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基于遗传算法的自动化集装箱码头多载AGV调度

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基于遗传算法的自动化集装箱码头多载AGV调度
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摘要:

为提升自动化集装箱码头的作业效率,减轻码头吞吐量增大带来的交通问题,降低自动化导引小车

(Automated Guided Vehicle, AGV)

的空载率,在自动化集装箱码头应用可以同时搬运不止一个集装箱的多载AGV,建立多载AGV调度问题的混合整数线性规划(MixedInteger Linear Programming, MILP)模型,应用遗传算法进行求解.借助算例,对比遗传算法与MILP算法的求解效果,分析交叉概率和变异概率对遗传算法的影响,比较多载AGV与单载AGV的作业时间,验证遗传算法的可靠性.该方法表明,遗传算法不仅求解效率高,而且对MILP算法不适用的大、中型多载AGV调度问题,也能给出值得信赖的近似最优解.

关键词:

自动化集装箱码头; 多载自动化引导小车(AGV); 混合整数线性规划(MILP); 遗传算法

中图分类号: U691.3

文献标志码: A

0引言

随着经济全球化进程的加快,集装箱码头得到了迅猛发展.为提高码头作业效率和增大效益,自动化技术开始被引进.上海自贸区政策的出台,标志着上海国际航运中心建设转入以现代航运服务业发展为重心的新阶段.2013―2015年出台的

《关于落实〈中国(上海)自由贸易试验区总体方案〉加快推进上海国际航运中心建设的实施意见》《关于金融支持中国(上海)自由贸易试验区建设的意见》和《全国海洋经济发展十二五规划》极大地推动了航运业的发展,使得越来越多的目光聚焦到航运业发展上来.作为集装箱进出口大国,中国上海洋山港、厦门港和青岛港也已经在建造属于中国的自动化集装箱码头了.

集装箱岸边与堆场之间的运输、堆场内的作业、道口进出等全过程实现自动化的集装箱码头就是自动化集装箱码头.自动化集装箱码头能够大幅度降低人工费用,提高码头的运作效率,24 h连续作业,满足船舶的大型化、高速化等需求.图1是自动化集装箱码头俯瞰图.自动化导引小车(Automated Guided Vehicle, AGV)负责岸边与堆场之间的水平运输,本文中统一采用可以同时搬运2个20英尺小箱或者1个40英尺大箱的多载AGV负责整个码头的水平运输.

图1自动化集装箱码头俯瞰图

国外关于自动化码头AGV调度的研究相对较多,但多数是关于单载AGV的.FAZLOLLAHTABAR等[1]和LUO等[2]为缩短自动化集装箱码头AGV提前到达和延迟到达的时间,提出了两阶段优化算法,并指出可以用混合整数线性规划(MixedInteger Linear Programming, MILP)算法求解小规模问题,用启发式算法求解大规模问题.HOMAYOUNI等[3]和CAI[4]等提出用遗传算法求解自动化集装箱码头岸桥、车辆和存储平台的综合优化问题,并考虑了包含不确定性的大规模规划问题的求解.GELAREH等[5]扩展了适用于AGV调度的MILP模型,并且通过引入基于拉格朗日松弛的分解策略与启发式算法,找出了高效的智能自主车(Intelligent and Autonomous Vehicle, IAV)调度策略.SKINNER等[6]提出了基于改进型遗传算法的优化策略,并用仿真方法验证了方案的有效性.HO等[7]和HAMZHEEL等[8]提出了同时求解多载AGV的负载选择和装载调度问题的多属性方法,并提出了用蚁群算法求解自动化集装箱码头的AGV调度问题的方法.PJEVCEVIC等[9]提出了一种适用于自动化集装箱码头作业环境的、基于数据包络分析的、高效的集装箱处理策略.AZIMI等[10]和ANGELOUDIS等[11]用仿真方法找出了多载AGV的最优调度策略,提出了适用于AGV实时控制的调度方法.

国内关于集装箱码头水平运输系统的研究主要还集中在集卡上,很少有关于AGV的研究.赵悦琼等[12]提出了改变调度计划中的集卡配备数量,计算卸载船舶停留和集卡使用的最小总成本的数学模型,同时引入了蒙特卡洛算法和穷举法进行仿真.杨华龙等[13]建立了以最小化船舶在港时间和最大化岸桥利用率为目标的模型,并针对该模型设计了挤压算法,将泊位岸桥联合调度看作二维装箱问题求解.严伟等[14]利用聚类分析方法,给出了集装箱码头出口箱的堆存策略.郑见粹等[15]介绍了自动化集装箱码头装卸工艺系统的发展、工作过程及应用情况,对不同类型的自动化集装箱码头装卸工艺系统方案的技术特点进行了全面的分析.马再洲等[16]提出了适用于自动化集装箱码头的集中式调度算法,并用案例验证了算法的可行性和有效性.

提高自动化集装箱码头的工作效率,可以从提高岸桥的工作效率、龙门吊的工作效率和水平运输AGV的工作效率等3个方面入手,但是伴随着自动化水平的提高,龙门吊和岸桥的工作效率得到了不断提升,水平运输系统随之成为了自动化码头的瓶颈.因此,本文从提高水平运输系统的效率入手,以自动化集装箱码头同时运输不同尺寸集装箱为背景,建立多载AGV的调度模型,并提出用遗传算法求解多载AGV调度问题的求解策略,最后用真实案例验证多载AGV的优越性.

1问题描述

AGV是自动化集装箱码头的水平运输工具,一般分为装载20英尺集装箱的小型AGV和装载40英尺集装箱的大型AGV两种.在多数自动化集装箱码头,为满足运输工具对运输任务的普适性,同时降低路径规划的复杂性,普遍采用统一规格的大型AGV单载完成所有的运输任务.不难发现,在运输20英尺集装箱时,AGV有一半的容量未被充分利用,而且随着码头吞吐量的增大,投入运输的AGV越来越多,这不仅产生了巨大的资源浪费,而且极大地增加了交通负担.因此,本文从增大AGV的运输能力,减小投入运输的AGV数量入手,提出多载AGV的调度策略.

传统情况下,可以将AGV调度问题看作m∶n的分配问题,其目标为运输时间或者运输费用最少,这很容易找出最优调度策略.但对于多载AGV的调度问题,已经超出了简单分配问题的范畴,调度中不仅需要分配运输任务给相应的AGV,而且需要安排好具体的装载和交付顺序,因为只有这样才能确保AGV的利用率尽可能高,运输时间、运输费用尽可能低,船舶停泊时间尽可能短等.

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引言 近年来,随着科技的不断快速发展,精细、智能化农业生产技术成为农业机械化研究的热点,基于机器视觉技术的农田智能机械开发是各科研院所的主要研究方向。国内从20世纪90年代开始利用机器视觉技术进行水果的分级研究,近年来在农......
关于电力系统调度自动化技术的应用与发展
发布时间:2022-08-17
欢迎浏览,yjbys小编为你提供的一篇关于关于电力系统调度自动化技术的应用与发展的自动化毕业论文 一、电力系统自动化和电力系统调度自动化 电力系统自动化是指应用各种具有自动检测、决策和控制功能的装置、通过信号系统和数据传输系......
论福建集装箱港口民营化的研究(1)论文
发布时间:2023-08-21
[论文关键词]集装箱港口 民营化 必要性 现状 [论文摘要]现代集装箱运输的迅猛发展,使得集装箱吞吐量成为港口竞争力的重要组成部分。适应集装箱运输船舶大型化等发展趋势的需要,集装箱港口的发展呈现出深水化、功能多样化、运营高科......
基于机器视觉的LED灯具自动装配线
发布时间:2022-07-23
摘 要:随着中国经济发展与人口红利的剪刀差越来越扩大,工业制造领域人工成本的不断上升,更多、更广泛地使用机器人是我国工业的突破方向,同时对机器人的智能化要求会越来越高。 关键词:LED;装配系统;视觉检测 中图分类号:......
集装箱重箱堆场平面布置及结构设计
发布时间:2023-08-07
摘要:做好集装箱重箱堆场平面布置及结构设计,对于保证重箱堆场工作效率及安全性、降低工程投资具有重要意义。本文结合粤东某港口工程重箱堆场设计,分析了以往类似工程的设计方案,最终选择了合理性和经济性较好的平面布置及结构设计方案,为类似工程提供借鉴。关键词:重箱堆场跑道梁箱角梁碎石铺面1.引言随着国内外港口工程的发展,各大港口集装箱吞吐量不断增长。重箱堆场主要的作用荷载为集装箱箱角集中荷载,其次为水平运.........
电力调度自动化网络安全分析
发布时间:2023-02-16
摘要:伴随着我国市场经济的迅速发展,城市化进程随之增快,目前,城市电力系统建设早已演变为重点项目工程,而电力调度作为电力系统建设的主要内容,电力调度自动化是未来电力调度的主要方向。在此状况下,电力调度自动化网络安全成为非常关键......
集装箱货运场站无人作业箱区构建策略
发布时间:2023-02-23
集装箱货运场站业务是集装箱码头作业和创收的重要组成部分,其主要包括出口场站业务、进口拆箱业务、仓库堆存业务、大件拆提业务等。集装箱货运场站业务具有专业化、机械化、人机交叉作业等特点。由于码头场地有限,且货物具有多样性......
对于机械装配过程自动化浅析
发布时间:2023-05-19
装配是整个生产系统的一个主要组成部分,也是机械制造过程的最后环节。装配对产品的成本和生产效率有着重要影响,研究和发展新的装配技术,大幅度提高装配质量和装配生产效率是机械制造工程的一项重要任务。相对于加工技术而言,装配技术......
基于NNVD的网络化软件多步控制算法研究
发布时间:2023-08-06
摘要:网络化软件系统规模的增大不仅增加了理解和优化系统的难度,而且一个小的异常就有可能引发整个系统的崩溃。因此,针对网络化软件系统的异常行为,本文提出了一种基于NNVD(networknodevaluedegree)的网络化软件多步控制算法,......
电力调度自动化网络安全实践
发布时间:2022-12-25
引言根据当前经济发展的形势而言,我国的电力需求随着经济的发展而不断上升,尤其是近年来,随着电子信息技术的发展,电能需求空前增大,因此电力企业面临的非常严峻的供求关系。一方面,为了保证社会商业经济以及人们日常生活对用电的需......
调度自动化系统通道建设的探讨
发布时间:2023-02-11
电力调度自动化系统是电网运行和管理的基础性设施。我县电力调度自动化系统2001年5月投入使用后,在确保电网安全、经济运行、提高供电可靠性方面发挥了重要的作用,收到了显著的经济效益和社会效益。但由于我们在调度自动化系统建设中,......
改进的空域网络编码协作分集算法
发布时间:2023-06-20
摘要:论文介绍了改进的空域网络编码协作分集算法,分析其在网络吞吐量、分集增益和检测复杂度方面的性能,并对符号错误概率进行计算机仿真。 关键词:协作分集 空域 网络编码 1 前言 基于网络编码的协作分集技术[1]的核心思想......
电力系统调度自动化系统技术
发布时间:2023-08-05
【摘 要】电力调度自动化系统是保证电网正常运行的一个非常重要的环节,这种系统在实际的过程中会展现出非常大的优势,而这种技术在未来的发展中会有更好的发展条件,因为自动化设备是当前非常常见的,这种设备的使用使得电力系统的运......
浅谈基于空中交通管理自动化的集成系统研究
发布时间:2023-08-05
一、前言 在大数据背景下,我们面临着海量的信息,空中交通管理系统也不例外,传统单一的空中交通管理系统已经远远不能满足现在的实际需求,如果能够利用发达的通信技术,设计空中交通管理自动化的集成系统,实现海量数据信息的共享,......
LHARC中的动态限长编码压缩算法
发布时间:2013-12-18
LHARC中的动态限长编码压缩算法 LHARC中的动态限长编码压缩算法 LHARC中的动态限长编码压缩算法 摘 要 该文对DOS下常用的数据压缩软件LHARC的算法进行了分析。该算法中采用了一种动态限长变化的不等长编码方法,使......
浅析集装箱超期使用费诉讼时效起算点问题
发布时间:2023-03-24
一、集装箱超期使用费诉讼时效的起算点 根据最高法释[1997]3 号《批复》,集装箱超期使用费纠纷的诉讼时效应为1 年,自权利人知道或应当知道权利被侵害之日起计算。这一规定基本上已得到司法界的认可。但具体的侵权之日应指那一天? 法......
“集装箱式”课程资源管理探索
发布时间:2013-12-18
" [摘要]课程资源管理既是幼儿园课程开发实施中面临的直接问题,也是每所幼儿园发挥课程主体性,科学地构建园本课程体系的重要保障。基于此,笔者所在幼儿园对课程资源实行了“集装箱”式的管理,采取准入、入箱检验、存箱分格、出箱......
浅析传统逻辑协调化、经典化和自动化的实现
发布时间:2023-01-28
1问题的提出 按照逻辑史学家的分类,一般将一阶逻辑之前的逻辑称为传统逻辑,这主要指亚里士多德三段论的逻辑。而一阶逻辑被视为是经典逻辑,在一阶逻辑建立的同时或之后,超出以名词词项、谓词、量词为变元的逻辑(如以时态、模态等为......
对电力调度自动化相关问题的探讨
发布时间:2023-03-09
摘要:在电力系统正常运转的过程中,科学、合理的电力调度是其重要保障。随着现代自动化技术的不断发展,电力调度自动化的应用范围也在这个过程中得到了不断的扩大。而在自动化系统实际运行的过程中,其往往会因为部分因素的影响而出......
求解不可微函数优化的一种混合遗传算法
发布时间:2013-12-18
摘 要 在浮点编码遗传算法中加入Powell方法,构成适于不可微函数全局优化的混合遗传算法。混合算法改善了遗传算法的局部搜索能力,显著提高了遗传算法求得全局解的概率。由于只利用函数值信息,混合算法是一种求解可微和不可微函数全局......
基于手机触摸屏传感器多点触摸身份认证算法
发布时间:2023-01-09
摘要:针对智能手机所面临的信息安全威胁问题,提出一种基于手机触摸屏传感器的多点触摸身份认证方法。首先由触摸屏传感器采集手指滑动原始数据序列,通过平滑去噪、位置及长度归一化预处理;然后提取手势运动一阶、二阶归一化导数序......
ARINC653调度算法研究
发布时间:2023-08-07
摘 要: 实时调度算法是嵌入式系统的核心组成部分,高效的调度算法能增强系统的实时性和可靠性,ARINC653标准已经广泛地应用于综合航空电子系统中。首先介绍了几种实时调度算法,从满足ARINC653标准的角度出发,选取近几年的双层调度......
生物遗传资源法律保护的多元路径
发布时间:2019-10-27
摘要:生物遗传资源及其相关传统知识作为一种决定人类生存与可持续发展的根基性要素与战略性资源,已成为衡量一个国家综合国力的重要指标之一。尽快研究对策对其加强法律保护的必要性已经毋庸置疑。鉴于生物遗传资源问题的复杂性,任何一项单独的机制可能都不足以对其进行充分保护,因此生物遗传资源的法律保护应采取多元路径,整合采用知识产权、特别权利、合同约定、事先知情同意、习惯法、集体主义方法论等,以综合发挥他们的优.........
电力系统厂站及调度自动化综述
发布时间:2022-07-27
摘 要:科技在不断的发展,电力系统也在不断完善,为了适应人们日益增长的对电能的需求,电力系统厂站以及调度逐渐转变为自动化的运行模式。电力企业引进了大量的自动化技术,使得电力系统的控制方式出现了较大的变化,子系统控制逐渐......
遗传算法在试题组卷中的应用
发布时间:2013-12-18
遗传算法在试题组卷中的应用 遗传算法在试题组卷中的应用 遗传算法在试题组卷中的应用 遗传算法在试题组卷中的应用 燕山大学研究生部 刘彬 金涛 李阳明 卢纪生 摘要: 本文运用遗传算法的全局寻优对考试中......
基于事故先兆识别的危险货物集装箱堆场人机分离控制系统
发布时间:2023-08-06
相较于一般堆场,危险货物集装箱堆场的安全管控力度更大,防范任更重,发生安全事故的后果也更为严重;因此,危险货物集装箱堆场十分重视安全事故的防范。目前,危险货物集装箱堆场安全事故的防范手段主要包括事故发生前的人员培训和教育以及事故发生后的人员惩罚两方面;然而,这两种手段对及时阻止安全事故发生的效果有限,无法满足危险货物集装箱堆场安全管控的需求。人机混合作业事故是基于分析事故共同点得出的危险货物集装箱.........
集装箱船舶港务费节省策略
发布时间:2022-12-04
船舶港务费(以下简称港务费)是交通运输部授权各港口港务管理部门对船舶征收的费用,属于港口的财政收入。该费用主要用于防波堤、航道、锚地等港口公共基础设施建设和维护,也用于船舶所靠码头及其前沿水域管理和养护。本文在介绍国......
集装箱装卸桥大车平衡梁裂纹产生原因及解决方法
发布时间:2023-08-07
近年来,随着我国港口吞吐量快速增长,港口大型设备的利用率明显提高,一些港口的大型设备利用率超过50%,有的甚至超过80%。高利用率、满负荷作业以及老旧设备超期使用对设备钢结构的安全管理带来隐患。以天津港集装箱码头有限公司(......
基于Abaqus的燃油箱晃动噪音模拟
发布时间:2023-02-11
基于Abaqus的燃油箱晃动噪音模拟 车辆的噪音水平一直以来都是衡量其舒适性的重要指标。近些年来,随着人们对车辆舒适性要求的日益提高以及发动机、传动系等“传统”噪音源的噪音强度的不断降低,之前一些被“隐藏”的噪音源日益引起了......
自动化毕业设计-自动水龙头控制系统
发布时间:2022-11-12
摘 要 水龙头是室内水源的开关,负责控制和调节水的流量大小,是每个家庭必备的材料。目前,市场上的水龙头品种繁多,对于普通市民来说,往往缺乏专业知识,所以在选购水龙头时会觉得无所适从。其实,卫浴水龙头尽管花色、式样、造型、品......
沿海沉箱码头施工安全风险评估体系的构建分析
发布时间:2019-11-22
沿海沉箱码头施工安全风险来自多个方面,包括工程特性风险、自然环境风险、安全管理风险、施工人员风险等。为实现对安全事故的有效预防,结合施工具体情况和安全风险控制需要,建立安全风险评估体系和评价模型,希望能够为码头施工安全风险评估提供指导与借鉴。【关键词】沿海沉箱码头施工安全风险评估指标体系0.引言码头工程建设对增进不同地区联系,便利客货集散具有重要意义。沉箱码头是较为常见码头工程类型,工程施工中,它.........
“散改集”可移动卸车装箱平台系统开发及应用
发布时间:2023-07-06
近年来,日照港集团有限公司(以下简称日照港)的“散改集”业务发展良好,为航运公司增开航线打下坚实基础。为打造内贸集装箱基本港,日照港充分利用其块煤、焦炭、散粮、木屑片等货种接卸优势,积极联络小型贸易商,开展内贸集装箱......
航天运载器贮箱低温液位校准装置的误差分析与精度设计
发布时间:2016-10-12
0 引 言 液位测量技术应用广泛,常用的测量方法有浮子法、电容法、超声波法等。其中,电容式液位传感器由于其动态响应好、稳定性强等优点,常被应用于航空航天领域,其测量原理是通过检测液体中两个电极间的电容值来获取液位信息。 ......

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