[發(fā)明專利]一種無(wú)規(guī)則限制性區(qū)域船舶調(diào)度方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110287094.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN113095627A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王燕霞;甘少君;陳艷艷;王德軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/06
• 分類號(hào): G06Q10/06;G06N3/04;G06N3/08;G06Q50/26
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種無(wú)規(guī)則船舶調(diào)度指揮方法，其特征在于：步驟如下：

步驟一：隨機(jī)初始化Q(s，a)的數(shù)值，其中s為船舶狀態(tài)表征向量，a表示采取的船舶調(diào)度指令，Q(s，a)的數(shù)值表征在船舶航行狀態(tài)s下，調(diào)度指令a所得分?jǐn)?shù)；Q(s，a)值越大表示在船舶航行狀態(tài)s下，調(diào)度指令a所得分?jǐn)?shù)越高，越接近最優(yōu)指令，即船舶等待時(shí)間越短，通行效率越高；

步驟二：依據(jù)需要調(diào)度的限制性區(qū)域場(chǎng)景，通過計(jì)算機(jī)生成n艘即將通過限制性航道區(qū)域的船舶信息，包括船舶的具體位置經(jīng)度、緯度，航行速度以及航向信息；

步驟三：根據(jù)n艘船舶在當(dāng)前時(shí)間t的航行信息預(yù)測(cè)其到達(dá)指揮斷面的時(shí)間PAT^t以及在限制性區(qū)域內(nèi)通行所需要的時(shí)間PCT^t，其中

步驟四：根據(jù)限制性區(qū)域附近所有船舶的PAT^t和PCT^t構(gòu)建當(dāng)前船舶航行狀態(tài)表征向量s；

步驟五：在0～1之間隨機(jī)選取船舶調(diào)度方案選擇因子λ；若λ大于等于預(yù)設(shè)值δ，則從當(dāng)前船舶狀態(tài)s可選的調(diào)度指令中選擇得分最高的調(diào)度指令；若λ小于預(yù)設(shè)值δ，則從當(dāng)前船舶狀態(tài)s可選的調(diào)度指令中隨機(jī)選擇一個(gè)調(diào)度指令；δ控制算法收斂的速度及效果，δ越小算法收斂速度越快，但容易陷入局部最優(yōu)；δ越大算法越容易搜索到最優(yōu)的調(diào)度指揮方案，但相對(duì)收斂速度慢；在實(shí)際應(yīng)用中，δ可取值為1-k/T，其中k為當(dāng)前迭代次數(shù)，T為最大迭代次數(shù)；

步驟六：設(shè)步驟五所選取的調(diào)度指令為a；執(zhí)行調(diào)度指令a，設(shè)當(dāng)前通過限制性航道的船舶為船舶j，記錄船舶j實(shí)際到達(dá)限制性航道的時(shí)間和實(shí)際在限制性航道內(nèi)的航行時(shí)間

步驟七：更新所有船舶在t+1時(shí)刻的PAT^t+1以及PCT^t+1，其中第j艘船舶在t+1時(shí)刻已經(jīng)通過了限制性航道，可根據(jù)公式(1)、(2)用實(shí)際記錄的船舶到達(dá)限制性區(qū)域時(shí)間和船舶實(shí)際通過限制性區(qū)域的時(shí)間代替預(yù)測(cè)時(shí)間：

步驟八：根據(jù)公式(3)計(jì)算調(diào)度指令a對(duì)當(dāng)前所有船舶航行狀態(tài)的影響Δ：

Δ＝PAT^t+1+PCT^t+1-PAT^t-PCT^t (3)

步驟九：對(duì)調(diào)度指令a在船舶航行狀態(tài)s下的分?jǐn)?shù)Q(s，a)進(jìn)行更新，如公式(4)所示：

Q(s，a)←Q(s，a)-Δ (4)

步驟十：重復(fù)執(zhí)行步驟二至九T次，直到Q(s，a)值不再發(fā)生變化，即在所有的船舶狀態(tài)s下，所有調(diào)度指令a的得分均已收斂；

步驟十一：在得到穩(wěn)定的Q(s，a)值后，通過AIS設(shè)備/雷達(dá)/視頻獲取并解析限制性區(qū)域附近船舶的位置、速度和航向信息；

步驟十二：根據(jù)船舶位置信息和速度信息預(yù)測(cè)船舶到達(dá)指揮斷面的時(shí)間和在限制性區(qū)域內(nèi)航行所需要的時(shí)間；

步驟十三：根據(jù)船舶到達(dá)指揮斷面的時(shí)間以及在限制性區(qū)域內(nèi)航行所需的時(shí)間構(gòu)建表針限制性區(qū)域附近船舶的航行狀態(tài)s；

步驟十四：遍歷使得Q(s，·)獲得最大值的調(diào)度指令a作為當(dāng)前調(diào)度指令，“·”表示當(dāng)前狀態(tài)s下所有可行的調(diào)度指令集合，即a＝argmax Q(s，·)；

步驟十五：向船舶發(fā)送調(diào)度指令a。