[發明專利]基于數字孿生的自動化集裝箱碼頭多AGV動態調度方法

在審

• 申請號: 202111456026.3
• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114037352A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 萇道方;李玉;孫苗苗;徐國軒;高銀萍;陸后軍;田宇;凌強
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q10/08;G06N3/12
• 代理公司: 上海互順專利代理事務所(普通合伙) 31332
• 代理人: 成秋麗

本發明公開了一種基于數字孿生的自動化集裝箱碼頭多AGV動態調度方法，該方法包括多AGV動態調度數字孿生框架構建過程、AGV調度模型構建與方案生成過程、以及基于數字孿生的多AGV動態調度策略實現過程。本發明將數字孿生引入到當前自動化集裝箱碼頭的AGV調度問題中，利用碼頭物理空間和孿生空間的閉環交互與迭代優化以提高調度效率和減少調度偏差。一方面，能夠在調度執行前對方案進行驗證優化，保證調度方案的最優性；另一方面，能夠在調度執行的過程中感知異常擾動及對異常擾動分析處理，調用算法更新調度方案，保證物理與孿生空間的一致性并保證調度方案能滿足實際生產要求。

技術領域

本發明涉及船舶航運領域，具體涉及一種基于數字孿生的自動化集裝箱碼頭多AGV動態調度方法。

背景技術

集裝箱碼頭是國際運輸的重要節點，也是海陸貨物運輸的重要樞紐。隨著自動化集裝箱碼頭建設的深入，從自動化到智能化的轉變也將是集裝箱碼頭的大勢所趨。

但是面對生產連續性強且環境變化快的碼頭作業環境，當設備某一部分出現故障會對整個作業過程產生影響，及時響應作業中的動態事件是當前面臨最棘手的問題；其次，當前碼頭信息透明度低，當一些不確定因素出現在生產中時會嚴重阻礙調度計劃的制定和實施。此外，當前碼頭缺乏有效的仿真工具、信息模型和獨立的決策機制，故以靈活的方式實現作業過程中的調度變得極其困難。數字孿生的出現使孿生空間與物理空間的交互變成了可能。同時在AGV調度作業的過程中，建立孿生空間實現與實際生產的迭代交互、及時響應調度中的動態事件，使碼頭生產信息透明化是很有必要的。因此，本發明將數字孿生與碼頭AGV調度相結合，提出了一種基于數字孿生的自動化集裝箱碼頭多AGV動態調度方法。與當前碼頭作業相比，數字孿生的使用提升了碼頭作業效率，是未來自動化集裝箱碼頭改造的重要研究方向。

目前，對于自動化集裝箱碼頭AGV調度的研究還存在著以下幾個方面的不足：

(1)AGV調度是自動化集裝箱碼頭作業的關鍵環節,其效率也是影響碼頭整體作業效率的決定性因素之一。大多數學者研究AGV的調度問題時，建模過程中依賴某些特定的假設(如設備一直可用，作業時間恒定等)，考慮的大多數動態因素并不是來自實際生產數據，不符合碼頭作業的實際情況；另外，一些學者在研究AGV動態調度時，忽略了重調度穩定性對碼頭作業的影響，無法保證AGV動態調度的穩定性。

(2)在AGV動態調度的研究中，缺乏與實際生產的迭代交互的虛擬場景，從而動態調度問題未能得到很好的解決，當某一部分出現故障會對整個作業過程產生影響，及時響應作業中的動態事件是當前面臨最棘手的問題。此外，當前碼頭缺乏有效的仿真工具、信息模型和獨立的決策機制，故以靈活的方式實現作業過程中的調度變得極其困難。

(3)在當前碼頭調度作業過程中，生產信息透明度低，各系統間存在信息孤島；當一些不確定因素出現在生產中時會嚴重阻礙調度計劃的制定和實施。再者，在實際生產調度過程中，不確定事件、信息不對稱和異常擾動情況會導致執行偏差，影響調度執行的效率和穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于數字孿生的自動化集裝箱碼頭多AGV動態調度方法，針對背景技術中提到的三個問題進行研究，在考慮重調度穩定性和不確定因素影響的情況下，利用數字孿生的虛實交互特性對自動化集裝箱碼頭多AGV的動態調度問題進行研究。本發明將數字孿生與碼頭AGV調度相結合，提出了一種多AGV動態調度數字孿生框架，將調度穩定性考慮到調度問題建模中，研究一種基于數字孿生的自動化集裝箱碼多AGV 動態調度方法。考慮將數字孿生與遺傳算法相結合用于自動化集裝箱碼頭AGV調度作業中，利用數字孿生的虛實交互特性，對物理空間出現的擾動進行響應，調用相應的調度模型和遺傳算法，調整和更新調度方案，指導碼頭當前作業。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：