面向港区车辆调度-规控耦合的智能集卡协同调度方法技术

本发明专利技术涉及一种面向港区车辆调度

【技术实现步骤摘要】
面向港区车辆调度
‑
规控耦合的智能集卡协同调度方法


[0001]本专利技术涉及交通运输
，尤其是涉及一种面向港区车辆调度
‑
规控耦合的智能集卡协同调度方法。

技术介绍

[0002]港口作为连接海上交通与内陆交通的重要枢纽，在交通运输体系中具有重要地位。近年来，港区集装箱吞吐量不断增长、集装箱船舶大型化快速发展，对集装箱码头装卸作业效率提出了更高要求。随着自动化技术的不断应用，港区智能化程度显著提高，集装箱码头的装卸效率相应得到大幅度提高。智能集卡作为自动化集装箱码头的关键运输工具，承担集装箱装船运输的主要任务。在实际港区作业环境中，智能集卡的高效稳定运行以及集卡之间合理的协同调度的必要性也越来越大。
[0003]港区V2X车路协同基础设施的建设，实现车、路、作业设备互联，港区实时作业全息感知成为可能，与此同时，自动驾驶实现港区封闭环境的部分商业化落地应用，全新的运输环境为促进港口运输管理变革、解决现实问题提供契机。如何利用自动驾驶和车路网联优势进一步提升港区运输效能是未来的发展重点。目前的智能集卡协同调度方法主要聚焦于宏观整体任务调度优化或微观车辆规控，前者主要关注如何通过合理的任务分配和资源调度来优化整个港区运输效率，后者主要考虑多车协同减小冲突，通过优化单个作业的执行过程来提高整个作业流程效率。
[0004]尽管现有的智能集卡协同调度方法能为提高港区的调度效果提供参考，但是大多没有考虑集卡的执行能力，调度决策与集卡执行割裂。随着港区自动化程度不断提高，自动驾驶落地港区后面临的作业环境动态变化、随机性强，对智能集卡调度方法的准确度、鲁棒性提出更高的要求，而单一任务调度优化无法保障车辆对调度方案的执行度和作业环境安全性，单一车辆规控方法计算量大求解速度慢，且无法最优化港区整体效率和成本。所以现有方法难以直接应用于港区实际动态变化的作业环境。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了提供一种面向港区车辆调度
‑
规控耦合的智能集卡协同调度方法，以时空特征点连接任务调度与车辆规控，根据港区实时作业信息制定调度方案，通过宏观任务调度与微观集卡规控相互协同，提高运输效率的同时，考虑集卡执行能力保障港区集卡执行的精准度。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种面向港区车辆调度
‑
规控耦合的智能集卡协同调度方法，包括以下步骤：
[0008]S1、港区数据采集：调查港区运营信息，明确总体调度需求，实时监测港区作业信息；
[0009]S2、任务调度：根据采集的港区作业信息，综合多方利益需求，输出智能集卡最优作业序列；
[0010]S3、路径调整：根据智能集卡最优作业序列，构建路径调整算法，考虑多车协同的目的调整智能集卡路径，得到多车系统无冲突轨迹，确定集卡路径时空特征经由点对象；
[0011]S4、速度调整：构建速度调整算法，进行多车协同速度调整，对路径调整算法输出的路径进行优化，得到优化集卡路径时空特征经由点；
[0012]S5、控制指令执行与反馈：集卡根据速度调整算法输出的控制指令执行动作，并向路径调整算法和速度调整算法反馈集卡的实时状态信息，实现智能集卡的协同调度。
[0013]所述步骤S1具体包括以下步骤：
[0014]S11、解析港区调度需求：调研港区路网结构、交通状况、智能集卡类型和数量、作业设备种类和数量，确定港区的调度目标；
[0015]S12、港区作业信息实时监测：动态采集作业设备、智能集卡的运行状态，以及各集装箱的作业信息和车辆的装卸信息。
[0016]所述步骤S2具体为：根据港区实时作业信息，结合最小化作业设备的空闲时间、智能集卡等待时间、智能集卡之间的路径冲突的调度需求，建立任务调度目标函数，并构建任务调度约束，求解得到智能集卡最优作业序列。
[0017]所述任务调度目标函数为：
[0018][0019][0020][0021]其中，Q
f
为作业设备类型，如果作业设备f是轨道吊，Q
f
＝1，若作业设备f是轮胎吊，Q
f
＝0；为作业设备f的空闲之间总和，为无人运输集卡h的等待时间总和，g
l
为集卡经过港区路网交叉口节点i的总次数；a，b，c分别为权重系数；
[0022]式中第一项表示岸桥轨道吊作业空闲时间之和，第二项表示所有无人运输集卡的等待时间之和，第三项表示无人运输集卡在路网中冲突指数；
[0023]Z
fi
表示装卸操作i的作业设备为f时Z
fi
＝1，否则Z
fi
＝0；表示装卸操作i对应的作业设备作业完成时间；y
ij
表示装卸操作i为装卸操作j的直接前驱任务y
ij
＝1，否则y
ij
＝0；表示装卸操作j对应的作业设备开始作业时间；x
hi
表示若装卸操作i由无人集卡h运输x
hi
＝1，否则x
hi
＝0；表示装卸操作i进入相应的作业设备时刻。
[0024]所述任务调度约束包括装卸逻辑约束、时间约束、车辆负载约束，其中，
[0025]所述装卸逻辑约束包括：所有的装卸操作均被智能集卡完成运输，所有的装卸操作都有且仅有一个直接前驱与直接后继操作，装卸操作自己不能成为自己的直接前驱或后
继操作，同一个集装箱第一个装卸操作顺序在第二个装卸操作之前；
[0026]所述时间约束包括：同一个集装箱的两个装卸操作均由同一辆智能集卡完成，集装箱到达对应的设备的时间、作业设备开始作业时间、作业设备作业完成时间、集装箱离开作业设备时间不小于0；
[0027]所述车辆负载约束具体为：车辆最多只能装载一个40英尺集装箱，或者两个20英尺集装箱。
[0028]所述路径调整算法以最小化路径调整前后车辆行驶路径长度变化与最小化路径调整后对其他节点的冲突次数的增加为目标，其目标函数为：
[0029][0030][0031][0032][0033]ΔL
h
＝L
′
h
‑
L
h
[0034]其中，α1为其他路段负载超额目标函数权重，α2为调整后车辆路径目标函数权重；R
i
为路径调整后，节点i所产生的冲突变化；ΔL
h
为路径调整后，车辆h的路径长度变化值；路径调整后，为车辆h到达节点i的时刻，T
h
为车辆出发时刻，为0
‑
1变量，如果车辆h经过节点i时L
′
h
为调整路径后车辆h的路径长度；e
ij
为路段ij的长度；L
min
为最小安全距离；V为车辆的期望速度；是决策变量，车辆h经过路段ij时，否则
[0035]所述路径调整算法的约束条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向港区车辆调度
‑
规控耦合的智能集卡协同调度方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、港区数据采集：调查港区运营信息，明确总体调度需求，实时监测港区作业信息；S2、任务调度：根据采集的港区作业信息，综合多方利益需求，输出智能集卡最优作业序列；S3、路径调整：根据智能集卡最优作业序列，构建路径调整算法，考虑多车协同的目的调整智能集卡路径，得到多车系统无冲突轨迹，确定集卡路径时空特征经由点对象；S4、速度调整：构建速度调整算法，进行多车协同速度调整，对路径调整算法输出的路径进行优化，得到优化集卡路径时空特征经由点；S5、控制指令执行与反馈：集卡根据速度调整算法输出的控制指令执行动作，并向路径调整算法和速度调整算法反馈集卡的实时状态信息，实现智能集卡的协同调度。2.根据权利要求1所述的一种面向港区车辆调度
‑
规控耦合的智能集卡协同调度方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：S11、解析港区调度需求：调研港区路网结构、交通状况、智能集卡类型和数量、作业设备种类和数量，确定港区的调度目标；S12、港区作业信息实时监测：动态采集作业设备、智能集卡的运行状态，以及各集装箱的作业信息和车辆的装卸信息。3.根据权利要求1所述的一种面向港区车辆调度
‑
规控耦合的智能集卡协同调度方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：根据港区实时作业信息，结合最小化作业设备的空闲时间、智能集卡等待时间、智能集卡之间的路径冲突的调度需求，建立任务调度目标函数，并构建任务调度约束，求解得到智能集卡最优作业序列。4.根据权利要求3所述的一种面向港区车辆调度
‑
规控耦合的智能集卡协同调度方法，其特征在于，所述任务调度目标函数为：其特征在于，所述任务调度目标函数为：其特征在于，所述任务调度目标函数为：其中，Q
f
为作业设备类型，如果作业设备f是轨道吊，Q
f
＝1，若作业设备f是轮胎吊，Q
f
＝0；为作业设备f的空闲之间总和，为无人运输集卡h的等待时间总和，g
l
为集卡经过港区路网交叉口节点i的总次数；a,b,c分别为权重系数；式中第一项表示岸桥轨道吊作业空闲时间之和，第二项表示所有无人运输集卡的等待时间之和，第三项表示无人运输集卡在路网中冲突指数；
Z
fi
表示装卸操作i的作业设备为f时Z
fi
＝1，否则Z
fi
＝0；表示装卸操作i对应的作业设备作业完成时间；y
ij
表示装卸操作i为装卸操作j的直接前驱任务y
ij
＝1，否则y
ij
＝0；表示装卸操作j对应的作业设备开始作业时间；x
hi
表示若装卸操作i由无人集卡h运输x
hi
＝1，否则x
hi
＝0；表示装卸操作i进入相应的作业设备时刻。5.根据权利要求3所述的一种面向港区车辆调度
‑
规控耦合的智能集卡协同调度方法，其特征在于，所述任务调度约束包括装卸逻辑约束、时间约束、车辆负载约束，其中，所述装卸逻辑约束包括：所有的装卸操作均被智能集卡完成运输，所有的装卸操作都有且仅有一个直接前驱与直接后继操作，装卸操作自己不能成为自己的直接前驱或后继操作，同一个集装箱第一个装卸操作顺序在第二个装卸操作之前；所述时间约束包括：同一个集装箱的两个装卸操作均由同一辆智能集卡完成，集装箱到达对应的设备的时间、作业设备开始作业时间、作业设备作业完成时间、集装箱离开作业设备时间不小于0；所述车辆负载约束具体为：车辆最多只能装载一个40英尺集装箱，或者两个20英尺集装箱。6.根据权利要求1所述的一种面向港区车辆调度
‑
规控耦合的智能集卡协同调度方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡笳，董逸轩，安连华，李泓辰，李俊琦，杜豫川，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：