(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210932825.1 (22)申请日 2022.08.04 (71)申请人 上海海事大学 地址 201306 上海市浦东 新区临港新城 海 港大道15 50号 (72)发明人 高云峰　李杰　 (74)专利代理 机构 上海互顺专利代理事务所 (普通合伙) 31332 专利代理师 曹月明 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 10/08(2012.01) (54)发明名称 一种集装箱码头装卸设备协同优化调度方 法 (57)摘要 本发明提出一种集装箱堆场起重机和内外 集卡提交箱的协同作业调度方法， 包括步骤： S1、 收集应用场景参数； S2、 根据应用场景参数构建 集装箱堆场起重机和 内外集卡提交箱的协同作 业调度模型； S3、 运用非支配排序遗传算法对所 述协同作业调度模型进行搜索求解， 对各堆场起 重机和内外集卡进行任务分配。 本发 明所提供的 调度方法同时解决了路径规划子问题和服务次 序规划子问题， 得到了各堆场起重机所服务的最 优集卡组， 以及为各堆场起重机提供集装箱装卸 服务的集卡的优 先级。 协同作业调度模型得到的 服务次序方案和路径规划方案比优先调度策略 以及先到 先得策略所得到的结果更适用， 有效的 缩短了堆场起重机的总纵向行驶距离， 减少了集 卡的总等待时间。 权利要求书4页 说明书14页 附图9页 CN 115330038 A 2022.11.11 CN 115330038 A 1.集装箱堆场起重机和内外集卡提交箱的协同作业调度方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： S1、 收集应用场景参数； S2、 根据应用场景参数构建集装箱堆场起重机和内外集卡提交箱的协同作业调度模 型： min(Tt+D/vl) 所述协同作业调度模型满足以下十个约束条件： 第一约束条件： 第二约束条件： 第三约束条件： 第四约束条件： 第五约束条件： 第六约束条件： 第七约束条件： 第八约束条件： 第九约束条件： 第十约束条件： 其中， Tt表示整个集装箱港口内所有集卡的等待时间； D表示整个集装箱港口内所有堆 场起重机的总纵向移动距离； vl表示堆场起重机的纵向速度； i表示集装箱区的行索引， j表 示服务集装箱区的场桥的索引， k和k ′均为集卡索引； i∈[1， Rb]， j∈[1， mi]， k， k′∈[1， ni]，权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115330038 A 2Rb表示集装箱区的最大行数， mi表示服务于第i行集装箱区的场桥总数， ni表示在第i行集装 箱区等待取送 集装箱作业的集卡数量； xijk表示0‑1变量， xijk＝1表示在第i行集装箱区的第 k辆集卡被指派给第 j个场桥的堆场起重机， xijk＝0表示在第i行集装箱区的第k辆集卡没有 被指派给第j个场 桥的堆场 起重机； 表示第i行集装箱区第j个场 桥的堆场 起重机在服务 第k辆集卡过程中的纵向行驶距离； Tik表示第i行集装箱区的第k辆集卡等待接收集装箱或 发送集装箱的总时间； Tijk表示第i行集装箱区第 j个场桥的堆场起重机服务第k辆集卡的总 时间； Tijk′表示第i行集装箱区第j个场桥的堆场起重机服务第k ′辆集卡的总时间； aik表示 第i行集装箱区的第k辆集卡到达目标贝位的时间； yik表示第i行集装箱区的第k辆 集卡的优 先级， yik′第i行集装箱区的第k ′辆集卡的优先级； 表示第i行集装箱区的第j个场桥的堆 场起重机在服务第 k辆集卡的过程中的横向行驶距离； 第i行集装箱区的第j个场 桥的堆 场起重机在服务第k辆集卡的过程中 的垂直移动距离； vl表示堆场起重机的纵向移动速度， vi表示堆场起重机 吊具的横向移动速度， vv表示堆场起重机 吊具的垂直移动速度； pik表示 0‑1变量， pik＝1表示第i行集装箱区的第k辆集卡进行接收作业， pik＝0表示第i行集装箱区 的第k辆集卡进行发送作业； hik表示第i行集装箱区的第 k辆集卡所要进行收发作业的集装 箱区的高度； tik表示第i行集装箱区的第k辆集卡所要进行收发作业的集装箱区的层数； δ表 示堆场起重机吊具装卸集装箱的平均时间； cik表示第i行集装箱区的第k辆集卡所要发送或 接收的集装箱垛的列数； rik表示第i行集装箱区的第k辆集卡 所要发送或接收的集装箱垛的 行数； 表示第i行集装箱区的第j个场桥的集装箱行数； bik表示第i行集装箱区等待接收和 发送的集装箱垛的贝 位数； 表示第i行集装箱区的第j个场桥的集装箱垛的贝位数； B 表示 集装箱垛的最大贝位数； l表示一节20英尺标准集装箱的长度； W表示港口道路 的宽度； w表 示一节20英尺标准集装箱的宽度； R表示集装箱垛的最大行数； h表示一节20英尺标准集装 箱的高度； H表示集装箱区的最高层数； σt表示在同一个箱区的同一个箱位里两辆执行收发 作业的集卡的到达时间差； qik表示0‑1变量， qik＝1表示第i行集装箱区的第k辆集卡为内集 卡， qik＝0表示第i行集装箱区的第k辆集卡为外集卡； τit表示第i行集装箱区中内集卡允许 的最长等 候时间； τet表示外集 卡允许的最长等 候时间； S3、 运用非支配排序遗传算法对所述协同作业调度模型进行搜索求解， 对各堆场起重 机和内外集 卡进行任务分配。 2.根据权利要求1所述的调度方法， 其特征在于， 所述协同作业调度模型的求解过程包 括以下步骤： S31、 将目标函数所要解决的堆场起重机和内外集卡提交箱协同作业调度问题转换为 服务次序规划子问题和路径规划子问题； 初始 化非支配排序遗传算法参数， 在搜索空间内， 随机产生集卡调 度任务的指派子序列和寻径子序列， 并根据指派子序列和寻径子序列形成 初始种群； S32、 执行交叉操作， 针对指派子序列， 交换两个候选个 体的分配方案； S33、 执行突变操作， 通过交换两个候选集卡的优先级来修改寻径子序列， 通过重置相 邻两组备选集 卡的边界来 修改指派子序列； S34、 执行模型松弛操作， 当出现不满足第十约束条件时， 通过引入一个充分大正数M， 对整个集装箱码头内所有集卡的等候时间的计算进行更改， 此时整个集装箱码头内所有集权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115330038 A 3