自動化集裝箱碼頭泊位和岸橋優化分配方法組成比例

一種自動化集裝箱碼頭泊位和岸橋優化分配方法，通過對泊位和岸橋集成分配雙層編碼并生成與之對應的初始解集合，由改進的外層遺傳算法進行全局搜索得到解集合的全局提升結果后，再通過改進的內層模擬退火算法對解集合進行鄰域搜索，得到優化分配方案。本發明專利技術基于混合遺傳模擬退火算法，綜合利用模擬退火算法單體搜索的優勢和遺傳算法群體搜索的優勢，能夠提高算法整體的效率，使得算法最終搜索到更為優秀的方案，實現碼頭泊位和岸橋的自動集成優化分配。化分配。化分配。

【技術實現步驟摘要】
自動化集裝箱碼頭泊位和岸橋優化分配方法


[0001]本專利技術涉及的是一種自動化控制領域的技術，具體是一種自動化集裝箱碼頭泊位和岸橋優化分配方法。

技術介紹

[0002]在集裝箱碼頭中，通常碼頭岸線被劃分為若干泊位。船舶靠泊指定泊位后，位于碼頭岸線陸地側的雙小車岸橋對船舶進行裝卸作業。雙小車岸橋位于路側的軌道上，可以沿著岸線移動。根據船舶裝卸集裝箱的任務量，碼頭工作人員為船舶分配一定數量的岸橋為船舶服務。隨著船舶裝卸貨物作業的進行，為達成裝卸進度，岸橋可以在不同船舶之間移動，確保大部分船舶可以在預期時間內完成任務，及時離泊出港。

技術實現思路

[0003]本專利技術針對現有泊位岸橋分配嚴重依賴人工手動制定、不能集成考慮泊位和岸橋的分配導致的優化程度不高，以及現有混合遺傳技術無法對泊位岸橋分配問題的解進行編碼，無法生成有效的初始解，外層遺傳算法設計無法保證能夠得到新的有效種群，模擬退火設計不能適用于泊位岸橋分配求解的不足，提出一種自動化集裝箱碼頭泊位和岸橋優化分配方法，基于混合遺傳模擬退火算法，綜合利用模擬退火算法單體搜索的優勢和遺傳算法群體搜索的優勢，能夠提高算法整體的效率，使得算法最終搜索到更為優秀的方案，實現碼頭泊位和岸橋的自動集成優化分配。
[0004]本專利技術是通過以下技術方案實現的：
[0005]本專利技術涉及一種自動化集裝箱碼頭泊位和岸橋優化分配方法，通過對泊位和岸橋集成分配雙層編碼并生成與之對應的初始解集合，由改進的外層遺傳算法進行全局搜索得到解集合的全局提升結果后，再通過改進的內層模擬退火算法對解集合進行鄰域搜索，得到優化分配方案。
[0006]所述的雙層編碼是指：以泊位分配方案為第一層編碼、岸橋數量分配方案為第二層編碼，第一層為一個大小為船舶數量S的行向量b＝(b1，b2，
…
，b
S
)，為各艘船舶的靠泊位置，即左邊緣；第二層為大小為T
×
S的矩陣，元素c
ti
為t時刻分配給i船的作業岸橋數，T表示考慮的時間窗寬度。
[0007]如表1所示，為一個具體的編碼示例。
[0008]表1編碼示例
[0009]所述的改進的外層遺傳算法是指：生成初始解集合，即種群后，對種群依次進行交叉和變異進行遺傳編碼更新，選擇篩選種群實現全局搜索，其中：初始種群中的泊位分配方案通過隨機法生成，初始種群中的岸橋分配方案中50％使用時間順序法生成，50％使用優先級法生成。
[0010]所述的時間順序法包括：
[0011]步驟1：將所有船舶集合按預計到港時間排序，記船i為原編號下的第i艘船，記船(i)為按到港時間排序下的第i艘船；將所有船舶的狀態置為尚未靠泊；將時間戳置為0；
[0012]步驟2：按照到港時間順序檢查船舶(i)，尚未開始則從船(1)開始，已經有i>S則重置i，時間戳t＝t+1，重新進行步驟2；
[0013]步驟3：當檢查到船舶狀態是已經離港，則i＝i+1并回到步驟2；當狀態是在港，則進行步驟4；當狀態是尚未靠泊，則進行步驟6；
[0014]步驟4：檢查當前船舶的所需的總作業量和已經完成的作業量，當尚不滿足的，在滿足岸橋數量限制(船舶的最大岸橋數、可用岸橋數、組合的反饋限制等)下，優先滿足當前船舶的需求(覆蓋掉剩余作業量，或取上述所有限制的最小值)，i＝i+1，回到步驟2；當作業量已經滿足，進行步驟5；
[0015]步驟5：檢查當符合離港條件(大船需要檢查潮汐窗口，小船、駁船則總是符合條件)時，修改船舶狀態為已經離港，當掃描發現所有船舶狀態均為已經離港，進行步驟7；否則i＝i+1，并回到步驟2；
[0016]步驟6：檢查當符合靠泊條件(檢查分配的泊位是否可用，大船還需要額外考慮潮汐窗口)時，修改船舶狀態為在港，進行步驟4；否則i＝i+1，并回到步驟2；
[0017]步驟7：岸橋分配方案生成完成，過程結束。
[0018]所述的優先級法包括：
[0019]步驟a：將所有船舶按照生成的優先級排序，記船i為原編號下的第i艘船，記船[i]為按到港時間排序下的第i艘船；生成時間維度上足夠長的岸橋數量分配規劃表；
[0020]步驟b：按照優先級次序檢查船舶[i]，尚未開始則從船[1]開始，已經有i>S則進行步驟6；
[0021]步驟c：將時間戳t置為船舶[i]的預計到港時間
[0022]步驟d：檢查t時刻船舶[i]是否符合靠泊條件，當符合則進行步驟e；否則t＝t+1，重新進行步驟d；
[0023]步驟e：檢查當前船舶的所需的總作業量和已經完成的作業量，當尚不滿足的，在各種岸橋數量限制下，盡可能滿足當前船舶的需求，t＝t+1，重新進行步驟e；當作業量已經
滿足，則i＝i+1，進行步驟b；
[0024]步驟f：岸橋分配方案生成完成，過程結束。
[0025]所述的種群交叉是指：采用尾部交叉的交叉方式進行遺傳編碼更新，具體為：首先隨機選取一個位置，并交換兩父本編碼在這個位置后的編碼，得到兩個新的解。
[0026]所述的種群變異是指隨機選取一船舶，重新隨機生成一個新的單點泊位方案。
[0027]所述的選擇篩選種群是指：從子代種群、經過內層模擬退火算法生成的次生子代種群之間，所有對象中，適應度函數排名靠前的對象而舍棄剩余的對象構成新一代的種群，從而保證種群整體的優越性，得到在原有種群基礎上進化的新種群。
[0028]所述的子代種群是指輸入的種群，即父代經過交叉變異產生的新種群，所述的次生子代種群是指在子代的基礎上使用改進的模擬退火算法生成的新種群。
[0029]所述的改進的內層模擬退火算法包括：子代種群隨機使用：期內平均化、岸橋最大化或岸橋轉移中的一種進行局部搜索，生成次生子代種群。
[0030]所述的期內平均化是指：使得船舶在靠泊時間段內，使用的岸橋數量盡可能地平均。這么做的目的，主要是因為在實際實驗中，觀察到大船往往在離港之前就早早完成作業，即便是占用泊位資源、岸橋資源，卻并沒有為目標函數的減小做出貢獻，因此考慮能否勻出一部分的岸橋資源，以供他船(尤其是可以隨時離港的小船、駁船使用)，從而立竿見影的減小目標函數。
[0031]所述的岸橋最大化是指：從船舶靠泊開始，在限制范圍內最大程度的滿足船舶的作業需求，從而尋求能否提前一整個甚至數個潮汐窗口期離港。這個動作在一定程度上是期內平均化的逆向動作，但當發生在不同船舶上時能夠非常有效的促進目標函數的優化。
[0032]所述的岸橋轉移是指：將同一船舶一段時間內分配到的岸橋數目轉移到另一段時間上，即岸橋增加+岸橋減少的動作組合在限制范圍內發生在同一艘船的不同段時間軸上，不違背作業箱量需求的情況下帶來更多資源分配的變化。
[0033]所述的改進的內層模擬退火算法，優選對于每一個要求進行內層模擬退火的子代個體，設置初始溫度為100不變，使用作為接受準則，其中：p
accept...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種自動化集裝箱碼頭泊位和岸橋優化分配方法，其特征在于，通過對泊位和岸橋集成分配雙層編碼并生成與之對應的初始解集合，由改進的外層遺傳算法進行全局搜索得到解集合的全局提升結果后，再通過改進的內層模擬退火算法對解集合進行鄰域搜索，得到優化分配方案。2.根據權利要求1所述的自動化集裝箱碼頭泊位和岸橋優化分配方法，其特征是，所述的雙層編碼是指：以泊位分配方案為第一層編碼、岸橋數量分配方案為第二層編碼，第一層為一個大小為船舶數量S的行向量b＝(b1，b2，
…
，b
S
)，為各艘船舶的靠泊位置，即左邊緣；第二層為大小為T
×
S的矩陣，元素c
ti
為t時刻分配給i船的作業岸橋數，T表示考慮的時間窗寬度。3.根據權利要求1所述的自動化集裝箱碼頭泊位和岸橋優化分配方法，其特征是，所述的改進的外層遺傳算法是指：生成初始解集合，即種群后，對種群依次進行交叉和變異進行遺傳編碼更新，選擇篩選種群實現全局搜索，其中：初始種群中的泊位分配方案通過隨機法生成，初始種群中的岸橋分配方案中50％使用時間順序法生成，50％使用優先級法生成。4.根據權利要求3所述的自動化集裝箱碼頭泊位和岸橋優化分配方法，其特征是，所述的時間順序法包括：步驟1：將所有船舶集合按預計到港時間排序，記船i為原編號下的第i艘船，記船(i)為按到港時間排序下的第i艘船；將所有船舶的狀態置為尚未靠泊；將時間戳置為0；步驟2：按照到港時間順序檢查船舶(i)，尚未開始則從船(1)開始，已經有i>S則重置i，時間戳t＝t+1，重新進行步驟2；步驟3：當檢查到船舶狀態是已經離港，則i＝i+1并回到步驟2；當狀態是在港，則進行步驟4；當狀態是尚未靠泊，則進行步驟6；步驟4：檢查當前船舶的所需的總作業量和已經完成的作業量，當尚不滿足的，在滿足岸橋數量限制下，優先滿足當前船舶的需求，i＝i+1，回到步驟2；當作業量已經滿足，進行步驟5；步驟5：檢查當符合離港條件時，修改船舶狀態為已經離港，當掃描發現所有船舶狀態均為已經離港，進行步驟7；否則i＝i+1，并回到步驟2；步驟6：檢查當符合靠泊條件時，修改船舶狀態為在港，進行步驟4；否則i＝i+1，并回到步驟2；步驟7：岸橋分配方案生成完成，過程結束。5.根據權利要求3所述的自動化集裝箱碼頭泊位和岸橋優化分配方法，其特征是，所述的優先級法包括：步驟a：將所有船舶按照生成的優先級排序，記船i為原編號下的第i艘船，記船[i...

【專利技術屬性】
技術研發人員：秦威，張戰羅，方懷瑾，彭星皓，顧銘豪，賴俊宇，潘再峰，鄒鷹，王秋晨，
申請(專利權)人：上海國際港務集團股份有限公司，
類型：發明
國別省市：