基于遗传算法和MMAS算法的塔机群多任务的调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于遗传算法和MMAS算法的塔机群多任务的调度方法，所述塔机群具有交叉区域，所述调度方法包括：步骤一，基于遗传算法，获取初始种群；步骤二，基于MMAS算法，获取初始路径；在所述塔机群各任务的交叉区域内，为所述选择的D条调度路径选择装卸点作为MMAS算法的初始路径；步骤三，根据步骤一和步骤二中选择的遗传算法的初始种群和MMAS算法的初始路径，分解塔机群多任务路径为多次双塔机作业，计算所述多次双塔机作业所需的时间，最后一个塔机作业的完成时间为该调度方案总耗时；步骤四，将所述调度方案总耗时作为更新MMAS算法中的信息素，返回步骤二开始迭代寻找基于已定调度路径下使该调度方案总耗时最短的最优交接点。

Multi task scheduling method for tower crane group based on genetic algorithm and MMAS algorithm

The invention discloses a multi task scheduling method of tower crane group genetic algorithm and MMAS algorithm based on the tower crane group has cross region, including the following steps: firstly, scheduling method based on genetic algorithm, to obtain the initial population; step two, based on the MMAS algorithm, to obtain the initial path; in the cross area of the tower cluster each task, for the selected D scheduling path selection loading point as the initial path MMAS algorithm; step three, according to the initial path steps one and second choice of initial population genetic algorithm and MMAS algorithm, multi task decomposition of tower crane group path for Twin Towers repeatedly machine operation, required to calculate the many Twin Towers machine operation time, finally a crane job completion time for the total time scheduling scheme; step four, the total time scheduling scheme as an update in MMAS algorithm The pheromone, returns step two to start the iteration, and looks for the optimal handover point based on the scheduled scheduling path with the shortest total time spent on the scheduling scheme.

【技术实现步骤摘要】
基于遗传算法和MMAS算法的塔机群多任务的调度方法
本专利技术涉及塔机控制领域，特别涉及一种基于遗传算法和MMAS算法的塔机群多任务的调度方法。
技术介绍
塔机是建设房屋和桥梁的主要运输作业工具。随着建筑作业的密集化发展，多台塔机作业区域的相互覆盖为塔机带来严重安全隐患的同时也为塔机群协同作业带来了可能，利用多台塔机“合作运输”的方式，我们可以将建筑物料运送到更远的地方。然而现有技术中如何利用“合作运输”为各塔机制定完善的作业方案还未解决，不仅能够避免危险情况的产生，还能提升塔机群的作业效率。同时，塔机群在多任务环境下的作业情况值得被考虑，针对某单一任务的执行效率提升方案极有可能对相关另一任务的执行情况产生负面影响。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于遗传算法和MMAS算法的塔机群多任务的调度方法，解决了现有技术中如何使多台塔机合作运输的技术问题，达到了提供一种为塔机制定完善方案、合作运输的塔机调度方法的技术效果。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于遗传算法和MMAS算法的塔机群多任务的调度方法，所述塔机群具有交叉区域，所述调度方法包括：步骤一，基于遗传算法，获取初始种群；随机在所述塔机群各任务选择D条调度路径作为遗传算法的初始种群，所述塔机群记为{T1，T2，……，Tn}，Tn为第n个塔机；步骤二，基于MMAS算法，获取初始路径；在所述塔机群各任务的交叉区域内，为所述选择的D条调度路径选择装卸点作为MMAS算法的初始路径；步骤三，根据步骤一和步骤二中选择的遗传算法的初始种群和MMAS算法的初始路径，分解塔机群多任务路径为多次双塔机作业，计算所述多次双塔机作业所需的时间，最后一个塔机作业的完成时间为该调度方案总耗时；其中所述计算所述多次双塔机作业所需的时间具体为多次双塔机每条调度路径独立完成所需的时间；步骤四，将所述调度方案总耗时作为更新MMAS算法中的信息素，返回步骤二开始迭代寻找基于已定调度路径下使该调度方案总耗时最短的最优交接点，所述最优交接点为基于MMAS算法迭代至第一预设次数终止时调度方案总耗时最短的所述D条调度路径的装卸点；步骤五，基于遗传算法，将步骤四中得到最短的调度方案总耗时作为参考保留优质种群，淘汰劣质种群，优质种群之间相互交叉生成新的种群以保证种群数量；返回步骤二开始迭代寻找最优种群，所述最优种群为基于遗传算法迭代至第二预设次数终止时最优种群为最优调度方案。优选的，在所述步骤四之前，所述步骤三之后，所述调度方法还包括：当所述塔机群为多作业并行情况时，基于防碰撞算法对塔机作业完成的时间以延迟等待的方式进行修正，获取最后一个塔机作业的完成时间为该调度方案总耗时。优选的，所述步骤三中所述分解塔机群多任务路径为多次双塔机作业，计算所述多次双塔机作业所需的时间，最后一个塔机作业的完成时间为该调度方案总耗时，所述调度方案总耗时具体为：Tj1＝TX1+TX2+……+TXn-1+TN；其中，Tj1为任务J1的调度方案总耗时，X1，X2，……，Xn-1为任务J1的调度方案的n-1个装卸点，TX1、TX2、……、TXn-1、TN分别为X1，X2，……，Xn-1的n段路径的耗时。优选的，所述步骤三中所述分解塔机群多任务路径为多次双塔机作业，具体为：所述塔机群多任务路径为Tnum111→Tnum12，num222→……→Tnum1n，num2nn；将塔机群多任务路径分解为{(Tnum111→Tnum122)，(Tnum222→Tnum133)，……，(Tnum1n-1n-1→Tnum1nn)，Tnum2nn}；其中，Tnum1n，num2nn为第n个塔机，且第n个塔机的吊臂具有两个旋转方向{num1n，num2n}，cw表示顺时针旋转，aw表示逆时针旋转，其中num1n和num2n均可以取cw和aw两个值。优选的，所述步骤三中所述计算所述多次双塔机作业所需的时间中，每次双塔机作业所需的时间，具体计算方法为：通过计算确定双塔机吊臂合适的旋转方向以获得最小调度时长时所需的时间。优选的，所述步骤三中所述计算所述多次双塔机作业所需的时间中，每次双塔机作业所需的时间，具体计算方法为：当双塔机作业为高塔到低塔作业时，货物由塔机T1交于T2，且T1高于T2，塔机T1和塔机T2具有一交叉区域Q，X为交叉区域S中的装卸点，双塔机作业所需的时间取决于塔机吊臂旋转时间、变幅小车移动时间和吊钩起升/下放时间中的最大值。优选的，所述当双塔机作业为高塔到低塔作业时，货物由塔机T1交于T2，且T1高于T2时，塔机T1和塔机T2具有一交叉区域Q，X为交叉区域S中的装卸点，双塔机作业所需的时间，具体计算方法为：当塔机T1的吊臂旋转方向为顺时针旋转时，当塔机T1的吊臂旋转方向为逆时针旋转时，设A，B为距离交叉区域的端点，B与X的距离小于或等于A与X的距离；运送货物时，塔机T1从B点离开交叉区域Q，使塔机T2可以进入交叉区域Q；所述双塔机作业任务为需要塔机T1从地面上的M点运送到N点；t1表示塔机T1从启动到运送货物从M点至装卸点X点并离开交叉区域Q的时间长度；表示塔机T1从S1位置开始，塔机T1吊臂与吊钩均到达M点的时间，当塔机T1在零时刻时已经装载货物，则取0；S1表示零时刻时塔机T1的吊臂所在的位置；S2表示零时刻时塔机T2的吊臂所在的位置；ω1表示塔机T1的旋转角速度；ω2表示塔机T2的旋转角速度；νc1表示塔机T1的吊臂上的变幅小车的运行速度；νc2表示塔机T2的吊臂上的变幅小车的运行速度；lc1表示塔机T1的吊臂上的变幅小车的运行幅度；lc2表示塔机T2的吊臂上的变幅小车的运行幅度；νh1表示塔机T1的吊钩的起降速度；νh2表示塔机T2的吊钩的起降速度；lh1表示塔机T1的吊钩距离地面的高度；lh2表示塔机T2的吊钩距离地面的高度；lm为M点与塔机T1中心的距离；ln为N点与塔机T2中心的距离；lx1为装卸点X与塔机T1中心的距离；lx2为装卸点X与塔机T2中心的距离；为塔机T1的吊臂从S1到M’点的劣弧弧度，M’点为M点映射以塔机T1中心为圆心，塔机T1中心到S1的距离为半径的圆弧上的圆周位置；为塔机T1的吊臂从M’至A的劣弧弧度，由A至X的距离；为塔机T1的吊臂从M’至B的劣弧弧度，由B至X的距离；为塔机T1的吊臂从X至B的距离。优选的，所述当双塔机作业为高塔到低塔作业时，货物由塔机T1交于T2，且T1高于T2时，塔机T1和塔机T2具有一交叉区域Q，X为交叉区域S中的装卸点，双塔机作业所需的时间，具体计算方法为：当塔机T2的吊臂顺时针旋转以接收货物，且塔机T2在零时刻启动时，在t1时刻，塔机T2的吊臂可能在弧线上的一点运行，或者在B’停机等待塔机T1的吊臂退出交叉区域，tw表示在B’停机等待塔机T1的吊臂退出交叉区域的等待时间；在塔机T1的作业圆周外定义一条虚线圆弧，所述虚线圆弧与所述塔机T1的作业圆周距离2米的安全距离，而A’、B’为塔机T2的吊臂与所述虚线圆弧的切点；为塔机T2的吊臂从S2到B’点的劣弧弧度；为塔机T2的吊臂从B’至X的劣弧弧度。优选的，所述当双塔机作业为高塔到低塔作业时，货物由塔机T1交于T2，且T1高于T2时，塔机T1和塔机T2具有一交叉区域Q，X为交叉区域S中的装卸点，双塔机作业所需的时间，具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于遗传算法和MMAS算法的塔机群多任务的调度方法，所述塔机群具有交叉区域，其特征在于，所述调度方法包括：步骤一，基于遗传算法，获取初始种群；随机在所述塔机群各任务选择D条调度路径作为遗传算法的初始种群，所述塔机群记为{T

【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法和MMAS算法的塔机群多任务的调度方法，所述塔机群具有交叉区域，其特征在于，所述调度方法包括：步骤一，基于遗传算法，获取初始种群；随机在所述塔机群各任务选择D条调度路径作为遗传算法的初始种群，所述塔机群记为{T1，T2，……，Tn}，Tn为第n个塔机；步骤二，基于MMAS算法，获取初始路径；在所述塔机群各任务的交叉区域内，为所述选择的D条调度路径选择装卸点作为MMAS算法的初始路径；步骤三，根据步骤一和步骤二中选择的遗传算法的初始种群和MMAS算法的初始路径，分解塔机群多任务路径为多次双塔机作业，计算所述多次双塔机作业所需的时间，最后一个塔机作业的完成时间为该调度方案总耗时；其中所述计算所述多次双塔机作业所需的时间具体为多次双塔机每条调度路径独立完成所需的时间；步骤四，将所述调度方案总耗时作为更新MMAS算法中的信息素，返回步骤二开始迭代寻找基于已定调度路径下使该调度方案总耗时最短的最优交接点，所述最优交接点为基于MMAS算法迭代至第一预设次数终止时调度方案总耗时最短的所述D条调度路径的装卸点；步骤五，基于遗传算法，将步骤四中得到最短的调度方案总耗时作为参考保留优质种群，淘汰劣质种群，优质种群之间相互交叉生成新的种群以保证种群数量；返回步骤二开始迭代寻找最优种群，所述最优种群为基于遗传算法迭代至第二预设次数终止时最优种群为最优调度方案。2.如权利要求1所述的调度方法，其特征在于，在所述步骤四之前，所述步骤三之后，所述调度方法还包括：当所述塔机群为多作业并行情况时，基于防碰撞算法对塔机作业完成的时间以延迟等待的方式进行修正，获取最后一个塔机作业的完成时间为该调度方案总耗时。3.如权利要求1所述的调度方法，其特征在于，所述步骤三中所述分解塔机群多任务路径为多次双塔机作业，计算所述多次双塔机作业所需的时间，最后一个塔机作业的完成时间为该调度方案总耗时，所述调度方案总耗时具体为：Tj1＝TX1+TX2+……+TXn-1+TN；其中，Tj1为任务J1的调度方案总耗时，X1，X2，……，Xn-1为任务J1的调度方案的n-1个装卸点，TX1、TX2、……、TXn-1、TN分别为X1，X2，……，Xn-1的n段路径的耗时。4.如权利要求1所述的调度方法，其特征在于，所述步骤三中所述分解塔机群多任务路径为多次双塔机作业，具体为：所述塔机群多任务路径为Tnum111→Tnum12，num222→……→Tnum1n，num2nn；将塔机群多任务路径分解为{(Tnum111→Tnum122)，(Tnum222→Tnum133)，……，(Tnum1n-1n-1→Tnum1nn)，Tnum2nn}；其中，Tnum1n，num2nn为第n个塔机，且第n个塔机的吊臂具有两个旋转方向{num1n，num2n}，cw表示顺时针旋转，aw表示逆时针旋转，其中num1n和num2n均可以取cw和aw两个值。5.如权利要求1所述的调度方法，其特征在于，所述步骤三中所述计算所述多次双塔机作业所需的时间中，每次双塔机作业所需的时间，具体计算方法为：通过计算确定双塔机吊臂合适的旋转方向以获得最小调度时长时所需的时间。6.如权利要求1所述的调度方法，其特征在于，所述步骤三中所述计算所述多次双塔机作业所需的时间中，每次双塔机作业所需的时间，具体计算方法为：当双塔机作业为高塔到低塔作业时，货物由塔机T1交于T2，且T1高于T2，塔机T1和塔机T2具有一交叉区域Q，X为交叉区域S中的装卸点，双塔机作业所需的时间取决于塔机吊臂旋转时间、变幅小车移动时间和吊钩起升/下放时间中的最大值。7.如权利要求6所述的调度方法，其特征在于，所述当双塔机作业为高塔到低塔作业时，货物由塔机T1交于T2，且T1高于T2时，塔机T1和塔机T2具有一交叉区域Q，X为交叉区域S中的装卸点，双塔机作业所需的时间，具体计算方法为：当塔机T1的吊臂旋转方向为顺时针旋转时，当塔机T1的吊臂旋转方向为逆时针旋转时，

【专利技术属性】
技术研发人员：章红，卢扬，高钰敏，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42