一种边装边卸模式下U型自动化集装箱码头集成调度优化方法技术

本发明专利技术公开了一种边装边卸模式下U型自动化集装箱码头集成调度优化方法，该方法包括：双小车岸桥装卸过程；AGV无冲突路径规划过程；双悬臂轨道吊装卸过程；分别对双小车岸桥装卸过程、AGV无冲突路径规划过程和双悬臂轨道吊装卸过程进行建模，最后通过耦合协调模型实现双小车岸桥、AGV和双悬臂轨道吊的集成调度。AGV和双悬臂轨道吊的集成调度。AGV和双悬臂轨道吊的集成调度。

【技术实现步骤摘要】
一种边装边卸模式下U型自动化集装箱码头集成调度优化方法


[0001]本专利技术涉及船舶航运领域，具体涉及一种边装边卸模式下U型自动化集装箱码头集成调度优化方法。

技术介绍

[0002]近年来，集装箱船舶运载能力的大幅度增强实现了航运业运输效率的整体提升，自动化集装箱码头也得到了飞速的发展。
[0003]但是现有自动化码头场桥需要长距离的往复行驶、能源消耗高；场外集卡司机倒车进入交互区作业时，容易影响其它车道正常通行。因此一种新型的自动化集装箱码头布局被提出。在这种U型码头的布局下，AGV可以进入堆场进行装卸作业，为了避免在堆场中转向而影响其他车道的正常行驶，水平运输设备采用可双向行驶的AGV，但是运输路程边长，从而导致冲突和拥堵问题变多；另一方面，场桥采用双悬臂轨道吊，轨道吊在一侧悬臂下实现对AGV的自动化作业，在另一侧悬臂下实现对外集卡的作业，AGV进入堆场与双悬臂轨道吊直接进行交互，会产生相互等待时间，从而降低码头的装卸效率；此外，有研究表明自动化码头边装边卸的双循环模式比先卸后装的单循环模式效率高。因此，本专利技术主要研究U型码头边装边卸模式下的集成调度优化，与现有的自动化码头相比，U型码头高效经济，是未来自动化集装箱码头改造的方向。
[0004]目前，对于自动化码头的研究还存在着以下几个方面的不足：
[0005](1)AGV水平运输是自动化码头研究的瓶颈，也是必要解决的问题。大多数学者研究AGV的无冲突路径规划问题时，并没有与其他设备结合起来进行集成研究，另外，一些学者在研究AGV与其他设备的集成调度时，没有考虑AGV的冲突情况，将其假设简化，其研究的内容并不符合码头作业的实际情况。
[0006](2)在U型码头的布局中，AGV会进入到堆场中与轨道吊直接进行交互，与现有的自动化集装箱码头有很大的区别，产生了新的AGV冲突以及拥堵问题，现有技术中并没有考虑到这个问题。
[0007](3)在U型码头中，场桥采用双悬臂轨道吊进行侧面装卸，与AGV直接进行交互，这样就会产生AGV等待双悬臂轨道吊的时间，会大大降低码头的装卸效率，而之前的研究对于自动化码头设备间等待时间的考虑较少，且这些研究大多只考虑了AGV等待岸桥的时间，并没有考虑AGV等待轨道吊的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种边装边卸模式下U型自动化集装箱码头集成调度优化方法，针对
技术介绍
中提到的三个问题进行研究，在U型码头边装边卸作业模式下，对双小车岸桥、AGV和双悬臂轨道吊的集成调度以及AGV的无冲突路径规划进行研究。考虑AGV进入堆场时的冲突和拥堵情况、双小车岸桥中转平台的容量约束、AGV等待双悬臂轨道吊的时间
等因素，以最小化所有任务完工时间为目标，建立一种基于混合整数规划的多设备集成调度优化模型。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]一种边装边卸模式下U型自动化集装箱码头集成调度优化方法，该方法包括：
[0011]双小车岸桥装卸过程；
[0012]AGV无冲突路径规划过程；
[0013]双悬臂轨道吊装卸过程；
[0014]分别对双小车岸桥装卸过程、AGV无冲突路径规划过程和双悬臂轨道吊装卸过程进行建模，最后通过耦合协调模型实现双小车岸桥、AGV和双悬臂轨道吊的集成调度。
[0015]可选地，双小车岸桥装卸过程，具体包括：
[0016]对于双小车岸桥装卸过程，本申请考虑双小车岸桥中转平台的容量约束情况，当中转平台上的集装箱达到堆放上限后，岸桥的主小车将停止从船舶上卸箱直到中转平台上有空余位置，装船时的情况与之相反；
[0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023]其中，式(1)表示卸船岸桥中转平台上的集装箱数量不能超过其容量；式(2)表示岸桥的岸侧小车需要等待海侧小车将集装箱放到中转平台上才能开始工作；式(3)表示AGV在岸桥下的时间要大于岸桥的岸侧小车操作的时间；式(4)表示在装船任务中，AGV到达岸桥与岸桥岸侧小车取箱的时刻关系；式(5)表示岸桥岸侧小车从AGV上拿箱的时刻与完成装船任务时刻的关系；式(6)表示装船岸桥中转平台上的集装箱数量不能超过其容量。
[0024]可选地，AGV无冲突路径规划过程，具体包括：
[0025]AGV在水平运输环节中的路段包括两个部分，一个是AGV进入堆场之前的路段，另一个是AGV进入堆场的路段；在AGV进入堆场之前的路段，两辆AGV同时到达同一个路口而产生的交叉冲突；在AGV进入堆场时，由于进入堆场的道路较窄，为了避免拥堵，对道路的车辆密度进行约束；
[0026]在AGV进入堆场之前，式(7)表示每个节点至多仅被访问一次，即AGV路径不存在重复路段，避免环路死锁；式(8)表示路径G的长度D
G
为其所有节点的边之和；式(9)表示路径节点的冲突检测；式(10)表示AGV行驶时间的冲突检测；
[0027][0028][0029][0030][0031]当检测出AGV冲突时，对冲突路径中的AGV优先级进行判定；两台AGV冲突，优先级低的等待，优先级高的先通过冲突路段，多台AGV冲突，依次排队等待优先级高的AGV先通行，以到达冲突节点的时间来判断AGV的优先级，到达时间早的优先级高，加速通行，到达时间迟的优先级低，减速通行；
[0032][0033][0034][0035]式(11)表示优先级低的AGV从v减速到v1的距离l
s
，同时也是AGV从v1加速回到v的距离；式(12)表示优先级高的AGV从v加速到v2的距离l'
s
，同时也是AGV从v2减速回到v的距离；式(13)表示优先级低的AGV从距离冲突节点L
s
减速到v1，以v1匀速行驶到达冲突节点所消耗的时间与优先级高的AGV从距离冲突节点L
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s
时加速到v2，以v2匀速通过冲突节点的时间相同；
[0036][0037][0038][0039]在AGV进入堆场时，式(14)表示AGV出堆场的时刻，其中t
out,ik
表示处理岸桥k执行的第i个集装箱的AGV出堆场的时刻，t
in,ik
表示处理岸桥k执行的第i个集装箱的AGV进堆场的时刻；式(15)表示连续两辆AGV进入同一个堆场道路的时间关系；式(16)表示进入同一个堆场通道的第一辆AGV与第mm辆AGV之间的时间关系，其中mm表示进入堆场通道的车辆密度。
[0040]可选地，双悬臂轨道吊装卸过程，具体包括：
[0041]在U型自动化码头布局中，AGV需要进入堆场与双悬臂轨道吊进行直接交互；当AGV数量多，轨道吊数量少时，会出现AGV等待轨道吊的情况，本申请通过控制AGV和双悬臂轨道吊的速度，使得AGV和双悬臂轨道吊能同时到达指定的贝位，实现AGV与双悬臂轨道吊的时空同步，即在同一时间到达同一个装卸作业点，消除了AGV和双悬臂轨道吊的相互等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种边装边卸模式下U型自动化集装箱码头集成调度优化方法，其特征在于，该方法包括：双小车岸桥装卸过程；AGV无冲突路径规划过程；双悬臂轨道吊装卸过程；分别对双小车岸桥装卸过程、AGV无冲突路径规划过程和双悬臂轨道吊装卸过程进行建模，最后通过耦合协调模型实现双小车岸桥、AGV和双悬臂轨道吊的集成调度。2.如权利要求1所述的边装边卸模式下U型自动化集装箱码头集成调度优化方法，其特征在于，双小车岸桥装卸过程，具体包括：对于双小车岸桥装卸过程，本申请考虑双小车岸桥中转平台的容量约束情况，当中转平台上的集装箱达到堆放上限后，岸桥的主小车将停止从船舶上卸箱直到中转平台上有空余位置，装船时的情况与之相反；位置，装船时的情况与之相反；位置，装船时的情况与之相反；位置，装船时的情况与之相反；位置，装船时的情况与之相反；位置，装船时的情况与之相反；其中，式(1)表示卸船岸桥中转平台上的集装箱数量不能超过其容量；式(2)表示岸桥的岸侧小车需要等待海侧小车将集装箱放到中转平台上才能开始工作；式(3)表示AGV在岸桥下的时间要大于岸桥的岸侧小车操作的时间；式(4)表示在装船任务中，AGV到达岸桥与岸桥岸侧小车取箱的时刻关系；式(5)表示岸桥岸侧小车从AGV上拿箱的时刻与完成装船任务时刻的关系；式(6)表示装船岸桥中转平台上的集装箱数量不能超过其容量。3.如权利要求1所述的边装边卸模式下U型自动化集装箱码头集成调度优化方法，其特征在于，AGV无冲突路径规划过程，具体包括：AGV在水平运输环节中的路段包括两个部分，一个是AGV进入堆场之前的路段，另一个是AGV进入堆场的路段；在AGV进入堆场之前的路段，两辆AGV同时到达同一个路口而产生的交叉冲突；在AGV进入堆场时，由于进入堆场的道路较窄，为了避免拥堵，对道路的车辆密度进行约束；在AGV进入堆场之前，式(7)表示每个节点至多仅被访问一次，即AGV路径不存在重复路段，避免环路死锁；式(8)表示路径G的长度D
G
为其所有节点的边之和；式(9)表示路径节点的冲突检测；式(10)表示AGV行驶时间的冲突检测；的冲突检测；式(10)表示AGV行驶时间的冲突检测；
当检测出AGV冲突时，对冲突路径中的AGV优先级进行判定；两台AGV冲突，优先级低的等待，优先级高的先通过冲突路段，多台AGV冲突，依次排队等待优先级高的AGV先通行，以到达冲突节点的时间来判断AGV的优先级，到达时间早的优先级高，加速通行，到达时间迟的优先级低，减速通行；的优先级低，减速通行；的优先级低，减速通行；式(11)表示优先级低的AGV从v减速到v1的距离l
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，同时也是AGV从v1加速回到v的距离；式(12)表示优先级高的AGV从v加速到v2的距离l
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表示处理岸桥k执行的第i个集装箱的AGV进堆场的时刻；式(15)表示连续两辆AGV进入同一个堆场道路的时间关系；式(16)表示进入同一个堆场通道的第一辆AGV与第mm辆AGV之间的时间关系，其中mm表示进入堆场通道的车辆密度。4.如权利要求1所述的边...

【专利技术属性】
技术研发人员：许波桅，接德培，李军军，杨勇生，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：