[发明专利]一种集装箱码头间全自主水上运输调度方法及系统

说明书

本发明公开了一种集装箱码头间全自主水上运输调度方法及系统，属于交通运输领域。方法包括：建立面向水上无人集装箱运输船wAGV的动态调度模型；将动态到来的运输任务快速插入所有wAGV现有路径中，计算插入代价并选择插入代价最小的路径及位置，得到更新后的初始路径；采用基于禁忌搜索的启发式算法对初始路径进行改进得到更优的wAGV路径；对wAGV实施调度。本发明的调度模型基于组合优化，考虑运输距离和客户满意度等性能指标，时间窗、装载量等约束条件，利用基于移动时间窗的插入法构建初始路径，并设计禁忌搜索算法对该路径进行优化改进，实时得到近似最优的多wAGVs路径。该系统有助于提高大型港口智能化作业水平。

技术领域

本发明属于交通运输领域，涉及一种集装箱码头间全自主水上运输调度方法及系统，尤其是针对大型港口码头之间的水上集装箱运输采用无人船进行全自主控制与调度，实现无人作业。

背景技术

大型港口通常涉及多个码头，且地理位置分布较为分散。为了应对日益增长的码头业务，大多数集装箱码头内部作业已依赖自主小车(Automated Guided Vehicles,AGVs)实现全自动化。但港口内不同功能码头间，如空置集装箱码头、多式联运中转码头等，也存在大量集装箱运输。目前，主要采用拖挂车完成这类运输。然而，对于地形复杂的港口，如鹿特丹港，有些码头之间的水上距离远远小于陆地距离，采用水上运输的方式可以进一步降低运输成本和能耗。因此，提出一种水上无人集装箱运输船(waterborne Autonomousguided vessels,wAGVs)实现码头间的自主运输系统。该运输系统需要实现多wAGVs的自主调度。

当前调度算法主要基于多车路径规划问题(Vehicle routing problem,VRP),通常附带时间窗、装载量等约束条件，对码头间集装箱运输还需考虑先取再送、不能转运等约束。VRP调度方法已被广泛用于外卖、出租车或救护车派遣等。这类问题的一个共同点之一就是运输任务可能会随着规划路径的执行在线到来，那么已规划的路径就需要根据新的运输任务作出调整。

动态VRP通常采用插入法将新到来的运输任务加入到现有路径中。另一种思路是采用等待、缓冲等方法在将新运输任务分配给车辆之前先积累一段时间。按照这种思路，应用较多的是滚动时间窗方法，即每间隔一段时间考虑当前系统状态和未来某个时间段上的运输任务进行一次重规划。因此，动态调度对算法求解效率要求也较高。目前，常见的调度问题求解算法包括精确求解算法如动态规划、列生成法、分支定价法等，启发式算法如禁忌搜索、领域搜索、局部下降搜索、进化算法或这些方法的组合。精确求解算法通常能给出最优解，但求解复杂，只适用于小规模静态调度问题。启发式求解算法求解效率高，但只能给出近似最优解。考虑动态调度的实时性，一般采用启发式求解算法较多。然而，现有调度模型多考虑静态问题且对象多为陆地运输系统。码头间集装箱运输任务实际上动态到来，且集装箱在码头的装卸时间不能忽略，需要建立新的动态调度模型。而且，陆地运输调度问题多将节点间距离近似为欧式距离，而大型港口码头分布复杂，水路距离并不能计算为欧式距离。结合问题的动态性，现有调度模型均不适用。水路运输尤其是港口内部码头之间采用wAGVs这样一类新的动态调度问题还未有研究。此外，动态调度需要实时在线求解，现有求解算法未考虑这类新型调度问题特点，因此也需要提出新的高效求解算法。针对采用wAGVs进行大型港口码头间的集装箱自主运输的动态调度系统还未见已公开研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种集装箱码头间全自主水上运输调度方法及系统。本发明的调度模型基于组合优化，考虑运输距离和客户满意度等性能指标，时间窗、装载量、先取后送、集装箱装卸时间等约束条件，利用基于移动时间窗的插入法构建初始路径，并设计禁忌搜索算法对该路径进行优化改进，实时得到近似最优的多wAGVs路径。该系统有助于进一步提高大型港口智能化作业水平。

本发明的技术方案如下：

本发明首先公开了一种集装箱码头间全自主水上运输调度方法及系统，其包括如下步骤：