阅读说明：本技术 一种多塔吊转运调度方法及系统 (multi-tower crane transfer scheduling method and system ) 是由 舒远 陈琛 姚宏泰 于 2019-12-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种多塔吊转运调度方法及系统,所述系统使用所述调度方法,所述方法包括分别确定覆盖搬运起点和搬运终点的塔吊；确定从搬运起点至搬运终点的依次可接驳的塔吊次序作为搬运路线,获取搬运路线上的依次接驳的塔吊间的接驳路径、接驳时间和接驳能量,其中在确定依次可接驳的塔吊次序时,当两接驳的塔吊中被接驳方在前面接驳过程中已用作主接驳方,则剔除不予考虑作为被接驳方；计算每条搬运路线上接驳总路径、接驳总时间、接驳总能量和接驳总次数,并比对后得出最短路径长度、最少接驳次数、最快到达时间和最少耗能能量,以供塔吊转运提供决策参考。(The invention provides multi-tower crane transfer scheduling methods and systems, wherein the system uses the scheduling methods, the methods comprise the steps of respectively determining tower cranes covering a transport starting point and a transport end point, determining sequence of tower cranes which can be sequentially plugged from the transport starting point to the transport end point as a transport route, acquiring a connection path, connection time and connection energy among the tower cranes which are sequentially plugged on the transport route, eliminating the connected parties from consideration when the connected parties in two plugged tower cranes are used as main connected parties in the previous connection process when the sequence of tower cranes which can be sequentially plugged is determined, calculating the total connection path, total connection time, total connection energy and total connection times on each transport route, and obtaining the shortest path length, the minimum connection times, the fastest arrival time and the minimum energy consumption energy after comparison so as to provide decision reference for tower crane transfer.)

一种多塔吊转运调度方法及系统

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种多塔吊转运调度方法及系统。

背景技术

塔式起重机是建筑工地常见的起重搬运设备，根据施工地的面积大小需要设置多个塔吊进行施工，随着装配式建筑的发展，塔吊的需求量也逐渐增加，多塔吊施工为工地常见情况。当前多塔吊施工过程中无明确的调度逻辑和方式，普遍在施工过程中进行简单的调度安排，并非经过严谨计算的最优策略，塔吊之间更多考虑避让和等待，存在利用率不高的情况。随着节约资源和提高施工效率的作业形式发展，多塔吊转运调度系统将为复杂的建筑施工环境当中的多塔吊高效率作业提供保证。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种多塔吊转运调度方法及系统，以解决上述问题，具体地：

本发明第一方面提供一种多塔吊转运调度方法，所述方法包括

分别确定覆盖搬运起点和搬运终点的塔吊；

分别确定从搬运起点至搬运终点的依次可接驳的塔吊次序及所形成的搬运路线，并获取每条搬运路线上的依次接驳的塔吊间的接驳路径、接驳时间和接驳能量，其中在确定依次可接驳的塔吊次序时，当两接驳的塔吊中被接驳方在前面接驳过程中已用作主接驳方，则剔除不予考虑作为被接驳方；

计算每条搬运路线上接驳总路径、接驳总时间、接驳总能量和接驳总次数，并比对后得出最短路径长度、最少接驳次数、最快到达时间和最少耗能能量，以供塔吊转运提供决策参考。

优选地，进行如下操作步骤：

S1.分别确定覆盖搬运起点的M个起点塔吊和搬运终点的N个终点塔吊，M、N均为正整数；

S2.将第m起点塔吊作为主接驳方，将可与第m起点塔吊接驳的塔吊作为被接驳方，计算第m起点塔吊与被接驳方进行接驳时耗费的接驳路径、接驳能量和接驳时间，其中m∈M；

S3.将步骤S2中完成接驳进行搬运的被接驳方变更为新的主接驳方，并确定除已作为主接驳方以外的且能与新的主接驳方接驳的塔吊作为新的被接驳方，计算该新的主接驳方与该新的被接驳方接驳时耗费的接驳路径、接驳能量和接驳时间；

S4.重复执行S3，直至新的被接驳方为N个终点塔吊之一时，计算新的主接驳方与第n终点塔吊接驳时耗费的接驳路径、接驳能量和接驳时间，其中n∈N；

S5.将以第m起点塔吊至第n终点塔吊的接驳路线作为搬运路线，分别求取每条搬运路线上的接驳总路径、接驳总能量、接驳总时间和接驳总次数，并比对得出最短路径长度、最少接驳次数、最快到达时间和最少耗能能量，以供塔吊转运提供决策参考。

优选地，所述步骤S1包括：

S11.利用安装在塔吊上的传感器实时获取工程现场各塔吊的位置及工作状态；

S12.根据现场各塔吊的位置及工作状态，确定搬运起点的M个起点塔吊和搬运终点的N个终点塔吊。

优选地，所述步骤S2包括：

S21.根据工程现场3D设计模型，获取所有物体的立体尺寸及相应的坐标；

S22.基于所述现场各塔吊的位置及工作状态和所述所有物体的立体尺寸及相应的坐标，以第m起点塔吊作为主接驳方，确定可与第m起点塔吊接驳的塔吊作为被接驳方，计算第m起点塔吊与被接驳方进行接驳时耗费的接驳路径、接驳能量和接驳时间。

优选地，所述步骤S3包括：

S31.在以第m起点塔吊为主接驳方完成与被接驳方接驳后，将当前进行搬运的被接驳方作变更为新的主接驳方；

S32.剔除所述M个起点塔吊或已作为主接驳方的塔吊后，基于所述现场各塔吊的位置及工作状态和所述所有物体的立体尺寸及相应的坐标，确定能与新的主接驳方接驳的塔吊并将该塔吊作为新的被接驳方；

S33.计算新的主接驳方和新的被接驳方接驳时耗费的接驳路径、接驳能量和接驳时间。

优选地，所述步骤S4包括：

S41.当需要多次接驳进行搬运时，将完成接驳后的主接驳方进行剔除，将完成接驳后的被接驳方设为新的主接驳方，确定能与新的主接驳方进行接驳的塔吊作为新的被接驳方；

S42.计算每次接驳所耗费的接驳能量和接驳时间；

S43.重复执行步骤S41-S42，直至被接驳方为N个终点塔吊之一时，计算当前新的被接驳方与第n终点塔吊接驳时耗费的接驳路径、接驳能量和接驳时间。

优选地，所述步骤S5包括：

S51.将以第m起点塔吊逐次接驳至第n塔吊的接驳路线作为搬运路线；

S52.根据每条搬运路线上的接驳路径求取每条搬运路线上的接驳总路径，根据每条搬运路线上的接驳的次数求取每条搬运路线上的接驳总次数，根据每条搬运路线上的接驳能量求取每条搬运路线上的接驳总能量，根据每条搬运路线上的两塔吊接驳所耗费的时间求取每条搬运路线上的接驳总时间，并比对得出最短路径长度、最少接驳次数、最快到达时间和最少耗能能量，以供塔吊转运提供决策参考。

优选地，在所述步骤S52中，当选择在搬运过程中预先对路线上的被接驳的塔吊调转至预设接驳地点时，被接驳的塔吊的总调转时间取该路线上被接驳的塔吊中调转至预设接驳地点的最大耗时。

优选地，当在搬运过程中搬运路线发生中断，重新执行步骤S1-S5。

本发明第二方面公开了一种多塔吊转运调度系统，采用布置在施工现场的多个塔吊进行搬运，还包括计算机设备，用于采用上述任一所述的方法进行数据处理，获取每条搬运路线上接驳总路径、接驳总时间、接驳总能量和接驳总次数，得出最短路径长度、最少接驳次数、最快到达时间和最少耗能能量，以供塔吊转运提供决策参考。

优选地，所述系统还包括：所述数据采集单元，用于采集塔吊的位置及工作状态，包括设置在塔吊处的吊重传感器和/或幅度传感器和/或高度传感器和/或力矩传感器和/或风速传感器和/或角度传感器。

优选地，所述计算机设备与所述数据采集单元间的通讯方式采用无线传输。

优选地，所述计算机设备包括最优路线确定模块，用于根据对最短路径长度、最少接驳次数、最快到达时间和最少耗能能量四个路线维度的预设权重，分析计算出最优路线。

本发明通过为多塔吊转运调度提供最优选择和路径的技术方案，改善了当前粗放式的调度转运，进行合理调度及路线规划，提高运转效率。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例的多塔吊转运调度方法流程图；

图2是本发明一实施例的工程现场塔吊布置示意图；

图3是本发明一实施例的多塔吊转运调度最短路径示意图；

图4是本发明一实施例的多塔吊转运调度的多条路径示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

由于现在的多塔吊施工过程中无明确的调度逻辑和方式，普遍在施工过程中进行简单的调度安排，并非经过严谨计算的最优策略，塔吊之间更多考虑避让和等待，存在利用率不高的情况。需要对该情况进行解决，提供了一种多塔吊运转调度的方法及系统，为多塔吊转运调度提供最优选择和路径的技术方案，改善当前粗放式的调度转运，进行合理调度及路线规划，提高运转效率。

本发明公开了一种多塔吊转运调度方法，该方法首先分别确定覆盖搬运起点和搬运终点的塔吊；然后分别确定从搬运起点至搬运终点的依次可接驳的塔吊次序及所形成的搬运路线，获取搬运路线上的依次接驳的塔吊间的接驳路径、接驳时间和接驳能量，为优化塔吊间接驳的路线，将搬运路线中的耗能较多、耗时较多和路径接驳次数较多的做规划初步的筛检，其中在确定依次可接驳的塔吊次序时，当两接驳的塔吊中被接驳方在前面的接驳过程中已经用作过主接驳方的，则直接剔除不予考虑作为新的被接驳方；根据每条路线上的塔吊与塔吊间接驳的路径长度、耗能、耗时和接驳次数的统计数据，最后计算出每条路线上计算每条搬运路线上接驳总路径、接驳总时间、接驳总能量和接驳总次数，并比对得出总路径最短、最耗时最少、耗能最少和接驳次数最少的搬运路线，以供决策者参考。

如图1所示，上述方法的具体规划计算过程包括：

S1.分别确定覆盖搬运起点的M个起点塔吊和搬运终点的N个终点塔吊，M、N均为正整数；

S2.将第m起点塔吊作为主接驳方，将可与第m起点塔吊接驳的塔吊作为被接驳方，计算第m起点塔吊与被接驳方进行接驳时耗费的接驳路径、接驳能量和接驳时间，其中m∈M；

S3.将步骤S2中完成接驳进行搬运的被接驳方变更为新的主接驳方，并确定除已作为主接驳方以外的且能与新的主接驳方接驳的塔吊作为新的被接驳方，计算该新的主接驳方与该新的被接驳方接驳时耗费的接驳路径、接驳能量和接驳时间；

S4.重复执行S3，直至新的被接驳方为N个终点塔吊之一时，计算新的主接驳方与第n终点塔吊接驳时耗费的接驳路径、接驳能量和接驳时间，其中n∈N；

S5.将以第m起点塔吊至第n终点塔吊的接驳路线作为搬运路线，分别求取每条搬运路线上的接驳总路径、接驳总能量、接驳总时间和接驳总次数，最后比对获取得到最短接驳路径、最省时搬运路线、最节能搬运路线和最少接驳次数搬运路线，为塔吊转运提供决策参考。

进一步的，在确定搬运起点和搬运终点的塔吊时，利用安装在塔吊上的传感器实时获取工程现场各塔吊的位置及工作状态，分别得到可以在搬运起点和搬运终点进行搬运的塔吊，即得到搬运起点的M个起点塔吊和搬运终点的N个终点塔吊。基于所述现场各塔吊的位置及工作状态，结合工程现场3D设计模型（该3D设计模型也可以用4D、5D或其他设计模型代替），获取所有物体的立体尺寸及相应的坐标；在进行第一步接驳时，以第m起点塔吊作为主接驳方，确定可与第m起点塔吊接驳的塔吊作为被接驳方，计算第m起点塔吊与被接驳方进行接驳时耗费的接驳路径、接驳能量和接驳时间。

当仅通过一次接驳不能完成货物由搬运起点至搬运终点的任务，则在进行下一级接驳。

在第二次接驳时：在以第m起点塔吊为主接驳方完成与被接驳方接驳后，将当前进行搬运的被接驳方作变更为新的主接驳方；剔除确定的M个起点塔吊或已作为主接驳方的塔吊后，基于所述现场各塔吊的位置及工作状态和所述所有物体的立体尺寸及相应的坐标，确定能与新的主接驳方接驳的塔吊并将该塔吊作为新的被接驳方；然后计算新的主接驳方和新的被接驳方接驳时耗费的接驳路径、接驳能量和接驳时间。在该接驳过程中，由于M个起点塔吊可能会有多个，起点塔吊间也可能存在接驳的条件，为避免重复使用起点塔吊，在第二次接驳时剔除M个起点塔吊作为筛选以优化接驳起点塔吊的路线。当起点塔吊间进行接驳能量较少或用时较少时，也可以选择剔除已做过主接驳方的起点塔吊，将未进行接驳过的起点塔吊也进行计算，避免漏选无法得到最优结果。

当还需要多次接驳进行搬运时，将完成接驳后的主接驳方进行剔除，将完成接驳后的被接驳方设为新的主接驳方，确定能与新的主接驳方进行接驳的塔吊作为新的被接驳方，计算每次接驳所耗费的接驳能量和接驳时间；重复执行上述主接驳方与被接驳方的确定过程，并计算接驳路径、接驳能量和接驳时间，同时统计接驳次数。直至被接驳方为N个终点塔吊之一时，计算当前新的被接驳方与第n终点塔吊接驳时耗费的接驳路径、接驳能量和接驳时间。

在计算接驳总路径、接驳总耗能、接驳总时间时，将以第m起点塔吊逐次接驳至第n塔吊的接驳路线作为搬运路线；根据每条搬运路线上的接驳路径求取每条搬运路线上的接驳总路径，根据每条搬运路线上的接驳的次数求取每条搬运路线上的接驳总次数，根据每条搬运路线上的接驳能量求取每条搬运路线上的接驳总能量，根据每条搬运路线上的两塔吊接驳所耗费的时间求取每条搬运路线上的接驳总时间。根据上述过程中获取的每条路线上的耗费的总路径、总能量、总时间和接总驳次数后，比对得到路线，即包括：最短的接驳总路径、最少的接驳总时间、最少的接驳总能量和最少的接驳总次数。优选地，在当选择在搬运过程中预先对路线上的被接驳的塔吊调转至预设接驳地点时，被接驳的塔吊的总调转时间取该路线上被接驳的塔吊中调转至预设接驳地点的最大耗时。

进一步的，当在实际搬运过程中搬运路线发生中断时，采用上述的路线计算过程，重新进行计算，以避免由于塔吊故障等因素造成搬运的停滞。

实施例1

如图2所示，在本发明的一个具体实施例中公开了一种对塔吊转运调度方法。该方法采用在施工场地布置的6个塔吊为例，图中圆圈分别代表相应的塔吊的搬运范围，圆圈有交集处表示两塔吊可实现接驳，仅以此例做进一步说明，该方法同样适用于多塔吊的情况。该方法包括如下具体过程：

根据工地设施3D设计模型，获取所有物体的立体尺寸及所处坐标位置；根据塔吊已安装的传感器，实时获取该工地所有塔吊当前位置及工作状态（含吊重、幅度、力矩、风速、角度等信息）。

分别确定覆盖起始点和终止点所在位置的塔吊数量，在发明提出的场景中为搬运起点的起点塔吊为塔吊1，搬运终点的终点塔吊为塔吊6；

分析与塔吊1可接驳的塔吊，并计算不同塔吊与塔吊1接驳所造成能耗W、时间T，其中塔吊1成为主接驳方，其所耗费能量和时间为包含搬运物体所产生；相应的可接驳的塔吊成为被接驳方，其所耗费的能量和时间主要指到达搬运地点所产生的。此时，两种搬运能耗分别为：塔吊搬运物体至下一处接驳点所需要的能耗W_a、时间T_a，塔吊转至当前接驳处所需要的能耗W_b、时间T_b；

本发明中所涉及的工地上能与塔吊1可接驳的塔吊有塔吊4和塔吊2，塔吊1与塔吊4接驳所需要的能耗分别为W_a-1-4、时间T_a-1-4,塔吊4与塔吊1接驳所需要的能耗分别为W_b-4-1、时间T_b-4-1；塔吊1与塔吊2接驳所需要的能耗分别为W_a-1-2、时间T_a-1-2，塔吊2与塔吊1接驳所需要的能耗分别为W_b-2-1、时间T_b-2-1；

路线塔吊1→4所需要消耗的能量为：W_a-1-4+W_b-4-1，时间为T_a-1-4+T_b-4-1；

路线塔吊1→2所需要消耗的能量为：W_a-1-2+W_b-2-1，时间为T_a-1-2+T_b-2-1。

然后分析上一步可接驳塔吊的下游可接驳塔吊，并计算不同塔吊接驳所造成能耗W、时间T，搬运物体至接驳处的塔吊为当前主接驳方。此时上一步可接驳塔吊4可接驳的塔吊有塔吊5和塔吊2，塔吊2可接驳的塔吊有塔吊4、塔吊5、塔吊3。

当塔吊4为当前路线的主接驳方，塔吊4与塔吊5接驳所需要的能耗分别为W_a-4-5、时间T_a-4-5，塔吊5与塔吊4接驳所需要的能耗分别为W_b-5-4、时间T_b-5-4；塔吊4与塔吊2接驳所需要的能耗分别为W_a-4-2、时间T_a-4-2，塔吊2与塔吊4接驳所需要的能耗分别为W_b-2-4、时间T_b-2-4；

当塔吊2可接驳的塔吊有塔吊，参考前面的计算方式进行计算能耗和时间。

此时，当前可规划路线及消耗能量有如下几种：

路线塔吊1→4→5所需要消耗的能量为：W_a-1-4+W_b-4-1+W_a-4-5+W_b-5-4，时间为T_a-1-4+T_b-4-1+T_a-4-5+T_b-5-4;

路线塔吊1→4→2所需要消耗的能量为：W_a-1-4+W_b-4-1+W_a-4-2+W_b-2-4，时间为T_a-1-4+T_b-4-1+T_a-4-2+T_b-2-4;

路线塔吊1→2→4所需要消耗的能量为：W_a-1-2+W_b-2-1+W_a-2-4+W_b-4-2，时间为T_b-1-2+T_b-2-1+T_a-2-4+T_b-4-2;

路线塔吊1→2→5所需要消耗的能量为：W_a-1-2+W_b-2-1+W_a-2-5+W_b-5-2，时间为T_b-1-2+T_b-2-1+T_a-2-5+T_b-5-2;

路线塔吊1→2→3所需要消耗的能量为：W_a-1-2+W_b-2-1+W_a-2-3+W_b-3-2，时间为T_b-1-2+T_b-2-1+T_a-2-3+T_b-3-2。

结合上述确定的路线，继续替换主接驳方，并确定被接驳方。此时可接驳塔吊的下游可接驳塔吊，并计算不同塔吊接驳所造成能耗W、时间T，搬运物体至接驳处的塔吊为当前主接驳方。

上一步可接驳塔吊5可接驳的塔吊有塔吊4、塔吊2、塔吊3、塔吊6，塔吊2可接驳的塔吊有塔吊1、塔吊4、塔吊5、塔吊3，塔吊4可接驳的塔吊有塔吊5和塔吊2。

如当前使用塔吊在前步骤规划中已出现，则认为塔吊路径规划进入复杂情况，不排除其他因素音响塔吊路径复杂化，仅从使用塔吊数量最少的角度可看出，上述路径接驳至塔吊5和3的路线，使用塔吊6已可满足达到终点，此为使用塔吊数量最少的路径；但使用塔吊数量最少并非耗能最少货时间最短的路径，仍需继续分析；当搬运的某一路径出现使用路径中已用过的塔吊现象，该情况从耗时和耗能来考虑均非最优，故剔除类似路径后继续分析。

采用上述方式中的剔除可与主接驳方接驳的塔吊的方法，直至选出各个接驳路线接至塔吊6的所有路线。通过对比如上不同路径耗能、耗时的值，即可快速选出耗能最优路径、耗时最优路径。其中，关于计算接驳总路径部分（未给出相应的计算公式）采用逐级累加获得，即根据两塔吊间接驳时搬运的路径求和得到。通过对路径2和3的对比，还可获得塔吊数量最少耗时最优路径及塔吊数量最少耗时最优路径，此方案可用于任何建筑工地多塔吊调度系统最优路径中，通过计算机技术，可快速得出结论，以指导转运工作。

如图3-4所示，针对上述最短路径问题进一步说明。当某物体需要从A点移动至B点时，可由多个不同的塔吊施工，经过各种不同的路径实现转运。

以两点之间直线距离考虑，结合实际的阻碍，需要如下操作：

1.塔吊1先将物体由位置A吊起并移动至高度为H1的位置一，并平移至位置二；

2.此时由塔吊2接手将物体吊起并移动至高度为H3的位置三；

3.由塔吊5将物体吊起至H6的位置四，并平移至位置五，后再吊下至位置五；

4.最后由塔吊6将物体吊起至位置B。

该路径在水平方向的位置最短，但在垂直方向位移因为越障存在往复路径。当移动过程的障碍物高度超过A、B的位置高度时，该转运在垂直方向便存在往复动作。显然在塔吊转运过程两点之间的直线距离并非最优策略。因此本发明提供了最短接驳路径、最省时搬运路线、最节能搬运路线和最少接驳次数搬运路线，以供参考备选。

本发明还公开了一种多塔吊转运调度系统，采用布置在现场的多个塔吊进行搬运，包括计算机设备，用于采用如上所述的多塔吊转运调度方法进行数据处理，以获取每条搬运路线上接驳总路径、接驳总时间、接驳总能量和接驳总次数，从中比对后得出最短路径长度、最少接驳次数、最快到达时间和最少耗能能量，以供塔吊转运提供决策参考。

进一步的，该系统还包括：所述数据采集单元，用于采集塔吊的位置及工作状态，包括设置在塔吊处的吊重传感器、幅度传感器、高度传感器、力矩传感器、风速传感器和角度传感器。优选地，该计算机设备与所述数据采集单元间的通讯方式采用无线传输。

在其他可选实例中，由于在实际应用中除了单因素最优之外，仍需要考虑综合最优决策，此时通过系统设置路径长度、耗能、耗时、占用塔吊资源数等维度在最优决策中的权重，以获得定制化的最优路径。即预设各不同最优路线的权重，计算机设备经分析权重后做出决策，提供一条最优路线进行搬运，还可进一步将剩余的其他各维度的最优路线依次排序作为备选，可以实现智能自动决策，省去人为决策的步骤。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。