一种集装箱码头间全自主水上运输调度方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种集装箱码头间全自主水上运输调度方法及系统，属于交通运输领域。方法包括：建立面向水上无人集装箱运输船wAGV的动态调度模型；将动态到来的运输任务快速插入所有wAGV现有路径中，计算插入代价并选择插入代价最小的路径及位置，得到更新后的初始路径；采用基于禁忌搜索的启发式算法对初始路径进行改进得到更优的wAGV路径；对wAGV实施调度。本发明专利技术的调度模型基于组合优化，考虑运输距离和客户满意度等性能指标，时间窗、装载量等约束条件，利用基于移动时间窗的插入法构建初始路径，并设计禁忌搜索算法对该路径进行优化改进，实时得到近似最优的多wAGVs路径。该系统有助于提高大型港口智能化作业水平。

【技术实现步骤摘要】
一种集装箱码头间全自主水上运输调度方法及系统
本专利技术属于交通运输领域，涉及一种集装箱码头间全自主水上运输调度方法及系统，尤其是针对大型港口码头之间的水上集装箱运输采用无人船进行全自主控制与调度，实现无人作业。
技术介绍
大型港口通常涉及多个码头，且地理位置分布较为分散。为了应对日益增长的码头业务，大多数集装箱码头内部作业已依赖自主小车(AutomatedGuidedVehicles,AGVs)实现全自动化。但港口内不同功能码头间，如空置集装箱码头、多式联运中转码头等，也存在大量集装箱运输。目前，主要采用拖挂车完成这类运输。然而，对于地形复杂的港口，如鹿特丹港，有些码头之间的水上距离远远小于陆地距离，采用水上运输的方式可以进一步降低运输成本和能耗。因此，提出一种水上无人集装箱运输船(waterborneAutonomousguidedvessels,wAGVs)实现码头间的自主运输系统。该运输系统需要实现多wAGVs的自主调度。当前调度算法主要基于多车路径规划问题(Vehicleroutingproblem,VRP),通常附带时间窗、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集装箱码头间全自主水上运输调度方法，其特征在于包括如下步骤：/n1)对集装箱码头间全自主水上运输调度问题进行建模，建立面向wAGV的混合整数规划动态调度模型，求解该混合整数规划问题以得到调度系统最初优化路径；/n2)根据移动时间窗框架下上一步计算出而未被完全执行的路径，将新到来的运输任务插入所有wAGV现有路径中可能的位置，计算插入代价，比较并选取最小代价值对应的路径和位置，将该任务插入得到更新后的路径，依次处理所有新到来的运输任务并得到更新后的初始路径；/n3)基于更新后的初始路径，采用基于禁忌搜索的启发式算法进一步改进初始路径，求解得到当前时间步下最终的调度方案，最终的调度方案为所...

【技术特征摘要】
1.一种集装箱码头间全自主水上运输调度方法，其特征在于包括如下步骤：
1)对集装箱码头间全自主水上运输调度问题进行建模，建立面向wAGV的混合整数规划动态调度模型，求解该混合整数规划问题以得到调度系统最初优化路径；
2)根据移动时间窗框架下上一步计算出而未被完全执行的路径，将新到来的运输任务插入所有wAGV现有路径中可能的位置，计算插入代价，比较并选取最小代价值对应的路径和位置，将该任务插入得到更新后的路径，依次处理所有新到来的运输任务并得到更新后的初始路径；
3)基于更新后的初始路径，采用基于禁忌搜索的启发式算法进一步改进初始路径，求解得到当前时间步下最终的调度方案，最终的调度方案为所有wAGV的路径；所述所有wAGV的路径包括所有wAGV将访问的码头节点序列，对应访问的时间、停留时间、装卸货数量；
4)依据求解得到的所有wAGV的路径对wAGV实施调度，对于每个新的时间步，重复执行步骤2)-4)。


2.根据权利要求1所述的集装箱码头间全自主水上运输调度方法，其特征在于：
所述动态调度模型的性能指标为：



c1，c2，c3为模型中三项性能指标的权重系数，其中，第一项最小化总行驶距离，第二项和第三项分别最小化等待和迟到时间；xijv(k)为0-1整数变量，对于所有如果wAGVv从节点i→j,则xijv(k)＝1，否则xijv(k)＝0，为拥有nv艘wAGV的船队集合；Dij为节点i→j间的水路距离；向量其中表示在节点i的等待时间，向量其中表示在节点i的迟到时间，‖·‖1表示1范数，为码头间调度运输网络的节点集，为码头间调度运输网络的边集。


3.根据权利要求2所述的集装箱码头间全自主水上运输调度方法，其特征在于：
所述动态调度模型的约束条件包括：
















































xijv,ziv∈{0,1},(18)
其中，ziv(k)为0-1整数变量，对于所有如果wAGVv访问节点i,则ziv(k)＝1，否则ziv(k)＝0；定义为所有wAGVs的起始节点集，为所有wAGVs的终点节点集；其中，为取送运输任务数量，nd为仅送货任务数量；所有的取货节点定义为对应取货节点的送货节点为仅送货节点为u为wAGV巡航速度，Ts为时间步的步长，k为离散的时间步序号，Ai表示到达节点i的时间，yi表示到达节点i的wAGV上装载的集装箱数量，si为所需码头服务时间，ti,min,ti,max分别为最早取货时间、最晚送达时间；Q为wAGV的最大装载量，下标max表示对应物理量的最大允许值，下标min表示对应物理量的最小允许值。


4.根据权利要求1所述的集装箱码头间全自主水上运输调度方法，其特征在于：所述的根据移动时间窗框架下上一步计算出而未被完全执行的路径，将新到来的运输任务插入所有wAGV现有路径中可能的位置，计算插入代价，包括：
对所有wAGV，定义其未完成的路径为其中ri,i＝1,…,m为wAGVv上一步规划中将要访问的节点，可能为空集；设新到来的运输任务为<pi,di>，则将该任务插入所有wAGV现有路径中可能的位置，计算插入代价；对取货节点pi，将其插入某条路径的边<ri,rj>，如果装载量和时间窗约束条件均没有违反，则插入代价计算为：



其中，表示节点ri到pi间的距离；对取货节点pi所有可能插入位置的代价进行升序排序，然后从最小的Δdp开始，同样的将送货节点di插入对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑华荣，徐文，马东方，瞿逢重，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33