一种考虑外集卡到达不确定的U型自动化码头绿色集成调度方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑外集卡到达不确定的U型自动化码头绿色集成调度方法，该方法包含以下步骤：S1、令迭代次数iter＝0，采用任务分配的形式进行染色体编码，生成初始种群；S2、融合绿色等待策略的集成调度方案适应度值计算和选择操作，记录当前最优解；S3、执行基于莱维飞行的交叉操作；S4、进行随机自适应变异；S5、更新当前最优解，iter＝iter+1；S6，满足终止条件，将最大适应度值f对应的绿色集成调度方案作为最佳调度方案输出。其优点为：该方法针对U型自动化码头装卸工艺，考虑外集卡到达的不确定性，建立了以所有任务的完工时间最小和装卸设备碳排放量最少的多目标绿色集成调度模型，可以提高U型自动化码头的装卸效率，促进绿色港口的发展。进绿色港口的发展。进绿色港口的发展。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑外集卡到达不确定的U型自动化码头绿色集成调度方法


[0001]本专利技术涉及自动化码头生产调度领域，具体涉及一种考虑外集卡到达不确定的U型自动化码头绿色集成调度方法。

技术介绍

[0002]U型自动化集装箱码头(简称：U型自动化码头)高效经济，是未来自动化码头改造的方向。双小车岸桥(简称：岸桥)、AGV、双悬臂轨道吊(简称：轨道吊)和外集卡是U型自动化码头的主要装卸设备，四者相互关联，相互影响，如何使得岸桥、AGV、轨道吊和外集卡高效协同作业，保证以最少的时间完成所有装卸任务，是亟待解决的关键科学问题。随着自动化码头建设的加快，如何减少大型自动化装备运作的能耗是另一个重要的科学问题。
[0003]关于自动化码头的集成调度问题，国内外众多学者对此进行了研究。然而，现有自动化码头集成调度研究中，大部分都是建立在确定的理想情况下，较少考虑外集卡；关于集装箱码头节能减排的研究大多数集中在传统码头上，缺乏对自动化码头集成调度情况下的节能减排研究，这大大限制了我国集装箱港口高质量转型发展的进程。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种考虑外集卡到达不确定的U型自动化码头绿色集成调度方法，该方法针对U型自动化码头“双小车岸桥+自动导引车(Automated Guided Vehicle，AGV)+双悬臂轨道吊+外集卡”的装卸工艺，考虑外集卡到达的不确定性，建立了以所有任务的完工时间最小和装卸设备碳排放量最少的多目标绿色集成调度模型，设计了一种改进的混合遗传布谷鸟算法进行优化求解，有效地提高了U型自动化码头的装卸效率，促进了绿色港口的发展。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种考虑外集卡到达不确定的U型自动化码头绿色集成调度方法，该方法包含以下步骤：
[0007]S1、令迭代次数iter＝0，采用任务分配的形式进行染色体编码，生成初始种群；
[0008]S2、融合绿色等待策略的集成调度方案适应度值计算和选择操作，记录当前最优解；
[0009]S3、执行基于莱维飞行的交叉操作；
[0010]S4、进行随机自适应变异；
[0011]S5、更新当前最优解，iter＝iter+1；
[0012]S6、满足终止条件，当进化代数iter等于预设的最大进化代数Maxiter时，将最大适应度值f对应的绿色集成调度方案作为最佳调度方案输出；
[0013]所述步骤S6中，当进化代数小于预设的最大进化代数时，转至步骤S2，直至得到最佳调度方案。
[0014]优选地，所述步骤S1中采用任务分配的形式进行染色体编码具体为：
[0015]针对U型自动化码头中双小车岸桥、自动导引车(Automated Guided Vehicle，AGV)、双悬臂轨道吊、外集卡四种设备的集成调度，所建立的模型需要区分岸桥、AGV、轨道吊和外集卡的任务，所以采用任务分配的形式进行染色体编码。为了区分卸船和装船任务，在染色体中加入数字“0”用来区分，“0”左边的为卸船任务，右边的为装船任务。
[0016]优选地，所述步骤S2中融合绿色等待策略的集成调度方案适应度值计算和选择操作具体为：
[0017]绿色等待策略，即当外集卡任务与船舶任务在堆场的贝位一致时，运输该船舶任务的AGV将等待该外集卡到达，之后轨道吊完成外集卡任务装卸后立即对船舶任务进行装卸，可充分减少轨道吊的行驶距离和停驻次数，减少轨道吊的碳排放量。
[0018]根据适应度函数，即计算U型自动码头每种集成调度方案的适应度值。其中，f1表示完成所有任务的时间最小，f2表示岸桥、AGV、轨道吊三种设备的碳排放量最少，为f1的权重系数，为f2的权重系数。采用轮盘赌机制进行选择，为了防止算法陷入局部最优解，在选择操作时保留5％的劣质个体。
[0019]优选地，所述步骤S3中所述基于莱维飞行的交叉操作具体为：
[0020]交叉部分引入莱维飞行的理论，针对染色体第一层任务编号，将染色体中卸船和装船任务分别进行如下操作，首先对每一个基因按照莱维飞行公式和进行更新，其中U～N(0,σ2),V～(0,1),X
t
为当前最优解，X
t+1
为更新后的最优解，α
max
为最大步长，α
min
为最小步长，iter为进化代数，Maxiter为最大进化代数，λ∈[1,2]的随机数。此操作的结果会产生不可行解，随后将不可行解修复成可行解，具体操作为对每个基因位中的元素进行四舍五入取整的操作，将其中相同的元素置0，最后选择种群中适应度最好的个体与更新后的个体进行比较，将随机选择的个体中含有但更新后个体中不含有的元素依次替换掉后者中的“0”元素。针对染色体第二、四和五层，将染色体进行单点交叉，随机选择交叉点，将两条染色体交叉点之前或者之后的所有元素进行交换。针对染色体第三层，由于AGV可以进行任意的任务，因此不需要对第三层进行操作。
[0021]优选地，所述步骤S4中的所述随机自适应变异具体为：
[0022]随机自适应变异采用逆序操作，即在染色体上随机选择两点，将两点之间的任务进行逆序排列。变异概率采用自适应变异概率，可根据进化代数自动调整，即其中p
max
为最大变异概率，p
min
为最小变异概率。
[0023]优选地，所述最优的绿色集成调度方案为：在外集卡到达时间不确定的情况下合理分配作业任务实现岸桥、AGV、轨道吊和外集卡之间集成调度的总时间最小以及三种装卸设备的碳排放最低。
[0024]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0025](1)本专利技术的考虑外集卡到达不确定的U型自动化码头绿色集成调度方法，通过对遗传算法和布谷鸟算法进行改进形成一种改进的混合遗传布谷鸟算法，采用任务分配的形式进行染色体编码，提高了算法的求解结果以及效率；
[0026](2)该方法提出了一种绿色等待策略，当任务规模较小时，不等待策略的结果较好，并且随着任务量的增多，两者的差值逐渐减小；当任务规模较大时，绿色等待策略结果较好；
[0027](3)该方法考虑了外集卡到达时间不确定的情况下合理分配作业任务实现岸桥、AGV、轨道吊和外集卡之间集成调度的总时间最小以及三种装卸设备的碳排放最低；
[0028](4)该方法求解质量明显优于遗传算法、自适应遗传算法、灰狼优化算法，尤其是在求解大规模问题时，计算时间得到了很大的提升。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的实施例中U型自动化集装箱码头布局图；
[0030]图2为本专利技术的考虑外集卡到达不确定的U型自动化码头绿色集成调度方法流程示意图；
[0031]图3为本专利技术的实施例中染色体编码示意图；
[0032]图4为本专利技术的实施例中染色体交叉示意图；
[0033]图5为四种算法的15组实例性能趋势对比示意图；
[0034]图6为四种算法的15组实例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑外集卡到达不确定的U型自动化码头绿色集成调度方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：S1、令迭代次数iter＝0，采用任务分配的形式进行染色体编码，生成初始种群；S2、融合绿色等待策略的集成调度方案适应度值计算和选择操作，记录当前最优解；S3、执行基于莱维飞行的交叉操作；S4、进行随机自适应变异；S5、更新当前最优解，iter＝iter+1；S6、满足终止条件，当进化代数iter等于预设的最大进化代数Maxiter时，将最大适应度值f对应的绿色集成调度方案作为最佳调度方案输出；所述步骤S6中，当进化代数小于预设的最大进化代数时，转至步骤S2，直至得到最佳调度方案。2.如权利要求1所述的考虑外集卡到达不确定的U型自动化码头绿色集成调度方法，其特征在于，所述步骤S1中采用任务分配的形式进行染色体编码具体为：针对U型自动化码头中双小车岸桥、自动导引车(Automated Guided Vehicle，AGV)、双悬臂轨道吊、外集卡四种设备的集成调度，所建立的模型需要区分岸桥、AGV、轨道吊和外集卡的任务，所以采用任务分配的形式进行染色体编码。为了区分卸船和装船任务，在染色体中加入数字“0”用来区分，“0”左边的为卸船任务，右边的为装船任务。3.如权利要求2所述的考虑外集卡到达不确定的U型自动化码头绿色集成调度方法，其特征在于，所述步骤S2中融合绿色等待策略的集成调度方案适应度值计算和选择操作具体为：提出一种绿色等待策略，即当外集卡任务与船舶任务在堆场的贝位一致时，运输该船舶任务的AGV将等待该外集卡到达，之后轨道吊完成外集卡任务装卸后立即对船舶任务进行装卸，可充分减少轨道吊的行驶距离和停驻次数，减少轨道吊的碳排放量。根据适应度函数，即计算U型自动码头每种集成调度方案的适应度值。其中，f1表示完成所有任务的时间最小，f2表示岸桥、AGV、轨道吊三种设备的碳排放量最少，为f1的权重系数，为f2的权重系数。采用轮盘赌机制进行选择，为了防止算法陷入局部最优解，在...

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