[發(fā)明專利]一種自動化碼頭集裝箱船的重點(diǎn)作業(yè)路預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210169024.4
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114595872A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫未未;鄭卓睿
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/08;G06F16/2458;G06N3/04
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種自動化碼頭集裝箱船的重點(diǎn)作業(yè)路預(yù)測方法。本發(fā)明根據(jù)自動化碼頭現(xiàn)場橋吊的作業(yè)數(shù)據(jù)和各個(gè)貝位的作業(yè)計(jì)劃，實(shí)時(shí)預(yù)測每條集裝箱船的重點(diǎn)作業(yè)路，步驟包括：特征提取階段從自動化碼頭歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，提取每個(gè)集裝箱歷史作業(yè)特征和計(jì)劃作業(yè)特征；訓(xùn)練階段將提取的特征輸入到一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，對貝位作業(yè)時(shí)間進(jìn)行預(yù)測和訓(xùn)練；在線預(yù)測階段：使用訓(xùn)練階段所得到的模型預(yù)測橋吊每個(gè)貝位的作業(yè)時(shí)間，得到最大用時(shí)的作業(yè)路，標(biāo)記為重點(diǎn)作業(yè)路。本發(fā)明方法預(yù)測重點(diǎn)作業(yè)路的準(zhǔn)確率上顯著優(yōu)于現(xiàn)有方法，在實(shí)際環(huán)境下具有較好的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自動化碼頭集裝箱船的重點(diǎn)作業(yè)路預(yù)測方法。

背景技術(shù)

集裝箱船的作業(yè)路是一個(gè)任意時(shí)刻只能由一個(gè)橋吊進(jìn)行裝卸作業(yè)的貝位集合。不處于同一個(gè)作業(yè)路的貝位可以使用多臺橋吊同時(shí)作業(yè)來提升裝卸效率，同一個(gè)作業(yè)路的所有貝位任意時(shí)刻只能由一個(gè)橋吊完成作業(yè)。因此作業(yè)時(shí)間最長的作業(yè)路是該船的最小作業(yè)時(shí)間，即該船舶作業(yè)時(shí)間瓶頸。集裝箱船的重點(diǎn)作業(yè)路預(yù)測是在給定作業(yè)計(jì)劃下預(yù)測作業(yè)時(shí)間最長的作業(yè)路。集裝箱船重點(diǎn)作業(yè)路預(yù)測是自動化碼頭的關(guān)鍵技術(shù)，對自動化碼頭AGV調(diào)度等決策有著重要影響。

目前已有的方法為采用取相鄰貝位集裝箱數(shù)量之和最大值所在作業(yè)路為重點(diǎn)作業(yè)路。但該方法準(zhǔn)確率較低，主要原因是存在大量如不同類型的集裝箱數(shù)量，不同的作業(yè)工藝效率，作業(yè)計(jì)劃和過去作業(yè)效率等因素會影響作業(yè)路裝卸集裝箱效率，可能錯(cuò)誤判定重點(diǎn)作業(yè)路。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問題，本發(fā)明提出了一種自動化碼頭集裝箱船的重點(diǎn)作業(yè)路預(yù)測方法。本發(fā)明方法通過提取橋吊的歷史作業(yè)特征和每個(gè)貝位的計(jì)劃作業(yè)特征，能夠更精確地預(yù)測貝位作業(yè)時(shí)間，提高重點(diǎn)作業(yè)路預(yù)測準(zhǔn)確率。

本發(fā)明提出的適用于自動化碼頭集裝箱船的重點(diǎn)作業(yè)路預(yù)測方法，分為如下三個(gè)階段：

(一)特征提取階段；對自動化碼頭歷史數(shù)據(jù)按照時(shí)間切片，采樣得到大量不同時(shí)間點(diǎn)的歷史作業(yè)數(shù)據(jù)和計(jì)劃作業(yè)數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中提取特征后預(yù)處理為多元變量時(shí)間序列數(shù)據(jù)；具體步驟為：

(1)以固定時(shí)間間隔進(jìn)行采樣。提取采樣時(shí)間點(diǎn)之前固定時(shí)間窗口內(nèi)的集裝箱信息，橋吊作業(yè)數(shù)據(jù)、AGV作業(yè)數(shù)據(jù)、軌道吊作業(yè)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)。提取每個(gè)集裝箱的作業(yè)特征。集裝箱長度類型以及各個(gè)機(jī)械作業(yè)工藝等信息轉(zhuǎn)化為數(shù)值型變量，將集裝箱流水線裝卸作業(yè)過程中每個(gè)步驟的時(shí)間點(diǎn)減去上個(gè)步驟的時(shí)間點(diǎn)得到該步驟用時(shí)作為特征之一。將過去作業(yè)的集裝箱特征數(shù)據(jù)按照集裝箱作業(yè)順序排列為橋吊歷史作業(yè)時(shí)間序列X_h。

(2)從歷史數(shù)據(jù)中提取采樣時(shí)間點(diǎn)后該橋吊在該貝位計(jì)劃作業(yè)的集裝箱數(shù)據(jù)。篩選現(xiàn)場作業(yè)時(shí)能夠?qū)崟r(shí)獲取的信息，將這些信息轉(zhuǎn)化為數(shù)值型變量。將計(jì)劃作業(yè)的集裝箱特征數(shù)據(jù)按照集裝箱計(jì)劃作業(yè)順序排列為貝位計(jì)劃作業(yè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)X_p。

(3)提取在采樣時(shí)間點(diǎn)后在該貝位的剩余作業(yè)時(shí)間。從歷史數(shù)據(jù)中讀取該貝位所有集裝箱的作業(yè)數(shù)據(jù)，得到貝位完成時(shí)間。去除數(shù)據(jù)中相鄰兩個(gè)集裝箱作業(yè)時(shí)間間隔超過一定時(shí)間的情況，將貝位完成作業(yè)時(shí)間減去當(dāng)前時(shí)間和間隔時(shí)間作為實(shí)際作業(yè)時(shí)間。得到在采樣時(shí)間點(diǎn)作業(yè)路在該貝位的剩余作業(yè)時(shí)間。正則化剩余作業(yè)時(shí)間。

(二)訓(xùn)練階段，將多元變量時(shí)間序列數(shù)據(jù)輸入到一個(gè)多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，并且以橋吊歷史作業(yè)特征和貝位計(jì)劃作業(yè)特征間距離和預(yù)測誤差損失函數(shù)作為約束。具體步驟為：

(1)構(gòu)建一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，由橋吊歷史作業(yè)特征提取網(wǎng)絡(luò)E_h，貝位計(jì)劃作業(yè)特征提取網(wǎng)絡(luò)E_p和一個(gè)全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成。

(2)橋吊歷史作業(yè)特征提取網(wǎng)絡(luò)E_h和貝位計(jì)劃作業(yè)特征提取網(wǎng)絡(luò)E_p為兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同但參數(shù)不同的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。每層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算公式如下：