【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集装箱智能化运输，具体涉及一种基于u型工艺的自动化港口堆场作业管理及agv调度方法。
技术介绍
1、近年来，集装箱运输在世界贸易中优势凸显，自动化集装箱港口也迅速发起来。船舶集装箱通过agv(automated guided vehicle，自动导引运输车)实现码头前沿与堆场之间的运输，来自铁路或公路的集装箱则通过集卡衔接堆场和陆侧运输，因此，堆场场吊作为共用装卸设备，将集卡与agv作业紧密联系在一起，承担着提高集装箱装卸、转运作业效率的关键责任。
2、现有的自动化码头，通常采用垂直式布局。在这种布局下，agv和外集卡不能进入堆场各个箱区，而是分别在箱区端部完成集装箱交接作业，此时agv走行区域较小，且agv和外集卡的运行相互独立，互不干扰。这种布局有利于缩短agv的行驶路径，简化调度操作，便于堆场作业管理。然而，垂直式布局也存在一些问题。在这种布局下，场吊需要负责集装箱的一部分水平运输工作，即集装箱需要在不同场吊之间进行额外的传递作业。这很大程度上增加了场吊的长距离往复移动和能耗，同时也延长了agv和外集卡的等待时间，导致拥堵现象的发生。此外，集卡司机也需要花费较长时间倒车进入交接区域，影响其他车道的正常通行。
3、为了应对这些挑战，“u型工艺”被提出，如图1所示，综合了端部作业工艺及传统平行工艺的主要优点，装卸点多、出箱灵活。在这种布局下，agv与集卡走行区仍相互分离，但均可以通过专用道路直接驶入箱区抵达指定作业位，集卡完成货物交接后经由u型路径离开，从而有效减少了场吊的行驶距离，有利于
4、然而，agv走行区域范围变大，运输距离变长，需要对agv调度和路径方面进行详细规划。在agv调度方面，应根据任务类型确定具体分配的任务，以提高agv的利用率。具体来说，如果agv在堆场完成当前的任务后返回码头前沿执行下一个进口任务，而不是在堆场直接衔接出口任务，则会产生较长的空驶距离。因此，应尽量安排agv交替执行进口集装箱任务和出口集装箱任务。此外，不同任务间的衔接时间以及集卡作业对agv的运行也会产生较大影响，因此agv任务分配及调度方案应尽可能实现任务的快速衔接，减少等待时间和空驶距离。在agv路径规划方面，由于采用u型布局，堆场入口向纵向延伸的作业区域面临较大的通行压力，应精确规划每台agv的时空走行路径，使其总行驶距离最小，同时应避免拥堵以及潜在的冲突，也不能对其他任务造干扰。
5、对于堆场作业，在u型布局下，根据任务的给定的起点和目标位置，可以预先确定水平运输设备的停靠位置，场吊则能够从当前任务结束点直接移动至下一个任务位置，使任务衔接更加紧密。然而，场吊不同的任务序列可能导致不同的空驶时间和完工时间，因此，应对场吊的作业序列进行优化。此外，agv或集卡进入箱区后会直接与场吊进行交互，需等双方均到达指定位置才能进行作业交接，从而产生互相等待时间，降低了码头的处理效率。此外，集卡和agv存在同时需要同一台门吊配合的情况，则三台设备之间需要通过任务序列决策或路径决策找到整体最优方案，从而减小等待时间和作业完工时间。此外，同时进行堆存、提箱作业也会给堆场的作业调度带来较大的挑战。
6、针对agv调度研究，当前在避免冲突和路径规划方面成果丰富，但忽略了问题的综合性。路径规划决定了agv到达任务取送点的时间，从而对其他交互设备的作业流程产生影响。在港口自动化作业系统中，agv担任连接各个作业环节的关键角色，需要与其他设备紧密配合、协同工作。然而，目前的研究未充分考虑这种协同，而更多地集中于路径规划策略，缺乏在实际运营中的考虑。对于agv与装卸设备的协同作业问题，现有技术都针对垂直布局模式，agv走行区域有限，且场吊作业往复移动严重，增加了设备能耗。新型u型布局的自动化场站作业环境变化较大，场吊设备以及水平运输设备的操作需求变得更为复杂，然而，目前尚未有相应的调度技术支撑这种复杂性。目前大多数相关研究通常采用一种简化的假设，即假定agv以匀速行驶，而且往往忽略了agv与门吊或岸桥之间的交接时间，许多实际运行中的条件或约束都未被充分考虑。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于u型工艺的自动化港口堆场作业管理及agv调度方法，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
3、本专利技术提供一种基于u型工艺的自动化港口堆场作业管理及agv调度方法，包括：通过基于时空贪心策略的双层遗传算法确定场吊调度方案、agv指派方案以及agv路径规划方案；其中，基于时空贪心策略的双层遗传算法包括上层算法和下层算法；利用上层算法采用遗传算法框架求解场吊作业序列，利用下层算法求解agv任务指派和路径规划。
4、进一步的，采用双层编码方式来描述场吊作业方案，第一层表示场吊的任务作业序列，第二层为场吊编号；生成初始染色体，以区分集卡任务和agv任务，平衡agv在规划周期内的工作强度，包括：采用随机方法生成各场吊agv任务的作业序列，根据集卡的预计到达时间对集卡任务进行排序，将集卡任务序列随机插入到当前agv任务序列中，从而生成完整作业方案。
5、进一步的，采用轮盘赌作为个体选择策略，以最小化作业完工时间和最小化等待时间为优化目标，并对最小化作业完工时间和最小化等待时间进行归一化处理。
6、进一步的，通过交叉算子和变异算子生成新的子代；采用多点交叉的策略进行染色体交叉操作；对于任意两个染色体，随机选择每个场吊的两项agv任务，将它们之间的基因保留至后代，其他不重复的基因则按另一个染色体编码顺序依次填充，确保新的染色体的可行性，集卡任务保持不变。
7、进一步的，对于变异算子，通过交换变异进行染色体变换，交换变异是通过对属于同一场吊的多个任务进行随机交换而形成新染色体的方式；
8、或者，通过倒序变异进行染色体变换，倒序变异则是随机选择同一场吊的两个任务，将其片段内的所有任务进行反向排列。
9、进一步的，采用贪心策略将agv分配给每个任务，并确定agv的时空路径；将距离任务最近的空闲agv或最早到达任务开始位置的agv指派给该任务；基于构造的拓扑网络和上层算法得到的任务序列，通过dijskra算法依次计算agv所载任务的最短运输路径。
10、进一步的，分别从时间和空间维度进行agv路径冲突检测；对于存在冲突的路径，即时间和空间上均发生重叠的任务，进行路径调整，重新进行冲突检测，直到不存在冲突为止。
11、进一步的，在不改变已有规划路径的情况下，增加冲突路段的成本，对当前任务重新搜索新的最短路径，从而令冲突agv绕行。
12、进一步的，如果冲突路段不能绕行，即必须经过冲突路段，则晚到的agv将等待另一agv离开以避免碰撞。
13、第二方面，本专利技术提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如上所述的基本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于U型工艺的自动化港口堆场作业管理及AGV调度方法，其特征在于，包括：通过基于时空贪心策略的双层遗传算法确定场吊调度方案、AGV指派方案以及AGV路径规划方案；其中，基于时空贪心策略的双层遗传算法包括上层算法和下层算法；利用上层算法采用遗传算法框架求解场吊作业序列，利用下层算法求解AGV任务指派和路径规划。
2.根据权利要求1所述的基于U型工艺的自动化港口堆场作业管理及AGV调度方法，其特征在于，采用双层编码方式来描述场吊作业方案，第一层表示场吊的任务作业序列，第二层为场吊编号；生成初始染色体，以区分集卡任务和AGV任务，平衡AGV在规划周期内的工作强度，包括：采用随机方法生成各场吊AGV任务的作业序列，根据集卡的预计到达时间对集卡任务进行排序，将集卡任务序列随机插入到当前AGV任务序列中，从而生成完整作业方案。
3.根据权利要求1所述的基于U型工艺的自动化港口堆场作业管理及AGV调度方法，其特征在于，采用轮盘赌作为个体选择策略，以最小化作业完工时间和最小化等待时间为优化目标，并对最小化作业完工时间和最小化等待时间进行归一化处理。
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5.根据权利要求4所述的基于U型工艺的自动化港口堆场作业管理及AGV调度方法，其特征在于，对于变异算子，通过交换变异进行染色体变换，交换变异是通过对属于同一场吊的多个任务进行随机交换而形成新染色体的方式；
6.根据权利要求1所述的基于U型工艺的自动化港口堆场作业管理及AGV调度方法，其特征在于，采用贪心策略将AGV分配给每个任务，并确定AGV的时空路径；将距离任务最近的空闲AGV或最早到达任务开始位置的AGV指派给该任务；基于构造的拓扑网络和上层算法得到的任务序列，通过Dijskra算法依次计算AGV所载任务的最短运输路径。
7.根据权利要求1所述的基于U型工艺的自动化港口堆场作业管理及AGV调度方法，其特征在于，分别从时间和空间维度进行AGV路径冲突检测；对于存在冲突的路径，即时间和空间上均发生重叠的任务，进行路径调整，重新进行冲突检测，直到不存在冲突为止。
8.根据权利要求7所述的基于U型工艺的自动化港口堆场作业管理及AGV调度方法，其特征在于，在不改变已有规划路径的情况下，增加冲突路段的成本，对当前任务重新搜索新的最短路径，从而令冲突AGV绕行。
9.根据权利要求7所述的基于U型工艺的自动化港口堆场作业管理及AGV调度方法，其特征在于，如果冲突路段不能绕行，即必须经过冲突路段，则晚到的AGV将等待另一AGV离开以避免碰撞。
...【技术特征摘要】
1.一种基于u型工艺的自动化港口堆场作业管理及agv调度方法，其特征在于，包括：通过基于时空贪心策略的双层遗传算法确定场吊调度方案、agv指派方案以及agv路径规划方案；其中，基于时空贪心策略的双层遗传算法包括上层算法和下层算法；利用上层算法采用遗传算法框架求解场吊作业序列，利用下层算法求解agv任务指派和路径规划。
2.根据权利要求1所述的基于u型工艺的自动化港口堆场作业管理及agv调度方法，其特征在于，采用双层编码方式来描述场吊作业方案，第一层表示场吊的任务作业序列，第二层为场吊编号；生成初始染色体，以区分集卡任务和agv任务，平衡agv在规划周期内的工作强度，包括：采用随机方法生成各场吊agv任务的作业序列，根据集卡的预计到达时间对集卡任务进行排序，将集卡任务序列随机插入到当前agv任务序列中，从而生成完整作业方案。
3.根据权利要求1所述的基于u型工艺的自动化港口堆场作业管理及agv调度方法，其特征在于，采用轮盘赌作为个体选择策略，以最小化作业完工时间和最小化等待时间为优化目标，并对最小化作业完工时间和最小化等待时间进行归一化处理。
4.根据权利要求1所述的基于u型工艺的自动化港口堆场作业管理及agv调度方法，其特征在于，通过交叉算子和变异算子生成新的子代；采用多点交叉的策略进行染色体交叉操作；对于任意两个染色体，随机选择每个场吊的两项agv任务，将它们之间的基因保留至后代，其他不重复的基因则按另一个染色体...
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