[发明专利]一种自动化码头ALV优化调度方法

权利要求书

1.一种自动化码头ALV优化调度方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将ALV个体定为调度对象，结合ALV路径上的拥堵情况和集装箱在堆场的位置，以完成所有集装箱任务所花费的最小时间作为优化ALV调度的目标，构建优化ALV调度数学模型；

步骤2：采用二维数组对集装箱任务进行编码，基于最短时间原则设计模拟退火算法，求解优化ALV调度数学模型，得出给定集装箱任务编码和集装箱类型情况下的最优ALV调度方案；

所述集装箱类型为进口箱或出口箱；

ALV路径上的拥堵情况通过拥堵系数表示，

应用如下公式计算得出所述拥堵系数：

其中，β为ALV行驶路径的拥堵系数；Rv为路径中ALV的数量；Rl为路径的长度；

应用如下公式计算拥堵情况下ALV在路径上的行驶时间：

b′＝bβ

其中b′为在路径拥堵情况下ALV的行驶时间；b为在路径不拥堵情况下ALV的行驶时间；

所述优化ALV调度数学模型表示为：

目标函数为：

约束条件为：

其中，D,L,N分别表示进口箱、出口箱和所有集装箱的集合，N＝DUL；P表示堆场内集装箱位置的集合；B表示箱区集合；K,V,C分别表示岸桥、ALV和AYC的集合；k,l分别表示单个岸桥；a,b分别表示箱区内的集装箱位置；(i,k)表示岸桥k处理第i个集装箱；N_k表示岸桥k处理集装箱任务的数量；v,c分别表示ALV和AYC的数量；(n,b)表示集装箱位于堆场内第n个箱区的b位置；(S,I)，(F,I)分别表示虚设的起始任务和终止任务；O_S,O_F,O分别表示起始任务、终止任务和总任务的集合，O＝{(S,I),(F,I)}UN；

h_(i,k)表示岸桥处理完成集装箱任务(i,k)的时间；表示AYC在场桥缓存区与集装箱位置b之间的行驶时间；t_(i,k)表示ALV在场桥缓存区与岸桥k对应的岸桥缓存区之间行驶的时间；

β为拥堵系数；

q_(i,k)表示岸桥k开始作业集装箱任务(i,k)对应的集装箱的时间，对于进口箱，它表示从船上提起集装箱的时刻，对于出口箱，它表示从岸桥缓存区提起集装箱的时刻；p_(i,k)表示ALV开始作业集装箱任务(i,k)对应的集装箱的时间，对于进口箱，它表示从岸桥缓存区提起集装箱的时刻，对于出口箱，它表示从场桥缓存区提起集装箱的时刻；d_(i,k)表示AYC开始作业集装箱任务(i,k)对应的集装箱的时间，对于进口箱，它表示从场桥缓存区提起集装箱的时刻，对于出口箱，它表示从集装箱位置提起集装箱的时刻；

表示ALV处理完成集装箱任务(i,k)后，若已经分配得到下一个集装箱任务(j,l)时其值为1，若尚未完成下一个集装箱任务(j,l)的分配时其值为0，其中

表示集装箱(i,k)若在集装箱位置b时其值为1，若在除b以外其他的集装箱位置时其值为0，其中

表示进口箱(i,k)放在位置(n,b)中，其值为1，否则其值为0，其中

表示AYC完成集装箱任务(i,k)后接着完成集装箱任务(j,l)，其值为1，否则其值为0，其中或

所述步骤2具体包括如下步骤：

步骤(1)：对所有集装箱任务进行初始编码，生成ALV调度方案；

设定集装箱任务的总数量为M，起始温度为T₀，降温系数为a，终止温度为T_f；

采用四行M列的二维数组对所有箱集装箱任务按照箱号顺序进行编码，每一组编码代表一种调度方案，其中，二维数组的第一行、第二行、第三行分别表示每一个集装箱任务分配到的岸桥、ALV和AYC的编码，第四行表示每一个集装箱任务对应的堆场内集装箱位置的编码，在第四行中，将进口箱位置用正数表示，出口箱位置用负数表示；其中，AYC编码与集装箱位置对应的箱区号相同；

首先对每一个集装箱任务分配的岸桥、ALV、AYC和堆场内集装箱位置进行编码得到第一组编码，在第一组编码中第一行编码不变的情况下，对其他三行编码进行重新分配得到第二组编码，以此类推直至生成100组编码；

其中，对第一个集装箱任务进行第二行编码时，若第一个集装箱任务对应的是进口箱，则分配的相应ALV为位于岸桥缓存区固定距离的位置；若第一个集装箱任务对应的是出口箱，则分配的相应ALV为位于距离场桥缓存区固定距离的位置；

步骤(2)：根据最短时间原则分配ALV；

生成的100组编码中，每一组编码分别确定了每一个集装箱任务分配的岸桥、ALV、AYC和堆场内集装箱位置，进而确定了ALV行驶路径和路径长度，根据最短时间原则为每一个集装箱任务重新分配ALV，并根据最后的选择结果对每一组编码中的第二行进行重新编码后得到100组编码；

步骤(3)；针对步骤(2)中生成的100组编码生成新编码；

步骤(4)：在每一组新编码中，按照集装箱任务编号顺序分别计算执行每一个集装箱任务花费的时间，将最后一个集装箱任务完成的时刻作为算法终止标志，取每组编码中执行单个集装箱任务花费时间的最大值；

步骤(5)；判断解是否保留；

根据Metropolis准则，将100组新编码分别计算得到的最大值应用如下公式进行两两比较，决定解是否保留：

ΔE＝y₂-y₁

其中，y₁表示原始解，即用于比较的前一组新编码计算得到最大值；y₂表示新解，即用于比较的后一组新编码计算得到的最大值；ΔE表示系统的能量变化；

当ΔE＜0，接受新解；当ΔE＞0，生成随机数概率值c，并比较c与exp(-ΔE/T)，若cexp(-ΔE/T)，则拒绝新解，在剩余的最大值中重新确定新解，若c＜exp(-ΔE/T)，则接受新解；

其中，T表示当前温度；

根据降温系数a确定最大迭代次数，当当前温度TT_f，算法终止，输出最终的目标函数值。