一种基于多机协同的混凝土坝振捣台车实时调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多机协同的混凝土坝振捣台车实时调度方法，包括：建立混凝土坝建设的三维模型，以及混凝土坝不同振捣层的二维模型，通过高精度位置传感器实时更新施工进度，建立混凝土坝整体的三维施工进度模型；计算不同类型振捣台车工作效率；分配不同振捣台车的工作区域；计算不同振捣台车在各自施工区域内需要振捣的振捣点分布；按照路径最短原则，规划各振捣台车的行驶路径；设定安全工作距离，以安全工作距离为约束条件；定期对施工进度进行比较和调度。本发明专利技术能够获取到各振捣台车的行驶最短路径，且能够确保振捣台车与其他施工机械处于安全距离，实现各振捣台车的行驶路径的最优规划，实时调度振捣台车完成精细化振捣工作。化振捣工作。化振捣工作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多机协同的混凝土坝振捣台车实时调度方法


[0001]本专利技术属于混凝土坝智能建造、绿色建造领域，具体涉及一种基于多机协同的混凝土坝振捣台车实时调度方法。

技术介绍

[0002]混凝土坝通常建筑在深山峡谷，是国内外建设水库选择的主要坝型之一。截至2014年底，中国坝高70m以上的已建大中型水库中，混凝土坝占38.9％；坝高100m以上已建在建的近200座高坝水库中，混凝土坝占52.6％。水库大坝越高，采用混凝土坝型的比例越高。然而，受河谷狭窄地段影响,多种机械设备的交叉协作施工必然会增加安全和进度风险。在这种情况下，要提高拱坝浇筑施工效率，就必然得从施工精细化管理入手，着眼于混凝土振捣过程自动化，协调好各振捣台车间的协作关系，提高施工效率。
[0003]以振捣台车为主的混凝土振捣方式广泛应用于高拱坝混凝土浇筑施工。在一个浇筑区内，配置缆机、平仓机、振捣机各一台，依次完成混凝土的卸料，平仓和振捣工作。振捣台车的停靠、振捣、行进、避让与绕行必然会影响同一区域内其他机械的行驶路径和时间，进而影响了浇筑安全、进度和成本。
[0004]目前，在混凝土拱坝浇筑的实际施工时，振捣台车的驾驶主要依赖驾驶员人为判断目标振捣点、同区域的其他运动和静止机械设备的位置、速度等信息，以便决定如何安全避开障碍物，并完成振捣工作活动；对运动实体之间安全关系，振捣点的精细操作考虑较少，从而影响了振捣台车的驾驶路径的合理化规划。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对混凝土坝混凝土浇筑工作中存在的工作量大、数据量庞杂、人工处理和评判难度高且效率低、精度低的问题，提供一种基于多机协同的混凝土坝振捣台车实时调度方法，其能够获取到各振捣台车的行驶最短路径，且能够确保振捣台车与其他施工机械处于安全距离，实现各振捣台车的行驶路径的最优规划，实时调度振捣台车完成精细化振捣工作。
[0006]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种基于多机协同的混凝土坝振捣台车实时调度方法，包括如下步骤：
[0007]S1：提取混凝土坝空间数据，通过计算机完成混凝土坝三维建模，并且建立混凝土坝不同振捣层的二维模型，二维模型以点阵的形式存储在计算机中，每个点代表当前振捣层的振捣点，通过高精度位置传感器实时更新每个振捣点的施工进度，二维模型通过堆叠建立混凝土坝整体的三维施工进度模型以监控大坝振捣工作的整体进度；
[0008]S2：根据历史工作数据，计算不同类型振捣台车工作效率；
[0009]S3：根据振捣台车工作效率，分配不同振捣台车的工作区域；
[0010]S4：按照施工规范要求，计算不同振捣台车在各自施工区域内需要振捣的振捣点分布；
[0011]S5：根据步骤S4获取的振捣点分布，计算振捣台车的最短路径，按照路径最短原则，规划各振捣台车的行驶路径；
[0012]S6：设定下料缆机、平仓机、振捣台车的安全工作距离，以安全工作距离为约束条件，当振捣台车向下一个振捣点行进时，计算该振捣台车与其他施工机械的距离，若距离小于安全工作距离，则重新规划路线；
[0013]S7：定期对施工进度进行比较，若出现某台振捣台车的施工进度明显落后于预期的施工进度，则调度其他振捣台车辅助或接替其工作。
[0014]进一步地，所述步骤S2中不同类型振捣台车工作效率的计算公式为：
[0015][0016]其中，η代表不同振捣台车的工作效率向量，δ代表不同振捣台车在不同的大坝振捣区域工作n小时的工作量(δ以矩阵的形式存储，n取值应大于20)。
[0017]对于所有振捣台车类型，每个类型需要n小时(n值应大于等于20)以上的历史施工数据，计算不同类型振捣台车工作效率。
[0018]进一步地，所述步骤S3中振捣台车的工作区域的分配方法为：
[0019]输入混凝土坝施工计划，结合大坝各层施工面积，计算不同类型振捣台车需要振捣的施工面积，针对不同振捣台车计算的理论工作面积，按照规则化的分配原则分配实际工作任务。
[0020]进一步地，所述步骤S3中振捣台车的工作区域的分配步骤为：
[0021]A1：通过数据库调取当前建筑层面二维模型，对每层的浇筑面积建立数学模型：
[0022][0023]其中，l为混凝土坝的宽度，f1(x)为混凝土坝迎水面的线性函数表示，f2(x)为混凝土坝背水面的线性函数表示；
[0024]A2：通过步骤A1给出的数学模型计算出振捣台车的振捣面积p在混凝土坝浇筑平面的宽度，即为振捣台车的实际振捣区域。
[0025]进一步地，所述步骤S4中振捣点分布的计算方法为：
[0026]B1：在相应的振捣区域内，按照混凝土振捣施工规范要求计算工作区域内实际需要的振捣点数量及其分布；
[0027]B2：将这些振捣点以图的形式输入到计算机中。
[0028]进一步地，所述步骤S5中采用蚁群算法求解振捣台车的最短路径，计算方法为：
[0029]设整个蚂蚁群体中蚂蚁的数量为m，振捣点的数量为n，振捣点i与振捣点j之间的距离为d
ij
(i，j＝1，2，
…
，n)，t时刻振捣点i与振捣点j连接路径上的信息素浓度为τ
ij
(t)；初始时刻，蚂蚁被放置在不同的振捣点里，且各振捣点间连接路径上的信息素浓度相同，设τ
ij
(0)＝τ(0)，然后蚂蚁将按一定概率选择线路，设为t时刻蚂蚁k从振捣点i转移到振捣点j的概率；
[0030][0031]其中，为启发函数，表示蚂蚁从振捣点到振捣点期望程度；allow
k
(k＝1，2，
…
，m)为蚂蚁k待访问振捣点集合；α为信息素重要程度因子，简称信息度因子，其值越大，表示信息影响强度越大；β为启发函数重要程度因子，简称启发函数因子，其值越大，表明启发函数影响越大；
[0032]当所有蚂蚁完整走完一遍所有振捣点之后，各个振捣点间连接路径上的信息浓度为：
[0033][0034]其中，为第k只蚂蚁在振捣点i与振捣点j连接路径上释放信息素而增加的信息素浓度；为所有蚂蚁在振捣点i与振捣点j连接路径上释放信息素而增加的信息素浓度；
[0035]进一步地，所述步骤S5中的值由ant cycle system模型进行计算：
[0036][0037]其中，Q为信息素常数，表示蚂蚁循环一次所释放的信息素总量；L
k
为第k只蚂蚁经过路径的总长度。
[0038]进一步地，所述步骤S5中采用蚁群算法求解振捣台车的最短路径的算法流程为：
[0039]C1：对相关参数进行初始化，包括初始化蚁群规模、信息素因子、启发函数因子、信息素、挥发因子、信息素常数、最大迭代次数等，以及将数据读入程序，并对数据进行基本的处理，如将振捣点的坐标位置，转为振捣点间的矩阵；
[0040]C2：随机将蚂蚁放于不同的出发点，对每个蚂蚁计算其下一个访问振捣点，直至所更新信息素表有蚂蚁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多机协同的混凝土坝振捣台车实时调度方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：提取混凝土坝空间数据，通过计算机完成混凝土坝三维建模，并且建立混凝土坝不同振捣层的二维模型，二维模型以点阵的形式存储在计算机中，每个点代表当前振捣层的振捣点，通过高精度位置传感器实时更新每个振捣点的施工进度，二维模型通过堆叠建立混凝土坝整体的三维施工进度模型以监控大坝振捣工作的整体进度；S2：根据历史工作数据，计算不同类型振捣台车工作效率；S3：根据振捣台车工作效率，分配不同振捣台车的工作区域；S4：按照施工规范要求，计算不同振捣台车在各自施工区域内需要振捣的振捣点分布；S5：根据步骤S4获取的振捣点分布，计算振捣台车的最短路径，按照路径最短原则，规划各振捣台车的行驶路径；S6：设定下料缆机、平仓机、振捣台车的安全工作距离，以安全工作距离为约束条件，当振捣台车向下一个振捣点行进时，计算该振捣台车与其他施工机械的距离，若距离小于安全工作距离，则重新规划路线；S7：定期对施工进度进行比较，若出现某台振捣台车的施工进度明显落后于预期的施工进度，则调度其他振捣台车辅助或接替其工作。2.根据权利要求1所述的一种基于多机协同的混凝土坝振捣台车实时调度方法，其特征在于，所述步骤S2中不同类型振捣台车工作效率的计算公式为：其中，η代表不同振捣台车的工作效率向量，δ代表不同振捣台车在不同的大坝振捣区域工作n小时的工作量(δ以矩阵的形式存储，n取值应大于20)。3.根据权利要求1所述的一种基于多机协同的混凝土坝振捣台车实时调度方法，其特征在于，所述步骤S3中振捣台车的工作区域的分配方法为：输入混凝土坝施工计划，结合大坝各层施工面积，计算不同类型振捣台车需要振捣的施工面积，针对不同振捣台车计算的理论工作面积，按照规则化的分配原则分配实际工作任务。4.根据权利要求3所述的一种基于多机协同的混凝土坝振捣台车实时调度方法，其特征在于，所述步骤S3中振捣台车的工作区域的分配步骤为：A1：通过数据库调取当前建筑层面二维模型，对每层的浇筑面积建立数学模型：其中，l为混凝土坝的宽度，f1(x)为混凝土坝迎水面的线性函数表示，f2(x)为混凝土坝背水面的线性函数表示；A2：通过步骤A1给出的数学模型计算出振捣台车的振捣面积p在混凝土坝浇筑平面的宽度，即为振捣台车的实际振捣区域。5.根据权利要求1所述的一种基于多机协同的混凝土坝振捣台车实时调度方法，其特征在于，所述步骤S4中振捣点分布的计算方法为：B1：在相应的振捣区域内，按照混凝土振捣施工规范要求计算工作区域内实际需要的
振捣点数量及其分布；B2：将这些振捣点以图的形式输入到计算机中。6.根据权利要求1所述的一种基于多机协同的混凝土坝振捣台车实时调度方法，其特征在于，所述步骤S5中采用蚁群算法求解振捣台车的最短路径，计算方法为：设整个蚂蚁群体中蚂蚁的数量为m，振捣点的数量为n，振捣点i与振捣点j之间的距离为d
ij
(i，j＝1，2，
…
，n)，t时刻振捣点i与振捣点j连接路径上的信息素浓度为τ
ij
(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：王龙宝，高东禹，张本腾，龙冲，毛莺池，沈义灿，余庆，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：