止位置三点所覆盖的最大范围且两端分别延伸安全距离的一半；

所述其余场桥的作业范围根据场桥的当前状态确定；当场桥当前状态为空闲时，场桥的作业范围为该场桥的当前位置两侧分别延伸安全距离的一半；当场桥当前状态为正在前往任务起始位置时，场桥的作业范围为该场桥当前位置、任务起始位置、任务终止位置三点所覆盖的最大范围两侧分别延伸安全距离的一半；当场桥当前状态为正在前往任务终止位置时，场桥的作业范围为任务起始位置至任务终止位置所覆盖的范围两侧分别延伸安全距离的一半；当场桥当前状态为已抵达任务终止位置时，场桥的作业范围为任务终止位置点两侧分别延伸安全距离的一半。

9.根据权利要求1所述的一种基于场桥作业范围的任务指令分配方法，其特征在于：步骤S33中设置最大跳过数，当连续出现待筛选指令子集为空的次数达到最大跳过数时，中断S33，等待任意一个工作中的场桥完成任务指令并转为空闲场桥或者指令合集发生改变后，对所有空闲场桥重新随机排序并生成新的场桥序列后，执行S31。