阅读说明：本技术 一种自动码头起重机的调度方法 (Dispatching method of automatic wharf crane ) 是由 陶跃钢 尹颖翾 王彩璐 周颖 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种自动码头起重机的调度方法,该方法以数学和系统理论为基础,建立自动码头起重机调度系统的数学模型,运用系统的全局鲁棒性技术,确定了集装箱在装货点和卸货点之间的运输时间的最大变化范围,以使吊具在不同位置之间的运行速度尽可能慢,而不影响吊具在任何方向上的出发时刻；同时减少集装箱在提升过程中货物的震动,以及制动器、车轮、减速器、主梁和电缆的冲击和磨损,提高运输的安全性和有效性。(The invention discloses a dispatching method of an automatic wharf crane, which is characterized in that a mathematical model of an automatic wharf crane dispatching system is established on the basis of mathematics and a system theory, and the maximum variation range of the transportation time of a container between a loading point and a discharging point is determined by using the global robustness technology of the system, so that the running speed of a lifting appliance between different positions is as slow as possible, and the starting time of the lifting appliance in any direction is not influenced; meanwhile, the vibration of goods in the lifting process of the container is reduced, and the impact and abrasion of a brake, wheels, a speed reducer, a main beam and a cable are reduced, so that the safety and effectiveness of transportation are improved.)

一种自动码头起重机的调度方法

技术领域

本发明属于运输调度技术领域，具体是一种自动码头起重机的调度方法。

背景技术

自动码头起重机调度系统是一个高维非线性的复杂系统。对自动码头起重机调度系统建立数学模型，降低系统的复杂度和计算量是必要的。由于码头的集装箱重量较大，当运输速度过快时，可能发生碰撞，造成生命财产安全事故，并且还会增加减速器的急停次数，增加制动器、车轮、减速器、主梁和电缆的冲击和磨损，缩短起重机的使用寿命。延长集装箱在不同位置的运输时间有助于解决上述问题，关键是寻找集装箱运输时间的最大变化范围，以使吊具在不同位置之间的运行速度尽可能慢，而不影响起重机的吊具每次从装货点和卸货点出发的时刻。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提出一种自动码头起重机的调度方法。该方法能够降低系统的复杂度和计算量，有效减少货物在运输过程中的碰撞，以及制动器、车轮、减速器、主梁和电缆的冲击及磨损，提高运输安全性和有效性，且不会影响起重机吊具每次从装货点和卸货点出发的时刻。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种自动码头起重机的调度方法，该方法包括下述步骤：

步骤1：获取自动码头起重机在装货点和卸货点之间的集装箱的运输时间；

步骤2：建立集装箱运输时间的数学模型，其中系统的状态矩阵是n×n的极大-加矩阵A，n表示集装箱运输方向的数目；

步骤3：计算极大-加矩阵A的特征值λ和对应的特征向量v，并以特征向量作为初始条件；

步骤4：寻找极大-加矩阵A的所有特征元；

步骤5：寻找所有可变动元；在极大-加矩阵A的每一行中仅选择一个特征元作为不可变动元，极大-加矩阵A的所有其他元素是系统的可变动元；

步骤6：计算极大-加矩阵A中除去元素ε和e后，每个可变动元的最大变化范围，从而重新设计装货点和卸货点之间的运输时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：降低了系统的复杂度，减少了计算量。本发明的计算复杂度为o(n³)，具有有效性、多项式性和收敛性。通过延长装货点和卸货点运输集装箱的时间，减小起重机吊具的运行速度，从而减少货物在运输过程中的碰撞，减少起重机的制动器、车轮、减速器、主梁和电缆的冲击和磨损，提高运输的安全性和有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简要介绍。下面的附图仅仅是本发明的一些实施例，不应理解为本发明的保护范围的限制。

图1为一种实施例的自动码头起重机的操作循环路径示意图，其中图1(a)为实物场景的操作循环路径示意图，图1(b)为抽象示意的操作循环路径示意图。

图2为本发明一种自动码头起重机的调度方法的一种实施例的流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例以及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明实施方案的一部分，并不能理解为本发明的保护范围的限制。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明提供一种自动码头起重机的调度方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：获取自动码头起重机在装货点和卸货点之间的集装箱的运输时间；

步骤2：建立集装箱运输时间的数学模型，其中系统的状态矩阵是n×n的极大-加矩阵A，n表示集装箱运输方向的数目；

步骤3：计算极大-加矩阵A的特征值λ和对应的特征向量v，并以特征向量作为初始条件；

步骤4：寻找极大-加矩阵A的所有特征元；

步骤5：寻找所有可变动元；在极大-加矩阵A的每一行中仅选择一个特征元作为不可变动元，极大-加矩阵A的所有其他元素是系统的可变动元；

步骤6：计算极大-加矩阵A中除去元素ε和e后，每个可变动元的最大变化范围，从而重新设计装货点和卸货点之间的运输时间。

上述步骤涉及的基本数学知识如下：

令

是实数集合，对于

令

其中max{a，-∞}＝a，a+(-∞)＝-∞。代数结构

称为极大-加代数，简记为

在

中，-∞为零元，用符号ε表示；0为单位元，用符号e表示。将

的逆运算记为a。表示上全体m×n矩阵构成的集合，通常称为极大-加矩阵集合。令为自然数集，

为正整数集，

在

上定义加法运算

其中A＝(a_ij)，

乘法运算

其中

以及标量运算

其中

在不引起混淆的情况下，

和通常省略不写。

中l个相同矩阵乘积的幂形式为

为了更好地阐述本发明方法，采用如图1所示的实施例进行说明：

自动码头起重机操作的一个循环路径如图1所示，其中S₁是远一些的驳船，S₂是近一些的驳船，S₃是与铁路轨道连接的位置，S₄是码头。请注意，远一些的驳船连接到近一些的驳船，但不连接铁路轨道或码头。这里存在四个回路连接四个装载点，即S₁→S₂→S₁，S₂→S₃→S₂，S₃→S₄→S₃和S₂→S₄→S₂，如图1(a)所示；令8个方向中的每一个方向都有一个起重机小车沿图1(b)所示的方向运行。每个起重机有两对平行的小车轨道分别运行两个单独的小车，因此可以同时执行两个操作，所以每个回路仅需要配备至少一台起重机。为了防止货物在装载、卸载和运输时发生碰撞，运行的小车必须受到以下限制：i)在每个位置，小车必须等待其他方向的小车到达后才能出发；

ii)同一个回路上的小车不能相互绕过；

iii)在不同回路上行驶的小车不能改变路线。

步骤2中所述的极大-加代数模型的建模方式为：令x_i(k)为方向i中小车吊具的第k个出发时间，s_ij是小车吊具从位置S_i到S_j的行进时间，集装箱码头起重机的动态调度过程可以用极大-加线性系统

x(k+1)＝Ax(k)

来描述，其中x(k)＝(x₁(k) x₂(k) … x₈(k))^T，x(0)是初始条件，并且a_ij是小车沿方向j到达方向i的起点所需的时间，即

例如，a₆₅是小车沿方向5到达S₂所需的时间，即a₆₅＝s₃₂。

所述的步骤3包括以下步骤：

步骤301：按照以下公式计算矩阵A最大特征值；

其中

步骤302：计算

步骤303：计算

步骤304：记

且第i列为

令

则矩阵A的属于特征值λ_max的特征向量集合为<V>；

步骤305：以特征向量作为初始条件；

所述的步骤4包括以下步骤：

步骤401：令

其中v_i为步骤305中作为初始条件的特征向量的第i个元素。

步骤402：验证每个a_ij是否有

如果成立，则a_ij为矩阵A的特征元。

所述的步骤6包括以下步骤：

步骤601：除去矩阵A中为ε和e的元素后，计算可变动元的最大变化范围；

步骤602：根据步骤5中找到的可变动元素和步骤401计算的

得到每个可变动元的最大变化范围为

步骤603：根据每个可变动元的最大变化范围，按照实际情况增大可变动元所对应的吊具在装货点和卸货点之间的运行时间。

本发明应用具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本实施例内容不应理解为对本发明的限制。

本发明未述及之处适用于现有技术。