基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法及设备

技术领域

本发明实施例涉及罐装成品油储运技术领域，尤其涉及一种基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法及设备。

背景技术

成品油储运调度是炼油厂的生产活动中的一项重要内容。成品油生产储存在成品油储罐区，需要安排生产和石油产品储存和销售的合理调度，避免冒罐、串罐、罐量不足等情况的出现。成品油仓储和运输调度，要充分考虑到石油运输中的各种运输方式，装卸码头，车辆装卸，铁路装卸。铁路装卸和运输的码头可以被看作是批量的行为，对于如此复杂的工业系统的运转，必须要有一个良好的、有效的管理环境，关键就得看油罐区的调度作业计划安排是否合理。因此，开发一种基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法及设备，可以有效填补上述技术空白，就成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法及设备。

第一方面，本发明的实施例提供了一种基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，包括：获取初始若干罐装成品油调度方案，对初始若干罐装成品油调度方案进行小生境种群划分，得到若干调度方案种群；根据每一调度方案种群中个体的共享函数，得到每一调度方案种群的适应度值，根据每一调度方案种群适应度值，对每一调度方案种群中的个体进行排序，按照每一个体在相应调度方案种群中的位置，为每一个体确定搜索空间；全部个体作为父代个体在所述搜索空间内产生若干子代个体，获取每一子代个体及每一父代个体的目标函数值，选取目标函数值符合预定阈值的个体作为所在调度方案种群的代表个体，参与全部调度方案种群间的竞争，根据竞争结果，将全部调度方案种群进行重新排序；若达到终止条件，则选取排序靠前的若干调度方案种群中的若干个体作为罐装成品油调度方案。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，所述对初始若干罐装成品油调度方案进行小生境种群划分，得到若干调度方案种群，包括：

其中，k=1,2,…,N；i=1,2,…,N；N为初始若干罐装成品油调度方案的数量；

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，所述根据每一调度方案种群中个体的共享函数，得到每一调度方案种群的适应度值，包括：

其中，

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，所述根据每一调度方案种群适应度值，对每一调度方案种群中的个体进行排序，包括：根据每一调度方案种群适应度值的大小，将每一调度方案种群中的个体进行升序排序。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，所述按照每一个体在相应调度方案种群中的位置，为每一个体确定搜索空间，包括：在首位的个体搜索空间最小，在末位的个体搜索空间最大。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，所述获取每一子代个体及每一父代个体的目标函数值，包括：

其中，G为目标函数；j为第j个时长段；t为时长段的数量；

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，在所述则选取排序靠前的若干调度方案种群中的若干个体作为罐装成品油调度方案之后，还包括：若未达到终止条件，则缩小每一调度方案种群中的每一个体的搜索空间，全部个体作为父代个体在缩小后的搜索空间内产生若干子代个体，获取每一子代个体及每一父代个体的新目标函数值，选取新目标函数值符合预定阈值的个体作为所在调度方案种群的代表个体，再次参与全部调度方案种群间的竞争，根据竞争结果，将全部调度方案种群再次进行重新排序，直至达到终止条件。

第二方面，本发明的实施例提供了一种基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度装置，包括：第一主模块，用于获取初始若干罐装成品油调度方案，对初始若干罐装成品油调度方案进行小生境种群划分，得到若干调度方案种群；第二主模块，用于根据每一调度方案种群中个体的共享函数，得到每一调度方案种群的适应度值，根据每一调度方案种群适应度值，对每一调度方案种群中的个体进行排序，按照每一个体在相应调度方案种群中的位置，为每一个体确定搜索空间；第三主模块，用于全部个体作为父代个体在所述搜索空间内产生若干子代个体，获取每一子代个体及每一父代个体的目标函数值，选取目标函数值符合预定阈值的个体作为所在调度方案种群的代表个体，参与全部调度方案种群间的竞争，根据竞争结果，将全部调度方案种群进行重新排序；第四主模块，用于若达到终止条件，则选取排序靠前的若干调度方案种群中的若干个体作为罐装成品油调度方案。

第三方面，本发明的实施例提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法。

第四方面，本发明的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法。

本发明实施例提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法及设备，通过对初始若干罐装成品油调度方案进行小生境种群划分，得到若干调度方案种群，再对若干调度方案种群进行种内竞争和种间竞争，可以快速得到若干罐装成品油调度方案，提高了罐装成品油调度方案的规划效率，且得到的罐装成品油调度方案为全局最优方案，避免了罐装成品油调度方案规划的局部最优陷阱。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法流程图；

图2为本发明实施例提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度装置结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。

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。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

对罐区调度作业进行编码，采用基于小生境多目标列队竞争模式进行优化求解从而得出最佳调度方案。相比于一般的仿生算法的灵活性差、局部收敛和传统的小生境技术不能有效利用群体中优良因素的缺点，并结合生物学中的种群进化理论，提出的基于小生境多目标列队竞争模式是一种基于群体间共享的改进小生境算法，在进化过程中充分考虑了群体间互相影响，互相制约的关系，有效地利用了优良种群的特性。而且其他种群适应度也根据共享群体的适应度进行调整，改善种群的品质，从而使进化过程沿着较优的方向发展，有效的避免了早熟现象，改善了算法的收敛性能。基于这种考虑，本发明实施例提供了一种基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，参见图1，该方法包括：获取初始若干罐装成品油调度方案，对初始若干罐装成品油调度方案进行小生境种群划分，得到若干调度方案种群；根据每一调度方案种群中个体的共享函数，得到每一调度方案种群的适应度值，根据每一调度方案种群适应度值，对每一调度方案种群中的个体进行排序，按照每一个体在相应调度方案种群中的位置，为每一个体确定搜索空间；全部个体作为父代个体在所述搜索空间内产生若干子代个体，获取每一子代个体及每一父代个体的目标函数值，选取目标函数值符合预定阈值的个体作为所在调度方案种群的代表个体，参与全部调度方案种群间的竞争，根据竞争结果，将全部调度方案种群进行重新排序；若达到终止条件，则选取排序靠前的若干调度方案种群中的若干个体作为罐装成品油调度方案。其中，预定阈值可以为50吨、100吨、150吨或200吨。具体地，列队竞争模式是一种基于并行搜索和两层竞争的全局优化搜索模式。列队竞争模式在进化过程中，各种群一直保持独立并行进化；种群通过无性繁殖生成子代；个体在种群内部和种群之间竞争，一层是纵向竞争，同一种群内，父代和所有子代为生存进行的竞争，只有最好的一个体被保留；另一层是横向竞争，不同种群之间进行地位竞争，根据各种群的适应度值的大小排列为一队，最优秀的种群排于首位，最差的种群排于末位。列队排位体现了算法的竞争推动力：赋予排位靠前的种群较小的搜索空间，提高局部搜索能力，能够加快收敛速度；赋予排位靠后的种群更大的搜索空间，增大算法的全局搜索能力，避免算法收敛于局部最优解。在本发明实施例提供了一种基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法中，主要分为两个阶段，第一个阶段由小生境技术根据调度方案种群之间矩离找到每个调度方案种群的小生境群体，然后在每个小生境群体中利用列队竞争模式进行进化，对于更新后的调度方案群体，根据调度方案种群间的距离，利用共享机制提高调度方案种群的适应度，对于适应度最低的个体,采用处罚函数进行处罚相应的调度方案种群。最后保留每个种群的最优个体，直到满足终止条件。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，所述对初始若干罐装成品油调度方案进行小生境种群划分，得到若干调度方案种群，包括：

其中，k=1,2,…,N；i=1,2,…,N；N为初始若干罐装成品油调度方案的数量；

具体地，进化论中小生境概念指生物在特定环境下的生存环境。这概念的主要思想是“人以群分，物以类聚”，即反映了在大自然的进化过程中，各种生物在特定环境下生存，同种生物中存在着优秀的生物，各生物之间存在着相互竞争，不同种生物之间又存在着信息交换。“资源共享”体现了在特定环境中共同生存的同种生物分享有限的资源，这些生物之间通过相互协调达到共同进化,对于适应环境能力弱的生物，在资源不足的前提下，将会逐渐被淘汰。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，所述根据每一调度方案种群中个体的共享函数，得到每一调度方案种群的适应度值，包括：

其中，

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，所述根据每一调度方案种群适应度值，对每一调度方案种群中的个体进行排序，包括：根据每一调度方案种群适应度值的大小，将每一调度方案种群中的个体进行升序排序。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，所述按照每一个体在相应调度方案种群中的位置，为每一个体确定搜索空间，包括：在首位的个体搜索空间最小，在末位的个体搜索空间最大。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，所述获取每一子代个体及每一父代个体的目标函数值，包括：

其中，G为目标函数；j为第j个时长段；t为时长段的数量；

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，在所述则选取排序靠前的若干调度方案种群中的若干个体作为罐装成品油调度方案之后，还包括：若未达到终止条件，则缩小每一调度方案种群中的每一个体的搜索空间，全部个体作为父代个体在缩小后的搜索空间内产生若干子代个体，获取每一子代个体及每一父代个体的新目标函数值，选取新目标函数值符合预定阈值的个体作为所在调度方案种群的代表个体，再次参与全部调度方案种群间的竞争，根据竞争结果，将全部调度方案种群再次进行重新排序，直至达到终止条件。

具体地，若未达到终止条件（终止条件为指定迭代次数小于某个数，在另一实施例中，可以为迭代100次、200次或300次），则采用（1）式至（6）式计算调度方案种群的适应度值；根据适应度值大小，对所有个体进行升序排序（求最小值问题，求最大值时对目标函数取负）；按照个体在列队中的位置顺序，以一定比例确定其相对应的搜索空间，在首位的个体搜索空间最小，最大的搜索空间分配给在最末位的个体；所有个体在各自的搜索空间内繁殖，产生均匀或者随机地产生n个子代个体，同一种群内，n个子代个体和父代个体合并后，参加生存竞争（即如（7）式所示），只保留最优秀的个体，作为该种群的代表，参与列队位置的竞争；达到终止条件则输出计算的结果（即罐装成品油调度方案）。

本发明实施例提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法，通过对初始若干罐装成品油调度方案进行小生境种群划分，得到若干调度方案种群，再对若干调度方案种群进行种内竞争和种间竞争，可以快速得到若干罐装成品油调度方案，提高了罐装成品油调度方案的规划效率，且得到的罐装成品油调度方案为全局最优方案，避免了罐装成品油调度方案规划的局部最优陷阱。

本发明各个实施例的实现基础是通过具有处理器功能的设备进行程序化的处理实现的。因此在工程实际中，可以将本发明各个实施例的技术方案及其功能封装成各种模块。基于这种现实情况，在上述各实施例的基础上，本发明的实施例提供了一种基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度装置，该装置用于执行上述方法实施例中的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度方法。参见图2，该装置包括：第一主模块，用于获取初始若干罐装成品油调度方案，对初始若干罐装成品油调度方案进行小生境种群划分，得到若干调度方案种群；第二主模块，用于根据每一调度方案种群中个体的共享函数，得到每一调度方案种群的适应度值，根据每一调度方案种群适应度值，对每一调度方案种群中的个体进行排序，按照每一个体在相应调度方案种群中的位置，为每一个体确定搜索空间；第三主模块，用于全部个体作为父代个体在所述搜索空间内产生若干子代个体，获取每一子代个体及每一父代个体的目标函数值，选取目标函数值符合预定阈值的个体作为所在调度方案种群的代表个体，参与全部调度方案种群间的竞争，根据竞争结果，将全部调度方案种群进行重新排序；第四主模块，用于若达到终止条件，则选取排序靠前的若干调度方案种群中的若干个体作为罐装成品油调度方案。

本发明实施例提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度装置，采用图2中的若干模块，通过对初始若干罐装成品油调度方案进行小生境种群划分，得到若干调度方案种群，再对若干调度方案种群进行种内竞争和种间竞争，可以快速得到若干罐装成品油调度方案，提高了罐装成品油调度方案的规划效率，且得到的罐装成品油调度方案为全局最优方案，避免了罐装成品油调度方案规划的局部最优陷阱。

需要说明的是，本发明提供的装置实施例中的装置，除了可以用于实现上述方法实施例中的方法外，还可以用于实现本发明提供的其他方法实施例中的方法，区别仅仅在于设置相应的功能模块，其原理与本发明提供的上述装置实施例的原理基本相同，只要本领域技术人员在上述装置实施例的基础上，参考其他方法实施例中的具体技术方案，通过组合技术特征获得相应的技术手段，以及由这些技术手段构成的技术方案，在保证技术方案具备实用性的前提下，就可以对上述装置实施例中的装置进行改进，从而得到相应的装置类实施例，用于实现其他方法类实施例中的方法。例如：

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度装置，还包括：第一子模块，用于实现所述对初始若干罐装成品油调度方案进行小生境种群划分，得到若干调度方案种群，包括：

其中，k=1,2,…,N；i=1,2,…,N；N为初始若干罐装成品油调度方案的数量；

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度装置，还包括：第二子模块，用于实现所述根据每一调度方案种群中个体的共享函数，得到每一调度方案种群的适应度值，包括：

其中，

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度装置，还包括：第三子模块，用于实现所述根据每一调度方案种群适应度值，对每一调度方案种群中的个体进行排序，包括：根据每一调度方案种群适应度值的大小，将每一调度方案种群中的个体进行升序排序。

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度装置，还包括：第四子模块，用于实现所述按照每一个体在相应调度方案种群中的位置，为每一个体确定搜索空间，包括：在首位的个体搜索空间最小，在末位的个体搜索空间最大。

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度装置，还包括：第五子模块，用于实现所述获取每一子代个体及每一父代个体的目标函数值，包括：

其中，G为目标函数；j为第j个时长段；t为时长段的数量；

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于小生境列队竞争算法的罐装成品油调度装置，还包括：第六子模块，用于实现在所述则选取排序靠前的若干调度方案种群中的若干个体作为罐装成品油调度方案之后，还包括：若未达到终止条件，则缩小每一调度方案种群中的每一个体的搜索空间，全部个体作为父代个体在缩小后的搜索空间内产生若干子代个体，获取每一子代个体及每一父代个体的新目标函数值，选取新目标函数值符合预定阈值的个体作为所在调度方案种群的代表个体，再次参与全部调度方案种群间的竞争，根据竞争结果，将全部调度方案种群再次进行重新排序，直至达到终止条件。

本发明实施例的方法是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，本发明的实施例提供了一种电子设备，如图3所示，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)、通信接口(Communications Interface)、至少一个存储器(memory)和通信总线，其中，至少一个处理器，通信接口，至少一个存储器通过通信总线完成相互间的通信。至少一个处理器可以调用至少一个存储器中的逻辑指令，以执行前述各个方法实施例提供的方法的全部或部分步骤。

此外，上述的至少一个存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个方法实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。基于这种认识，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在本专利中，术语"包括"、"包含"或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。