动态集装箱船舶智能配载方法、存储介质及电子设备

技术领域

本申请属于港口自动化技术领域，特别是涉及港口机械调度技术领域。

背景技术

集装箱船舶配载是一个复杂的系统。既要使得机械效率维持在合理的水平，又要使堆场和岸边作业衔接流程顺畅，降低作业成本，提高码头流转效率。船舶配载作为中间环节，传统的集装箱船舶配载依靠人工经验。往往培养一个配载员需要很长的时间。关于基于机械效率的动态集装箱船舶智能配载，是对集装箱业务整体工作效率提升的一个重要因素。综合以往的文献，自动配载的效率大约是人工配载效率的8～10倍。以装船2000箱为例，自动配载的速度平均为15分钟，人工配载则需要2～3小时。船舶配载需要考虑的因素复杂，情况繁多。

如果可以固化配载员的经验，利用动态智能船舶配载方式，降低重复的劳动，将会大幅提高配载效率，缩短港口的船舶到港离港时间，从而提高泊位利用率。

发明内容

本申请提供一种动态集装箱船舶智能配载方法、存储介质及电子设备，用于提高集装箱船舶配载效率。

第一方面，本申请实施例提供一种动态集装箱船舶智能配载方法，包括：响应于接收到输入的预配位，确定桥机需求和逻辑先后关系；通过深度优先搜索算法对所述桥机需求、所述逻辑先后关系进行深度优先搜索，为各集装箱分配桥吊；其中，所述深度优先搜索算法包括：根据预计作业时间，在时间轴上枚举每个时间点，对每个时间点进行集装箱-桥吊匹配。

在所述第一方面的一种实现方式中，还包括：基于决策周期，待决策船舶信息，桥机资源分配信息以及预配船图中的多种确定所述预配位。

在所述第一方面的一种实现方式中，所述确定桥机需求和逻辑先后关系包括：根据所述预配位计算桥机占用时间和比例；获取集装箱堆放顺序，并基于所述桥机占用时间和比例以及所述集装箱堆放顺序确定桥机需求和逻辑先后关系。

在所述第一方面的一种实现方式中，所述集装箱-桥吊匹配中，首先基于同列堆叠属性为集装箱匹配吊桥；在基于同列堆叠属性不能为集装箱匹配到吊桥时，基于需要翻箱的数量为集装箱匹配吊桥。

在所述第一方面的一种实现方式中，在通过所述深度优先搜索算法进行深度优先搜索过程中，还包括：根据预设的分支定界法判断条件对所述深度优先搜索算法的深度搜索结果进行筛选。

在所述第一方面的一种实现方式中，所述预设的分支定界法判断条件包括以下任一种或多种组合：船期计划，当前船舶的作业状况，桥机状况，当前决策船只的情况，桥机之间安全距离，最长的作业路，重量参数，自配规则。

在所述第一方面的一种实现方式中，在通过所述深度优先搜索算法进行深度优先搜索过程中，还包括：根据预设的启发式规则对所述深度优先搜索算法的深度搜索结果进行筛选。

在所述第一方面的一种实现方式中，所述预设的启发式规则包括以下任一种或多种组合：各个箱区尽可能平均剩余量，尽可能每次将在箱区中同一列上的集装箱，配载到船上的同一个贝位，同一条作业路的配载结果，尽量满足桥机箱区数量配比要求，配载时避开箱区在装船期间进行道口进箱的作业时间段。

第二方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请第一方面中任一项所述的动态集装箱船舶智能配载方法。

第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括：存储器，存储有一计算机程序；处理器，与所述存储器通信相连，调用所述计算机程序时执行本申请第一方面中任一项所述的动态集装箱船舶智能配载方法。

本申请实施例提供的动态集装箱船舶智能配载方法，可以大幅提高配载效率，缩短港口的船舶到港离港时间，从而提高泊位利用率，而且也可以提高配载准确率，弥补人工配载的不足，有助于码头进行流程规范化。

附图说明

图1显示为本申请一实施例的动态集装箱船舶智能配载方法的应用场景示意图。

图2显示为本申请一实施例的动态集装箱船舶智能配载方法的流程图。

图3显示为本申请一实施例的动态集装箱船舶智能配载方法中确定预配位的示意图。

图4显示为本申请一实施例的动态集装箱船舶智能配载方法中确定桥机需求和逻辑先后关系的流程示意图。

图5显示为本申请一实施例的动态集装箱船舶智能配载方法中为集装箱匹配吊桥的流程示意图。

图6显示为本申请一实施例的动态集装箱船舶智能配载方法中提升深度优先搜索算法的示意图。

图7显示为本申请一实施例的动态集装箱船舶智能配载方法的整体应用示意图。

图8显示为本申请一实施例中电子设备的结构示意图。

元件标号说明

100 电子设备

101 存储器

102 处理器

103 显示器

S100～S200步骤

S110～S120步骤

S210～S220步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

集装箱船舶配载的主要难点在于，既要保证装卸船作业顺利完成，还要尽量避免桥吊和堆场作业过程中的冲突，保障作业效率。例如，当同一个箱区内存在多条船的装船箱，则需要尽量将这些箱子在时间上错开进行装船，以避免堆场机械无法及时出箱而导致冲突。另外，堆场各箱区也应该尽量的均衡以避免由于大量的作业集中在某几个箱区而导致箱区内的拥堵等情况发生。

本申请实施例提供一种动态集装箱船舶智能配载方法、存储介质及电子设备，用于提高集装箱船舶配载效率。

图1显示为本申请一实施例的动态集装箱船舶智能配载方法的应用场景示意图。如图1所示，本实施例的动态集装箱船舶智能配载方法中首先预配位，然后根据预配位对每个桥机和具体的逻辑先后关系进行深度优先搜索，用分支定界法提升搜索效率，并且在搜索时使用多种启发式规则使较优解能被更快的搜索到，以提升分支定界法的效果。可见本实施例将深度优先搜索算法应用于集装箱船舶配载领域，可以有效提高配载的准确性和效率，可以本实施例可以将配载系统泛用化，更加适用于多种船舶和泊位，可以保证在泊位策划规定的船期内使船舶完工，并且最小化作业成本或最小化作业时间。

下面将结合本申请实施例中的附图2至附图7，对本申请实施例中的技术方案进行详细描述。

图2显示为本申请实施例中动态集装箱船舶智能配载方法的流程图。如图2所示，本申请实施例提供的动态集装箱船舶智能配载方法包括以下步骤S100至S200。

步骤S100，响应于接收到输入的预配位，确定桥机需求和逻辑先后关系；

步骤S200，通过深度优先搜索算法对所述桥机需求、所述逻辑先后关系进行深度优先搜索，为各集装箱分配桥吊；其中，所述深度优先搜索算法包括：根据预计作业时间，在时间轴上枚举每个时间点，对每个时间点进行集装箱-桥吊匹配。

以下对本实施例的动态集装箱船舶智能配载方法的步骤S100至S200进行具体说明。

步骤S100，响应于接收到输入的预配位，确定桥机需求和逻辑先后关系。

图3显示为本申请一实施例的动态集装箱船舶智能配载方法中确定预配位的示意图。如图3所示，在本实施例的一种实现方式中，还包括：基于决策周期，待决策船舶信息，桥机资源分配信息以及预配船图中的多种确定所述预配位。根据智能配载的输入情况，转化成对应权重系数，使用根据因素(基于决策周期，待决策船舶信息，桥机资源分配信息以及预配船图)预估出配载结果。

1)决策周期：由用户录入决策周期T。

2)待决策船舶信息：包括船舶位置W1,W2...；船舶稳定性R1,R2,R3..；.特殊作业要求M1,M2,M3...。

3)桥机资源分配信息：分配桥吊S1,S2,S3...，提供各时段内为每条船分配的桥机资源。

4)预配船图：具体的预配相关信息由当班码头操作人员决定。

其中，进口船图：有两种目的，1)提供进口航次的卸船量2)出翻舱作业计划信息。

本实施例中，动态集装箱船舶智能配载输出包括：

1)桥吊作业块及块内的船箱位计划作业次序及预计作业时间。

2)在无法满足船期要求或者桥机资源分配冲突无解的情况下：提示信息并且给出打破相应的约束建议。

此外，本实施例中，动态集装箱船舶智能配载考虑因素包括但不限于：1)轨道吊相关因素；2)倒箱因素；3)码头内车辆因素；4)重量因素。

图4显示为本申请一实施例的动态集装箱船舶智能配载方法中确定桥机需求和逻辑先后关系的流程示意图。如图4所示，在本实施例的一种实现方式中，所述确定桥机需求和逻辑先后关系包括以下步骤S110和步骤S120。

步骤S110，根据所述预配位计算桥机占用时间和比例；

步骤S120，获取集装箱堆放顺序，并基于所述桥机占用时间和比例以及所述集装箱堆放顺序确定桥机需求和逻辑先后关系。

具体计算如下：桥机的需求由船上对箱属性的需求组成，即在某些时间段内必须某些特定种类集装箱，而这些集装箱分布在箱区中的不同具体位置，由于船上对于装船的位置的特定箱需求是确定的，因此桥机占用的每种类型箱的时间是确定的；而有些位置则是精确到箱号，则必须确定这种的特定桥机需求和逻辑先后关系，即：哪些需求是箱属性，哪些需求精确到具体箱号，这些作业分别要多久，都必须在此步骤中求解。对于每个箱，按照经验估计其作业时间，将其加起来作为桥机最少占用时间。

之后根据桥机需求和逻辑先后关系(即总出勤机械情况)，深度优先搜索预估，计算查看是否存在以当前分配方案环境下，需要作业流程及顺序。

步骤S200，通过深度优先搜索算法对所述桥机需求、所述逻辑先后关系进行深度优先搜索，为各集装箱分配桥吊；其中，所述深度优先搜索算法包括：根据预计作业时间，在时间轴上枚举每个时间点，对每个时间点进行集装箱-桥吊匹配。

图5显示为本申请一实施例的动态集装箱船舶智能配载方法中为集装箱匹配吊桥的的流程示意图。如图5所示，在本实施例的一种实现方式中，所述集装箱-桥吊匹配中，包括以下步骤S210和步骤S220。

步骤S210，首先基于同列堆叠属性为集装箱匹配吊桥；

步骤S220在基于同列堆叠属性不能为集装箱匹配到吊桥时，基于需要翻箱的数量为集装箱匹配吊桥。

于本实施例中，所述深度优先搜索算法进行集装箱-桥吊匹配的一种具体实现方式如下：

对每个桥机和具体的逻辑先后关系进行深度优先搜索，根据预计作业时间，在时间轴上枚举每个时间点，对每个时间点进行箱-桥吊匹配。对每个桥吊而言，不断重复同一动作：当前时间点->分配箱-桥吊匹配->移动至下一个时间点。其中，分配箱-桥吊的匹配过程中，每次枚举尝试同列堆叠属性最差的列(具体而言，指不同船>不同目的港>吨位等级不同的列)，查看该列顶端箱是否可以分配到当前桥吊下；如果不能，则再次枚举所有同列堆叠属性较好的列，是否可以将顶端箱分配到当前桥吊下；如果不能，则按照需要翻箱的数量从少到多依次枚举所有可分配箱，直到所有箱都被分配到所有桥吊下。以此方法逐个进行判定，最终得出船舶配载结果。可以保证在泊位策划规定的船期内使船舶完工，并且最小化作业成本或最小化作业时间。

配载作业计划是集装箱自动化码头装卸作业的龙头，是影响整个自动化码头作业效率的首要因素，配载作业作业计划的主要目标是，满足桥机作业效率最大化、成本最小化的需要。在实际作业中，这两种需求涉及到多个子目标，因此使用深度优先搜索模型并使用分支定界法提升搜索效率，并且在搜索时使用多种启发式规则使较优解能被更快的搜索到，以提升分支定界法的效果。

图6显示为本申请一实施例的动态集装箱船舶智能配载方法中提升深度优先搜索算法的示意图。具体地，如图6所示，在本实施例的一种实现方式中，在通过所述深度优先搜索算法进行深度优先搜索过程中，还包括：根据预设的分支定界法判断条件对所述深度优先搜索算法的深度搜索结果进行筛选。

其中，所述预设的分支定界法判断条件包括以下任一种或多种组合：船期计划，当前船舶的作业状况，桥机状况，当前决策船只的情况，桥机之间安全距离，最长的作业路，重量参数，自配规则。

1)船期计划：各靠泊船只的泊位、计划开工时间、计划离港时间等，如不满足则停止搜索；

2)当前船舶的作业状况：已安排的桥机情况、未完成的工作量情况、计划改变因素等(实时作业计划安排考虑因素)；

3)桥机状况：各空闲桥机数量和位置、桥机维修计划等；

4)当前决策船只的情况：装卸总箱量及详细船图、船舶结构信息等；

5)桥机之间安全距离；

6)重点路，指装卸箱量在一定范围内最长的作业路；

7)重量参数：配载结果符合甲板及舱内单槽重量负荷参数。

8)自配规则：例如冷藏箱仅可位于几个固定位置，且某些位置不可堆存重量不满足要求的冷藏箱。

此外，在本实施例的一种实现方式中，在通过所述深度优先搜索算法进行深度优先搜索过程中，还包括：根据预设的启发式规则对所述深度优先搜索算法的深度搜索结果进行筛选。

其中，所述预设的启发式规则包括以下任一种或多种组合：各个箱区尽可能平均剩余量，尽可能每次将在箱区中同一列上的集装箱，配载到船上的同一个贝位，同一条作业路的配载结果，尽量满足桥机箱区数量配比要求，配载时避开箱区在装船期间进行道口进箱的作业时间段。

1)箱区：按照各个箱区尽可能平均剩余量的策略；

2)尽可能每次将在箱区中同一列上的集装箱，配载到船上的同一个贝位；

3)同一条作业路的配载结果，尽量满足桥机箱区数量配比要求。具体如：40尺箱，桥机箱区数目比为1:2.5；20尺箱，桥机箱区数目比为1:4

4)作业能力均衡：根据预约数据，确定哪些箱区在装船期间一直进行道口进箱，配载时避开该作业时间段。

图7显示为本申请一实施例的动态集装箱船舶智能配载方法的整体应用示意图。具体地，如图7所示，动态集装箱船舶智能配载方法的整体应用如下：

1)输入预配的位置；

2)深度优先计算位置；

3)评价函数(分支定界法判断条件和启发式规则)搜索合适的位置；

4、传入后台数据库；

5、反馈给人工。

此外，本实施例的动态集装箱船舶智能配载方法在应用时还包括：

1)给定船舶作业桥机资源的前提下，考虑船舶靠泊时间、靠泊位置以及靠泊方向，读取船舶进/出口船图箱信息，算法自动生成自动配载计划，输出结果包含桥机装卸作业的作业船箱位、作业工艺、作业顺序以及计划作业时间。

2)考虑桥机作业安全距离、移动耗时、物理行车极限范围、跨过船舶烟囱/驾驶台器械是否起大梁等因素。

3)考虑船舶结构信息。具体如每个舱口宽度、是否为全隔槽、垫脚船箱位、舱盖板作业耗时等。

4)自动生成进/出口船图箱作业工艺。具体分为：20/40尺单箱吊、20尺双箱吊、40尺双吊具，可以针对每个舱分甲板上、下设置参数进行人工控制作业工艺。对于某些特殊类型无法进行双箱作业的箱子，需要单独判断作业工艺。

5)自动生成进/出口船图箱作业顺序。编序规则描述：卸船从陆侧到海侧逐层作业、装船从海侧到陆侧逐层作业、同作业工艺尽可能保持连续作业。

6)要求算法作业块时间计算准确性。需要考虑各种箱型、作业工艺以及特种箱辅助作业时间，使整船作业时间更为贴近实际生产。

7)人工调整智能配载算法结果，进行智能配载重排。

8)船舶作业过程中调整智能配载。

本申请实施例所述的动态集装箱船舶智能配载方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本申请的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本申请的保护范围内。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请任一实施例提供的动态集装箱船舶智能配载方法。

本申请实施例中，可以采用一个或多个存储介质的任意组合。存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机盘、硬盘、RAM、ROM、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

本申请实施例还提供一种电子设备。图8显示为本申请实施例提供的电子设备100的结构示意图。在一些实施例中，电子设备可以为手机、平板电脑、可穿戴设备、车载设备、增强现实(Augmented Reality，AR)/虚拟现实(Virtual Reality，VR)设备、笔记本电脑、超级移动个人计算机(Ultra-Mobile Personal Computer，UMPC)、上网本、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等终端设备。此外，本申请提供的动态集装箱船舶智能配载方法还可以应用于数据库、服务器以及基于终端人工智能的集装箱船舶智能配载。本申请实施例对动态集装箱船舶智能配载方法的具体应用场景不作任何限制。

如图5所示，本申请实施例提供的电子设备100包括存储器101和处理器102。

存储器101用于存储计算机程序；优选地，存储器101包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

具体地，存储器101可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)和/或高速缓存存储器。电子设备100可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。存储器101可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本申请各实施例的功能。

处理器102与存储器101相连，用于执行存储器101存储的计算机程序，以使电子设备100执行本申请任一实施例中提供的动态集装箱船舶智能配载方法。

可选地，处理器102可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

可选地，本实施例中电子设备100还可以包括显示器103。显示器103与存储器101和处理器102通信相连，用于显示动态集装箱船舶智能配载方法的相关GUI交互界面。

综上所述，本申请实施例提供的动态集装箱船舶智能配载方法，可以大幅提高配载效率，缩短港口的船舶到港离港时间，从而提高泊位利用率，而且也可以提高配载准确率，弥补人工配载的不足，有助于码头进行流程规范化。因此，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。