[发明专利]基于化学反应优化算法的不规则货包三维物资装载方法

说明书

本发明公开了一种基于化学反应优化算法的不规则货包三维物资装载方法，包括：构建分子和分子群；计算初始势能PE_k和初始动能KE_k；若单个分子发生双分子的元反应，则与随机选择的另一个分子，随机选择两个分子碰撞反应方式，记录分子中的最低势能及拥有最低势能的分子，判断最低势能是否满足要求；若单分子发生单分子的元反应，随机选择单个分子反应方式，记录分子中的最低势能及拥有最低势能的分子，判断最低势能是否满足要求，若不满足返回计算初始动能和势能；否则，最优物资装载方案。本发明在装载布局方案的优化效果上比传统人工装载方式有大幅提升，比原有的遗传算法方式有小幅提升，但算法执行速度快很多。

技术领域

本发明涉及物资装载技术领域，具体的说，是一种基于化学反应优化算法的不规则货包三维物资装载方法。

背景技术

三维物资装载问题是指在一定的装载约束条件下，在三维容器(货包或集装箱)中排布货物，排布完成后使整体装载方案能够达到指定的指标要求(如总装载物资质量最大、总装载物资对容器的内部空间利用率最大等)。由于在太空运输工程中，因其运输器的外形设计限制，采用的物资装载容器往往会是一些非矩形的不规则空间容器，如本文涉及到的楔形装载空间货包。而在太空运输的工程需求中，由于运输成本很高，因此对货包的空间利用率要求就很高，本发明提供一种物资装载优化方法，减少货包装载空间浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于化学反应优化算法的不规则货包三维物资装载方法，用于解决现有技术中太空运输工程需求中对货包的空间利用率不足的问题。

本发明通过下述技术方案解决上述问题：

一种基于化学反应优化算法的不规则货包三维物资装载方法，包括：

步骤1：随机选取M个待装载货物，所述待装载货物为不同规格的矩形货物，构成一个分子；多次重复步骤1，形成初始分子群；

将一个矩形货物作为一个原子，矩形货物的长宽高即为原子的属性；

将一个物资装载方案作为分子结构；分子包含的原子个数即为一个装载方案会用到的待装载货物，分子结构为原子的排列顺序，即货物装载的先后顺序也即为货物的装载方案；将货物装载进楔形容器需要满足基本约束条件为：

1)容器外形约束：即所有货物都应该包含在楔形容器外边界以内；

2)稳定性约束：楔形容器内的货物不能存在悬空；

3)货物方向约束：矩形货物按照摆放的方向不同，可视为3种不同货物；

物资装载的优化目标为最大化楔形的货包容积率，即：

其中，l_i、w_i、h_i表示第i类矩形货物的长宽高，N_i表示的第i类矩形货物的数量，k表示矩形货物的种类，V表示容器的容积，V_p表示容积率，用c表示一种装载方案，则目标函数f(c)描述为：

步骤2：计算每一个分子的初始势能PE₁、PE₂、…、PE_k，计算公式为：

PE_k＝f(Q_k)

其中，其中l_i、w_i、h_i表示第i类矩形货物的长宽高，N_i表示的第i类矩形货物的数量，k表示矩形货物的种类，V表示容器的容积，M为常数；

目标函数计算方法：