一種引航員指派方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種引航員指派方法，包括如下步驟：建立本地數(shù)據(jù)庫，進行合同收池；從池中選出待指派引航員和待引航船舶，建立引航員指派模型；基于動態(tài)子種群改進遺傳算法對引航員指派模型進行求解，找出最優(yōu)引航員指派計劃；根據(jù)確定的最優(yōu)引航員指派計劃進行引航員指派。本發(fā)明對引航員指派建立了數(shù)學(xué)建模，具有較強的擴展性，可作為求解引航員指派的通用模型，較好地解決了引航員指派問題，具有求解精度高、求解時間短、資源分配合理、利用率高的優(yōu)點；在求解最優(yōu)引航員指派模型的算法選擇上采用了基于動態(tài)子種群改進遺傳算法，該改進算法具有交叉概率隨動態(tài)子種群變化的特點。
【專利說明】-種引航員指派方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種引航員指派方法，屬于引航【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 中國是一個港口大國，在2013年全球前十大港口排名中，中國占有8席。港口事 業(yè)的飛速發(fā)展為中國各大港口送來了機遇，同時也提出了挑戰(zhàn)。為提高港口的競爭力，優(yōu)化 資源配置，提高引航信息化勢在必行。
[0003] 引航員資源是港口的核心資源之一，在引航船舶過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。 由于港口規(guī)模的擴大，引航員數(shù)量也在遞增。在指派引航員過程中，我們通常要考慮引航員 的等級與船舶等級是否匹配，是否存在疲勞駕駛，以及所有引航員的工作量是否相對均衡 等因素。僅依據(jù)引航員的籌次表指派引航員已越來越不能滿足現(xiàn)實生產(chǎn)要求，且主觀的指 派難免有失偏頗。
[0004] 目前引航員指派方法存在以下問題：
[0005] 1.現(xiàn)有方法在指派引航員時主要是根據(jù)引航員的籌次信息，容易忽視工作量均衡 等重要條件，若指派結(jié)果欠佳，則在資源配置上存在浪費；
[0006] 2.現(xiàn)有方法在解決實際問題時缺少一個切實的數(shù)學(xué)模型來描述引航員指派問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種引航員指派方法，解決現(xiàn)有 技術(shù)中引航員指派不合理、資源配置浪費的技術(shù)問題。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種引航員指派方法，包括以 下步驟：
[0009] 步驟（la):建立本地數(shù)據(jù)庫，進行合同收池；
[0010] 步驟（lb):從池中選出待指派引航員和待引航船舶，建立引航員指派模型；
[0011] 步驟（1C):基于動態(tài)子種群改進遺傳算法對引航員指派模型進行求解，找出最優(yōu) 引航員指派計劃；
[0012] 步驟（Id):根據(jù)確定的最優(yōu)引航員指派計劃進行引航員指派。
[0013] 所述引航員指派模型的建立步驟如下：
[0014] 步驟（2a):對船舶、引航員分別進行等級劃分；
[0015] 步驟（2b):根據(jù)船舶等級，確定每個引航任務(wù)所需引航員的最低等級及人數(shù)，統(tǒng) 計當(dāng)天各引航任務(wù)所需引航員總?cè)藬?shù)Pil〇t_Need ;
[0016] 步驟（2c):根據(jù)引航員前一天的作息情況對其疲勞程度進行等級劃分；
[0017] 步驟（2d):統(tǒng)計當(dāng)月引航員已工作時間及可參與指派的引航員總?cè)藬?shù)Pilot_No ;
[0018] 步驟（2e):根據(jù)引航員指派過程中等級分配情況，建立引航員等級分配過高費用 函數(shù)cost。,數(shù)學(xué)模型與引航員等級分配過低費用函數(shù)cost ud數(shù)學(xué)模型；
[0019] 步驟（2f):根據(jù)引航員指派過程中引航員的疲勞程度，建立引航員的疲勞程度費 用函數(shù)costtd數(shù)學(xué)模型；
[0020] 步驟（2g):根據(jù)引航員指派過程中引航員工作時間差異，建立引航員工作時間均 衡程度費用函數(shù)c〇st wd數(shù)學(xué)模型；
[0021] 步驟（2h):根據(jù)步驟（2e)、（2f)、（2g)，建立引航員指派模型的費用函數(shù)：
[0022] P = w^cost^w^costu+w^cost^w^cost^ (1)
[0023] cost。為等級分配過高費用，cost。計算公式如下：
[0024]

【權(quán)利要求】
1. 一種引航員指派方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟（Ia):建立本地數(shù)據(jù)庫，進行合同收池； 步驟（Ib):從池中選出待指派引航員和待引航船舶，建立引航員指派模型； 步驟（Ic):基于動態(tài)子種群改進遺傳算法對引航員指派模型進行求解，找出最優(yōu)引航 員指派計劃； 步驟（Id):根據(jù)確定的最優(yōu)引航員指派計劃進行引航員指派。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的引航員指派方法，其特征在于，所述引航員指派模型的建立 步驟如下： 步驟（2a):對船舶、引航員分別進行等級劃分； 步驟（2b):根據(jù)船舶等級，確定每個引航任務(wù)所需引航員的最低等級及人數(shù)，統(tǒng)計當(dāng) 天各引航任務(wù)所需引航員總?cè)藬?shù)Pil〇t_Need; 步驟（2c):根據(jù)引航員前一天的作息情況對其疲勞程度進行等級劃分； 步驟（2d):統(tǒng)計當(dāng)月引航員已工作時間及可參與指派的引航員總?cè)藬?shù)Pil〇t_N〇; 步驟（2e):根據(jù)引航員指派過程中等級分配情況，建立引航員等級分配過高費用函數(shù)COStml數(shù)學(xué)模型與引航員等級分配過低費用函數(shù)COStud數(shù)學(xué)模型； 步驟（2f):根據(jù)引航員指派過程中引航員的疲勞程度，建立引航員的疲勞程度費用函 數(shù)COSttd數(shù)學(xué)模型； 步驟（2g):根據(jù)引航員指派過程中引航員工作時間差異，建立引航員工作時間均衡程 度費用函數(shù)COStwd數(shù)學(xué)模型； 步驟（2h):根據(jù)步驟（2e)、（2f)、（2g)，建立引航員指派模型的費用函數(shù)： P=w0*cost0+wu*costu+wt*costt+wwd*costwd (1)cost。為等級分配過高費用，cost。計算公式如下：
其中：COSttjdi為被選中編號為i的引航員等級分配過高產(chǎn)生的花費； COStu為等級分配過低費用，COStu計算公式如下：
其中：COStudi為被選中編號為i的引航員等級分配過低產(chǎn)生的花費； COStt為疲勞程度產(chǎn)生的費用，COStt計算公式如下：
其中：COSttdi為被選中編號為i的引航員的疲勞程度產(chǎn)生的費用； COStwd為引航員工作時間均衡程度費用，COStwd計算公式如下：
其中：Ti為被指派引航員的工作時間，7；為可參與指派引航員工作時間的平均值； Ti計算方法如下： Ti =Ti-Jti (6) IV1為當(dāng)日引航員指派之前當(dāng)月已工作時間之和，h為當(dāng)日工作所需時間； 7；計算方法如下：
W〇、Wu、Wt、Wwd 為權(quán)值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的引航員指派方法，其特征在于，所述船舶等級由高到低劃分 為5個等級：超甲類、甲類、乙類、丙類、丁類，船舶等級Shipdi定義如下： shipdiG{1，2, 3, 4, 5} 1，2,3,4,5為具體船舶等級，對應(yīng)如下： 1 :超甲類：吃水> =13m或船長> =250m或船長> =180m的客船或船長> =168m進 出狹窄航道或靠離油輪； 2 :甲類：12m=〈吃水<13m或船長<168m進出狹窄航道或船長> =168m油輪或吃水 > =IOm油輪； 3 :乙類：10m=〈吃水 <12m; 4 :丙類：8. 5m=〈吃水 <10m; 5 : 丁類：吃水〈8. 5m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的引航員指派方法，其特征在于，所述引航員等級由高到低劃 分為5個等級：高級引航員、一級引航員、二級引航員、三級引航員、四級引航員，引航員等 級Pilotdi定義如下： PilotdiG{1，2, 3, 4, 5} 1，2,3,4,5為具體引航員等級，含義如下： 1 :高級引航員：具有國家一級引航員適任證書的引航員； 2 :-級引航員：具有國家二級引航員適任證書的引航員； 3 :二級引航員：具有國家三級引航員適任證書且引航資歷> =24個月的引航員； 4:三級引航員：具有國家三級引航員適任證書且引航資歷〈24個月的引航員； 5 :四級引航員：具有國家四級引航員適任證書的引航員。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的引航員指派方法，其特征在于，根據(jù)船舶的等級，不同等級船 舶所需的引航員人數(shù)及最低等級要求如表1所示：

6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的引航員指派方法，其特征在于，所述引航員等級分配過高費 用函數(shù)COSttjd數(shù)學(xué)模型設(shè)計如下：
Cli為被指派引航員等級，dn66d為對應(yīng)船舶所需引航員最低等級，Cl，c2,c3,C4為引航員 等級分配過高費用權(quán)值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的引航員指派方法，其特征在于，所述引航員等級分配過低費 用函數(shù)COStud數(shù)學(xué)模型設(shè)計如下：
Cli為被指派引航員等級，dn66d為對應(yīng)船舶所需引航員最低等級，c5,c6,c7,C8，為引航員 等級分配過低費用權(quán)值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的引航員指派方法，其特征在于，所述引航員疲勞程度劃分為5 個等級，疲勞程度等級tireddi定義如下： tireddiG{1，2, 3, 4, 5} 1，2,3,4,5為引航員疲勞程度等級，對應(yīng)如下： 1 :引航員昨天未工作； 2 :引航員昨天上午工作，下午未工作； 3 :引航員昨天下午工作，上午未工作； 4:引航員昨天上、下午都工作； 5 :引航員昨天22 :00點之前在工作； 其中，疲勞程度從1到5依次遞增，5為最疲勞等級。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的引航員指派方法，其特征在于，所述引航員的疲勞程度費用 函數(shù)COSttd數(shù)學(xué)模型設(shè)計如下：
tdi為被指派引航員的疲勞程度等級，C9,Cltl,C11為引航員疲勞程度等級費用權(quán)值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的引航員指派方法，其特征在于，所述步驟（Ic)基于動態(tài)子種 群改進遺傳算法對引航員指派模型進行求解，找出最優(yōu)引航員指派計劃，具體步驟如下： 步驟（IOa):初始化參數(shù)：設(shè)置種群大小popsize、總運行代數(shù)gen、運行次數(shù)g= 1，變 異概率Pm;步驟（IOb):初始化種群：隨機產(chǎn)生popsize個個體，每個個體為一具有Pilot_ No個元素的整數(shù)序列，個體中的各元素從集合{1，2，…，Pilot_No}中取值且互不重復(fù)； 步驟（IOc):計算個體適應(yīng)度：根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)計算個體適應(yīng)度，并求得最優(yōu)個體及其 適應(yīng)度，其中，適應(yīng)度函數(shù)采用公式（1)所述的引航員指派模型的費用函數(shù)； 步驟（IOd):適應(yīng)度排序：將個體按適應(yīng)度由小到大順序進行排序； 步驟（IOe):計算當(dāng)前種群pop的適應(yīng)度平均值avgi并選擇所有適應(yīng)度小于avgi的個 體，得到子種群Subpop1,記Subpop1種群大小為Popsize1 ; 步驟（IOf):計算子種群Subpop1的適應(yīng)度平均值avg2并選擇所有適應(yīng)度小于avg2的 個體，得到子種群Subpop2,記Subpop2種群大小為popsize2 ; 步驟（IOg):從種群中選擇一個體進行動態(tài)子種群交叉； 步驟（IOh):對交叉后的個體進行適應(yīng)度計算，如果該值小于交叉前適應(yīng)度，則更新當(dāng) 前個體；否則，產(chǎn)生一（〇，1)間隨機實數(shù)^，如巧不大于變異概率Pm，則對當(dāng)前個體執(zhí)行變 異操作； 步驟（IOi):如果運行次數(shù)g小于總運行代數(shù)gen，則g=g+l，轉(zhuǎn)步驟（10c)，否則，將 當(dāng)前個體作為最優(yōu)個體輸出。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的引航員指派方法，其特征在于，對于步驟（l〇c)，個體適應(yīng) 度計算的具體步驟如下： 步驟（Ila):定義序列位1至Pilot_Need與引航任務(wù)所需的Pilot_Need個引航員的 最低等級一一對應(yīng)，序列元素值為被指派引航員編號； 步驟（Ilb):從序列第1位開始，到序列第Pil〇t_Need位為止，按公式（8)、（9)計算被 指派引航員的等級與對應(yīng)引航任務(wù)所需最低等級之間差異所產(chǎn)生的費用； 步驟（lie):按公式（10)統(tǒng)計序列第1到第Pil〇t_Need位上被指派引航員的疲勞程 度產(chǎn)生的費用； 步驟（Ild):按公式（6)、（7)統(tǒng)計序列第1到第Pil〇t_Need位上被指派引航員工作時 間差異產(chǎn)生的費用； 步驟（lie):按公式（1)計算個體適應(yīng)度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的引航員指派方法，其特征在于，所述步驟（IOg)，從種群中 選擇一個體進行動態(tài)子種群交叉的具體步驟如下： 步驟（12a):由步驟（IOa)所得popsize、步驟（IOe)所得Popsize1、步驟（IOf)所得Popsize2求得動態(tài)交叉概率Ps1,ps2,Ps1,ps2由以下公式求得：
步驟（12b):隨機產(chǎn)生一個（0,1)間實數(shù)r; 步驟（12c):如果r彡ps2，則從子種群Subpop2中隨機選擇一個個體作為交叉對象；如 果ps2〈r<Ps1，則從子種群Subpop1中隨機選擇一個個體作為交叉對象；如果I^ps1，則從 種群pop中隨機選擇一個個體作為交叉對象；當(dāng)前個體與所選交叉對象進行交叉操作。
【文檔編號】G06Q10/04GK104268640SQ201410465080
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】薛云燦, 沙偉, 張海霞, 楊啟文, 李彬 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)