本發(fā)明涉及電子信息技術領域，尤其涉及一種用于集裝箱自動化碼頭協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)及卸載最短路徑搜索方法。

背景技術：

隨著集裝箱港口的發(fā)展，港口間的競爭也變得越來越激烈。港口的競爭優(yōu)勢除了來自于港口的地理位置和腹地經(jīng)濟條件之外，港口的技術條件、作業(yè)效率和管理水平也是體現(xiàn)其競爭力的重要因素，當今90％的國際貨物要經(jīng)過海港，而80％的海上運輸貨物通過集裝箱運輸，集裝箱運輸與信息化網(wǎng)絡已成為國際物流體系的兩大基礎。集裝箱碼頭是國際物流系統(tǒng)中聯(lián)結遠洋、內河船舶以及內陸運輸?shù)臉屑~，也是各種運輸方式交匯的高效集散中心和功能強大的綜合型物流樞紐，在集裝箱運輸乃至整個供應鏈中都發(fā)揮著極其重要的作用。目前，基于mas的集裝箱碼頭調度研究集中在碼頭作業(yè)的各個階段，如泊位控制、集卡路徑優(yōu)化、堆場分配等，而作業(yè)系統(tǒng)集成化的研究成果較少，針對zmpc自動化碼頭系統(tǒng)的研究更是鳳毛麟角。因此在zmpc集裝箱自動化碼頭調度優(yōu)化中應用mas從而實現(xiàn)碼頭協(xié)同作業(yè)必將為自動化碼頭的建設運營帶來實用性價值。

技術實現(xiàn)要素：

針對以上問題，本發(fā)明基于zpmc集裝箱自動化碼頭裝卸工藝提供了一種基于mas的集裝箱自動化碼頭協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將裝卸設備抽象為一系列行為和屬性的智能體同時提出船舶、堆場、任務管理、設備管理等智能體，各子系統(tǒng)通過信息共享實現(xiàn)協(xié)商與合作。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于mas的集裝箱自動化碼頭協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，包括：zpmc集裝箱自動化碼頭裝卸系統(tǒng)、裝卸系統(tǒng)agent層次模型、管理agent、設備agent和信息agent；所述zpmc集裝箱自動化碼頭裝卸系統(tǒng)借助空中交叉進行集裝箱的裝卸與運輸，并依靠各個獨立運行的設備相互間動作銜接完成裝卸任務；所述裝卸系統(tǒng)agent層次模型基于管理agent和設備agent構建，通過信息agent實現(xiàn)通信，協(xié)調配合完成裝卸任務；所述管理agent用于裝卸任務的統(tǒng)一管理、系統(tǒng)資源的全局配置、各裝卸設備子系統(tǒng)的管理和調度；所述設備agent是zpmc集裝箱自動化碼頭裝卸系統(tǒng)里面的具體執(zhí)行單元，是具體任務的執(zhí)行載體。

優(yōu)選的，zpmc集裝箱自動化碼頭裝卸系統(tǒng)包括：在碼頭設置的低架橋軌道和地面軌道的垂直交叉結構；自動化碼頭將集裝箱裝卸過程分解為低價橋電動車水平運輸、低價橋起重機垂直運輸和地面電動車水平運輸，實現(xiàn)空中交叉作業(yè)。

優(yōu)選的，主要裝卸設備包括：岸邊集裝箱起重機qc，低架橋電動車tc，堆場起重機obc，堆場起重機gc，堆場起重機rmg。

優(yōu)選的，所述裝卸系統(tǒng)agent層次模型由管理agent、設備agent和信息agent組成，以信息agent為通訊中心實現(xiàn)信息在系統(tǒng)各級agent之間的交互；其中管理agent包含任務管理agent和設備管理agent；設備agent具體包括qcagent、tcagent、obcagent、gcagent、rmgagent、船舶agent以及堆場agent；初始任務生成后由任務管理agent對任務進行分解，分解后的子任務通過信息agent與設備管理agent之間進行交互，設備管理agent分支下的qc管理agent、tc管理agent、rmg管理agent等子系統(tǒng)領取自己的子任務，隨后設備管理agent分支下的子系統(tǒng)再通過信息agent與各自對應的設備agent進行交互，同時各個設備agent之間也通過信息agent交互共同完成子任務。

優(yōu)選的，所述管理agent分為兩級結構，第一級包括任務管理agent和設備管理agent；所述第一級管理agent負責裝卸任務的統(tǒng)一管理、系統(tǒng)資源的全局配置；所述第二級管理agent負責各裝卸設備子系統(tǒng)的管理和調度，包括裝卸任務的領取、設備狀態(tài)的監(jiān)測。

優(yōu)選的，設備agent是具體任務的執(zhí)行載體，在二級管理agent的管理下完成具體的裝卸任務；所述設備agent按照功能劃分為：岸邊集裝箱起重機qcagent、低架橋電動車tcagent、堆場起重機obcagent、堆場起重機gcagent、堆場起重機rmgagent、船舶agent以及堆場agent。

優(yōu)選的，所述岸邊集裝箱起重機qc負責船側與陸側之間的集裝箱裝卸工作；所述低架橋電動車tc在低架橋軌道上雙向運行；所述低架橋起重機obc卸船時將集裝箱從低架橋電動車上提起，旋轉并落至地面軌道的電動車上，裝船時動作順序相反，可在低架橋軌道上雙向運行；所述地面電動車gc在地面軌道上雙向運行；所述堆場起重機rmg卸船時將集裝箱從地面電動車上提起，落至堆區(qū)指定位置，裝船時動作順序相反，可在規(guī)定堆區(qū)軌道上雙向運行。

另提供了一種卸載最短路徑搜索方法，集裝箱最短裝卸路徑的搜索采取就近原則以及時間估計策略相配合的方法，每個集裝箱的裝卸路徑在對其進行操作之前生成。

優(yōu)選的，根據(jù)權利要求8所述的卸載最短路徑搜索方法，

采用就近原則與時間估計策略相配合的方法，每個集裝箱的裝卸路徑在對其進行操作之前生成，搜索方案涉及變量如下：

yardposition:集裝箱堆存位置，場位；

hatchposition:集裝箱船艙位置，艙位；

qc_position(x,y)：qc位置；

tc_position(x,y)：tc位置；

obc_position(x,y)：obc位置；

state：設備狀態(tài)信息，分為忙、閑、故障；

shortestpath：最短路徑；

i:低架橋軌道數(shù)目

j：每條低架橋軌道上tc和obc的數(shù)量。

有益效果：本發(fā)明碼頭協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)將裝卸設備抽象為具有一系列行為和屬性的智能體，同時提出船舶、堆場、任務管理、設備管理等智能體，依據(jù)agent功能進行分層構建，各子系統(tǒng)通過信息共享實現(xiàn)協(xié)商與合作；所述基于mas的集裝箱自動化碼頭協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)還包含一種集裝箱最短裝卸路徑搜索方法，該搜索方法采用就近原則與時間估計策略相配合的方法，將裝卸任務按照路徑進行分解，子任務及協(xié)作agent的信息以消息的形式發(fā)送到各agent的消息隊列中，有效地避免了低架橋裝卸設備位置沖突問題。

附圖說明

圖1：為zpmc自動化碼頭平面布局示意圖。

圖2：為本發(fā)明的協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)mas層次圖。

圖3：為本發(fā)明的基于mas集裝箱自動化碼頭協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)結構框架。

圖4：為本發(fā)明的裝卸任務生成過程圖。

附圖標識：1、船舶；2、低架橋；3、岸邊集裝箱起重機qc；4、低架橋電動車tc；5、低架橋起重機obc；6、地面電動車gc；7、堆場起重機rmg；8、場堆；9、底面軌道。

具體實施方式

本發(fā)明是針對zpmc自動化碼頭采用mas方法構建其協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，如圖1所示，碼頭使用低架橋軌道和電動小車取代以往自動化碼頭agv系統(tǒng)，將原agv的工作分解為多個起重設備和水平運輸設備的協(xié)作，如圖1所示，zpmc集裝箱自動化碼頭的主要裝卸設備包括：岸邊集裝箱起重機qc，低架橋電動車tc，低架橋起重機obc，地面電動車gc，堆場起重機rmg。

所述岸邊集裝箱起重機qc可同時吊起2個40英尺集裝箱(4個標準箱)，負責船側與陸側之間的集裝箱裝卸工作；所述低架橋電動車tc可裝載2個40英尺集裝箱在低架橋軌道上雙向運行；所述低架橋起重機obc卸船時將集裝箱從低架橋電動車上提起，旋轉并落至地面軌道的電動車上，裝船時動作順序相反，可在低架橋軌道上雙向運行；所述地面電動車gc可裝載2個40英尺集裝箱在地面軌道上雙向運行；所述堆場起重機rmg卸船時將集裝箱從地面電動車上提起，落至堆區(qū)指定位置，裝船時動作順序相反，可在規(guī)定堆區(qū)軌道上雙向運行。

圖2所示為本發(fā)明協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)mas層次圖，所述系統(tǒng)主要由管理agent、設備agent和信息agent組成；所述管理agent分為兩級結構，第一級包括任務管理agent和設備管理agent；所述第一級管理agent負責裝卸任務的統(tǒng)一管理、系統(tǒng)資源的全局配置；所述第二級管理agent負責各裝卸設備子系統(tǒng)的管理和調度，包括裝卸任務的領取、設備狀態(tài)的監(jiān)測等；所述設備agent是具體任務的執(zhí)行載體，在二級管理agent的管理下完成具體的裝卸任務；所述設備agent按照功能劃分為：qcagent、tcagent、obcagent、gcagent、rmgagent、船舶agent以及堆場agent；所述信息agent進行信息的共享和傳遞。

圖3所示為所發(fā)明基于mas集裝箱自動化碼頭協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)的結構框架。以卸載為例，系統(tǒng)中各agent所擁有的方法、交互關系、數(shù)據(jù)結構等信息都在圖3中呈現(xiàn)出來。

圖4所示為裝卸任務生成過程。各階段任務所包含數(shù)據(jù)如圖所示，在任務生成之后，由任務管理agent對任務進行分解，以qc子系統(tǒng)為例，由qc管理agent領取所有qc任務，對任務中所涉及qc的狀態(tài)和位置進行查詢，當qc空閑時，將激活任務，發(fā)送至qc消息隊列，該qc從消息隊列中領取已激活的任務并執(zhí)行；在任務執(zhí)行過程中，qc與本次任務中涉及的tc進行交互，qc與該tc進行關聯(lián)等待，完成任務交接。

集裝箱最短裝卸路徑搜索方法

所述基于mas集裝箱自動化碼頭協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)集裝箱最短裝卸路徑搜索方法采用就近原則與時間估計策略相配合的方法，每個集裝箱的裝卸路徑在對其進行操作之前生成，搜索方案涉及變量如下：

yardposition:集裝箱堆存位置，場位；

hatchposition:集裝箱船艙位置，艙位；

qc_position(x,y)：qc位置；

tc_position(x,y)：tc位置；

obc_position(x,y)：obc位置；

state：設備狀態(tài)信息，分為忙、閑、故障；

shortestpath：最短路徑；

i:低架橋軌道數(shù)目

j：每條低架橋軌道上tc和obc的數(shù)量

以卸船為例，最短路徑搜索過程如下：

(1)設備管理agent查詢所有tc的狀態(tài)和位置，搜索出距離qc最近的并且與該集裝箱場位同側的設備a，同時在所有空閑設備中搜索出距離qc最近的與該集裝箱場位同側設備b，進行如下計算，得出tc-a的id，此處的i、j為所有設備的范圍：

min(|tcij_position.x-qc_position.xo|)

進行如下計算得出tc-b的id，此處的i、j為空閑設備的范圍：

min(|tcij_position.x-qc_position.xo|)

(2)比較tc-a和tc-b的id，如果相同，則將此tc納入該集裝箱的shortestpath；如果不同，說明設備a一定處于忙碌狀態(tài)，設備管理agent作以下估算：(a)估算設備a執(zhí)行完本次任務的時間t1；(b)估算設備a從執(zhí)行完任務的地點運行至qc位置所需的時間t2；(c)估算設備b運行至qc位置所需時間t3。若t1+t2<t3，則將設備a納入集裝箱的shortestpath，否則將b納入集裝箱的shortestpath。當tc確定時，即確定了低架橋軌道，只要選定該軌道上和該tc同側的obc即可。