一种废钢料场无人抓钢机调度方法及系统

技术领域

本发明涉及路径规划技术领域，具体涉及一种废钢料场无人抓钢机调度方法及系统。

背景技术

废钢铁是一种载能节能绿色资源，在废钢铁的回收过程中，需要控制抓钢机行驶至目标位置，将废钢料堆处的废钢装载至运输车辆内，或将运输车辆内的废钢卸载至废钢料堆处，以实现废钢的出库和入库。

现有废钢料场的作业采用人工调度，需要现场调度人员知悉料场所有抓钢机作业状态、卡车物流状态、出/入库废钢情况等等。这种方式不仅耗费大量时间和人力，且调度效率取决于调度人员的现场经验，稳定性不高；另外，专业的调度人员殊为难得，而自行培养调度人员也会加大企业的成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种废钢料场无人抓钢机调度方法及系统，能够克服上述问题。

本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。

于本申请的一个实施例中，提供了一种废钢料场无人抓钢机调度方法，所述方法包括：

获取无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息，所述无人抓钢机特征信息包括无人抓钢机的身份信息、位置信息和工作状态信息，所述运输设备特征信息包括运输设备的身份信息和预设的废钢装卸位置信息；

将所述无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息输入预先构建的无人抓钢机调度模型中，得到目标调度信息，所述目标调度信息包括目标无人抓钢机身份信息、目标运输设备身份信息、目标废钢装卸位置信息和目标无人抓钢机至目标废钢装卸位置的最短行驶路径；

根据所述目标调度信息，控制所述目标无人抓钢机按照所述最短行驶路径行驶至所述目标废钢装卸位置以进行废钢装卸工作。

于本申请的一个实施例中，将所述无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息输入预先构建的无人抓钢机调度模型中之前，还包括：

通过预先构建的运输设备订单库，对所述多个运输设备的身份标识进行匹配，以得到所述多个运输设备的身份标识对应的多个订单信息；

根据所述多个运输设备的身份标识和多个订单信息，生成第一废钢装卸任务，并将所述第一废钢装卸任务添加至任务池中。

于本申请的一个实施例中，将所述第一废钢装卸任务添加至任务池中之后，还包括：

获取所述多个运输设备的位置信息；

对所述多个运输设备的位置信息和目标废钢装卸位置进行比较，判断所述多个运输设备是否到达所述目标废钢装卸位置；

若所述多个运输设备已到达所述目标废钢装卸位置，则生成运输设备就位信息，将所述运输设备就位信息添加至所述第一废钢装卸任务中，得到第二废钢装卸任务；

若所述多个运输设备的数量达到预设的就位运输设备数量，则确定能根据所述第二废钢装卸任务，将所述无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息输入预先构建的无人抓钢机调度模型中。

于本申请的一个实施例中，根据所述目标调度信息，控制所述目标无人抓钢机按照所述最短行驶路径行驶至所述目标废钢装卸位置以进行废钢装卸工作，包括：

将所述目标调度信息传输至所述第二废钢装卸任务中；

将目标无人抓钢机的工作状态调整为待装卸废钢，得到第三废钢装卸任务；

根据所述目标无人抓钢机的身份标识，将所述第三废钢装卸任务传输至对应的目标无人抓钢机，并控制所述目标无人抓钢机按照所述最短行驶路径行驶至所述目标废钢装卸位置以进行废钢装卸工作。

于本申请的一个实施例中，根据所述目标调度信息，控制所述目标无人抓钢机按照所述最短行驶路径行驶至目标废钢装卸位置以进行废钢装卸工作之后，还包括：

获取目标运输设备的装卸状态信息；

若所述目标运输设备的装卸状态信息为已装载废钢或已卸载废钢，则将所述目标无人抓钢机的工作状态调整为空闲状态。

于本申请的一个实施例中，所述废钢堆放地图信息包括料场区域、料堆规划区域集合和废钢堆放区域集合，废钢堆放区域在料堆规划区域中；

所述预先构建的无人抓钢机调度模型的目标函数的表示方式包括：

所述预先构建的无人抓钢机调度模型的第一约束条件为：每个目标运输设备执行一次废钢装卸任务；

所述预先构建的无人抓钢机调度模型的第二约束条件为：每个目标无人抓钢机执行一次废钢装卸任务；

所述预先构建的无人抓钢机调度模型的第三约束条件为：目标无人抓钢机的行驶路径与所述废钢堆放区域不相交；

所述预先构建的无人抓钢机调度模型的第四约束条件为：无人抓钢机的数量大于或等于运输设备的数量；

所述预先构建的无人抓钢机调度模型的第五约束条件为：若目标无人抓钢机的工作状态为正在装卸废钢，则不向目标无人抓钢机下发废钢装卸任务。

于本申请的一个实施例中，将所述无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息输入预先构建的无人抓钢机调度模型中，得到目标调度信息，包括：

将所述料场区域离散化，并根据所述料堆规划区域集合和废钢堆放区域集合得到无人抓钢机可行驶点位集合；

根据所述无人抓钢机可行驶点位集合、料堆规划区域集合、废钢堆放区域集合、无人抓钢机的身份信息、无人抓钢机的当前位置信息和预设的废钢装卸位置信息，构建无人抓钢机可行驶点位链接矩阵，并根据所述料无人抓钢机可行驶点位链接矩阵构建加权无向图；

根据所述加权无向图，计算多个空闲状态的无人抓钢机从当前位置到预设的废钢装卸位置之间最短路径和行驶时间，并确定所述行驶时间中的最小值；

根据所述行驶时间中的最小值，确定第一目标无人抓钢机身份信息、第一目标运输设备身份信息、目标废钢装卸位置信息和对应的第一最短路径，并删除无人抓钢机的身份信息中的第一目标无人抓钢机的身份信息，删除运输设备的身份信息中的第一目标运输设备的身份信息，删除加权无向图中的第一最短路径；

重复计算最短路径和行驶时间，以及确定目标无人抓钢机身份信息、目标运输设备身份信息、目标废钢装卸位置信息和对应的最短路径的步骤，得到所述目标调度信息，所述最短行驶路径包括最短行驶路径向量和路径长度。

于本申请的一个实施例中，还提供了一种废钢料场无人抓钢机调度系统，所述系统包括：

数据获取模块，用于获取无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息，所述无人抓钢机特征信息包括无人抓钢机的身份信息、位置信息和工作状态信息，所述运输设备特征信息包括运输设备的身份信息和预设的废钢装卸位置信息；

目标调度信息获取模块，用于将所述无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息输入预先构建的无人抓钢机调度模型中，得到目标调度信息，所述目标调度信息包括目标无人抓钢机身份信息、目标运输设备身份信息、目标废钢装卸位置信息和目标无人抓钢机至目标废钢装卸位置的最短行驶路径；

废钢装卸调度模块，用于根据所述目标调度信息，控制所述目标无人抓钢机按照所述最短行驶路径行驶至所述目标废钢装卸位置以进行废钢装卸工作。

在本申请的实施例所提供的技术方案中，通过获取无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息；将所述无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息输入预先构建的无人抓钢机调度模型中，得到目标调度信息；根据所述目标调度信息，控制所述目标无人抓钢机按照所述最短行驶路径行驶至所述目标废钢装卸位置以进行废钢装卸工作。本申请中的废钢料场无人抓钢机调度方法可用于废钢料场无人抓钢机调度过程中，基于可靠数据，每次作业任务均可快速确定目标抓钢机并规划行驶路径，全程无需人工干预，调度效率稳定高效，让企业摆脱了对专业调度人员的依赖，并为企业后续的无人化信息化提供支撑。

应当理解的，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术者来讲，在不付出创造性劳动的前提下还能根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本申请的一示例性实施例示出的一种废钢料场无人抓钢机调度方法的流程图；

图2是本申请的一示例性实施例示出的一种废钢料场无人抓钢机调度系统的结构示意图；

图3是本申请的另一示例性实施例示出的一种废钢料场无人抓钢机调度系统的结构示意图。

具体实施方式

现在将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的例子。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器系统和/或微控制器系统中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

在本申请中提及的“多个”是指两个或者两个以上。“和/或”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。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

首先对本申请中的废钢料场无人抓钢机调度方法的实施环境进行说明，本申请中的实施环境包括在废钢料场进行无人抓钢机调度环境，该实施环境中包括ERP(EnterpriseResource Planning，企业资源计划系统)、终端设备和服务器。网络可以在ERP、终端设备和服务器之间提供通信链路的介质。网络可以包括各类连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。

用户可以通过网络使ERP和服务器交互，以接收或发送消息等。另外，终端设备可例如用于获取抓钢机的位置信息、身份信息，以及卡车的位置信息和身份信息等。

服务器可以是提供各种服务的服务器，例如对用户利用终端设备所进行操作的系统提供支持的后台管理服务器。后台管理服务器可以对接收到的请求等数据进行分析等处理，并将处理结果反馈给终端设备。

服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、CDN(Content Delivery Network，内容分发网络)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器等，本公开对此不做限制。

服务器可例如响应：获取无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息，所述无人抓钢机特征信息包括无人抓钢机的身份信息、位置信息和工作状态信息，所述运输设备特征信息包括运输设备的身份信息和预设的废钢装卸位置信息；将所述无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息输入预先构建的无人抓钢机调度模型中，得到目标调度信息，所述目标调度信息包括目标无人抓钢机身份信息、目标运输设备身份信息、目标废钢装卸位置信息和目标无人抓钢机至目标废钢装卸位置的最短行驶路径；根据所述目标调度信息，控制所述目标无人抓钢机按照所述最短行驶路径行驶至所述目标废钢装卸位置以进行废钢装卸工作。

图1是本申请的一示例性实施例示出的一种废钢料场无人抓钢机调度方法的流程图。本申请实施例所提供的方法可以由任意具备计算处理能力的电子设备来执行，例如该方法可以由上述实施例中的服务器或终端设备来执行，也可以由服务器和终端设备共同执行。在下面的实施例中，以服务器为执行主体为例进行举例说明，但本公开并不限定于此。

参照图1，本申请实施例提供的废钢料场无人抓钢机调度方法可以包括以下步骤。

在步骤S110中，获取特征信息和地图信息。

在本申请的一实施例中，获取无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息，所述无人抓钢机特征信息包括无人抓钢机的身份信息、位置信息和工作状态信息，所述运输设备特征信息包括运输设备的身份信息和预设的废钢装卸位置信息。

示例性的，在本申请中的废钢料场无人抓钢机调度过程中，无人抓钢机特征信息可例如为：料场内有n个抓钢机G＝{g

运输设备可例如为卡车，运输设备特征信息为：当前待装卸的卡车集合V＝{v

废钢堆放地图信息可例如为：料场区域D，料堆规划区域集合Y＝{y

在步骤S120中，根据特征信息和地图信息生成目标调度信息。

在本申请的一实施例中，将所述无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息输入预先构建的无人抓钢机调度模型中，得到目标调度信息，所述目标调度信息包括目标无人抓钢机身份信息、目标运输设备身份信息、目标废钢装卸位置信息和目标无人抓钢机至目标废钢装卸位置的最短行驶路径。

示例性的，在本申请中的废钢料场无人抓钢机调度过程中，令

设

在步骤S130中，根据目标调度信息进行废钢装卸调度。

在本申请的一实施例中，根据所述目标调度信息，控制所述目标无人抓钢机按照所述最短行驶路径行驶至所述目标废钢装卸位置以进行废钢装卸工作。

通过上述步骤S110至S130，在废钢料场无人抓钢机调度过程中，基于可靠数据，每次作业任务均可快速确定目标抓钢机并规划行驶路径，全程无需人工干预，调度效率稳定高效，让企业摆脱了对专业调度人员的依赖，并为企业后续的无人化信息化提供支撑。

在本申请的一实施例中，将所述无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息输入预先构建的无人抓钢机调度模型中之前，还包括：

通过预先构建的运输设备订单库，对所述多个运输设备的身份标识进行匹配，以得到所述多个运输设备的身份标识对应的多个订单信息；

根据所述多个运输设备的身份标识和多个订单信息，生成第一废钢装卸任务，并将所述第一废钢装卸任务添加至任务池中。

示例性的，卡车到达门岗，车牌识别后上传调度系统，调度系统任务管理模块通过车牌号码从ERP系统获取卡车车牌关联的销售/采购订单，生成装卸任务Task-X，将任务添加到任务池中。

在本申请的一实施例中，将所述无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息输入预先构建的无人抓钢机调度模型中之前，还包括：

通过预先构建的运输设备订单库，对所述多个运输设备的身份标识进行匹配，以得到所述多个运输设备的身份标识对应的多个订单信息；

根据所述多个运输设备的身份标识和多个订单信息，生成第一废钢装卸任务，并将所述第一废钢装卸任务添加至任务池中。

示例性的，卡车到达指定装卸位置，激光扫描仪确定卡车已就位，上传就位信息到调度系统并添加到任务Task-X中；待同一批次卡车全部就位，将任务池中的关联任务信息，如卡车位置信息集合、空闲抓钢机编号及位置信息集合等等输入算法模型。

在本申请的一实施例中，根据所述目标调度信息，控制所述目标无人抓钢机按照所述最短行驶路径行驶至所述目标废钢装卸位置以进行废钢装卸工作，还包括：

将所述目标调度信息传输至所述第二废钢装卸任务中；

将目标无人抓钢机的工作状态调整为待装卸废钢，得到第三废钢装卸任务；

根据所述目标无人抓钢机的身份标识，将所述第三废钢装卸任务传输至对应的目标无人抓钢机，并控制所述目标无人抓钢机按照所述最短行驶路径行驶至所述目标废钢装卸位置以进行废钢装卸工作。

示例性的，算法模型请求地图模块获取料场的地图信息，计算完毕后输出卡车车牌、抓钢机编号及行驶路径集合，通过卡车车牌将抓钢机编号Exca-X和行驶路径并添加到任务Task-X中，抓钢机Exca-X状态变为工作；任务Task-X下发到抓钢机Exca-X，抓钢机根据任务Task-X中的行驶路径到达目的地开始作业。

在本申请的一实施例中，根据所述目标调度信息，控制所述目标无人抓钢机按照所述最短行驶路径行驶至目标废钢装卸位置以进行废钢装卸工作之后，还包括：

获取目标运输设备的装卸状态信息；

若所述目标运输设备的装卸状态信息为已装载废钢或已卸载废钢，则将所述目标无人抓钢机的工作状态调整为空闲状态。

示例性的，激光扫描仪实时监控卡车车厢装卸进度，卡车车厢中废钢装满或车厢卸空，抓钢机Exca-X状态变为空闲，任务Task-X完成。

需要说明的是，所述废钢堆放地图信息包括料场区域、料堆规划区域集合和废钢堆放区域集合，废钢堆放区域在料堆规划区域中。预先构建的无人抓钢机调度模型的目标函数的表示方式包括：

示例性的，所述预先构建的无人抓钢机调度模型的第一约束条件为：每个目标运输设备执行一次废钢装卸任务；所述预先构建的无人抓钢机调度模型的第二约束条件为：每个目标无人抓钢机执行一次废钢装卸任务；所述预先构建的无人抓钢机调度模型的第三约束条件为：目标无人抓钢机的行驶路径与所述废钢堆放区域不相交；所述预先构建的无人抓钢机调度模型的第四约束条件为：无人抓钢机的数量大于或等于运输设备的数量；所述预先构建的无人抓钢机调度模型的第五约束条件为：若目标无人抓钢机的工作状态为正在装卸废钢，则不向目标无人抓钢机下发废钢装卸任务。

在本申请的一实施例中，对上述约束条件进行了详细说明，如下：

第一约束条件为

第二约束条件为

第三约束条件为

第四约束条件为m≤k，表示抓钢机数量要大于等于当前需要装卸的卡车数量。

第四约束条件为

在本申请的一实施例中，将所述无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息输入预先构建的无人抓钢机调度模型中，得到目标调度信息，包括：

将所述料场区域离散化，并根据所述料堆规划区域集合和废钢堆放区域集合得到无人抓钢机可行驶点位集合；

根据所述无人抓钢机可行驶点位集合、料堆规划区域集合、废钢堆放区域集合、无人抓钢机的身份信息、无人抓钢机的当前位置信息和预设的废钢装卸位置信息，构建无人抓钢机可行驶点位链接矩阵，并根据所述料无人抓钢机可行驶点位链接矩阵构建加权无向图；

根据所述加权无向图，计算多个空闲状态的无人抓钢机从当前位置到预设的废钢装卸位置之间最短路径和行驶时间，并确定所述行驶时间中的最小值；

根据所述行驶时间中的最小值，确定第一目标无人抓钢机身份信息、第一目标运输设备身份信息、目标废钢装卸位置信息和对应的第一最短路径，并删除无人抓钢机的身份信息中的第一目标无人抓钢机的身份信息，删除运输设备的身份信息中的第一目标运输设备的身份信息，删除加权无向图中的第一最短路径；

重复计算最短路径和行驶时间，以及确定目标无人抓钢机身份信息、目标运输设备身份信息、目标废钢装卸位置信息和对应的最短路径的步骤，得到所述目标调度信息，所述最短行驶路径包括最短行驶路径向量和路径长度。

示例性的，无人抓钢机调度模型的输入为：料场区域D，料堆规划区域集合Y＝{y

无人抓钢机调度模型的输出为：抓钢机gi需要装卸的卡车编号v

本申请中，通过无人抓钢机调度模型得到目标无人抓钢机身份信息、目标运输设备身份信息、目标废钢装卸位置信息和目标无人抓钢机至目标废钢装卸位置的最短行驶路径的步骤，可例如：

a.将D离散化，并根据Y、Z得到可行行驶点位置集合X。

b.基于X、Y、Z、T

c.根据C构建加权无向图A。

d.基于加权无向图A和每个卡车v

e.确定最小值

f.重复步骤d和e，得到每个抓钢机g

本申请中的废钢料场无人抓钢机调度方法可用于废钢料场无人抓钢机调度过程中，基于可靠数据，每次作业任务均可快速确定目标抓钢机并规划行驶路径，全程无需人工干预，调度效率稳定高效，让企业摆脱了对专业调度人员的依赖，并为企业后续的无人化信息化提供支撑。

应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本申请中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

以下介绍本申请的系统实施例，可以用于执行本申请上述实施例中的废钢料场无人抓钢机调度方法。参见图2，图2是本申请的一示例性实施例示出的一种废钢料场无人抓钢机调度系统的结构示意图。该废钢料场无人抓钢机调度系统，包括数据获取模块201、目标调度信息获取模块202、废钢装卸调度模块203。

其中，数据获取模块201，用于获取无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息，所述无人抓钢机特征信息包括无人抓钢机的身份信息、位置信息和工作状态信息，所述运输设备特征信息包括运输设备的身份信息和预设的废钢装卸位置信息；

目标调度信息获取模块202，用于将所述无人抓钢机特征信息、运输设备特征信息和废钢堆放地图信息输入预先构建的无人抓钢机调度模型中，得到目标调度信息，所述目标调度信息包括目标无人抓钢机身份信息、目标运输设备身份信息、目标废钢装卸位置信息和目标无人抓钢机至目标废钢装卸位置的最短行驶路径；

废钢装卸调度模块203，用于根据所述目标调度信息，控制所述目标无人抓钢机按照所述最短行驶路径行驶至所述目标废钢装卸位置以进行废钢装卸工作。

在本申请的一个实施例中，基于前述方案，还提供了另一种废钢料场无人抓钢机调度系统。参见图3，图3是本申请的另一示例性实施例示出的一种废钢料场无人抓钢机调度系统的结构示意图。该废钢料场无人抓钢机调度系统包括：数据采集模块、任务管理模块、算法模型和地图模块。

其中，数据采集模块，采集设备的实时数据为其他模块提供基础数据的支撑：通过车载传感器可获取抓钢机的实时定位、作业状态；通过地面布置的球机可获取卡车大致定位；通过激光扫描仪确定卡车装卸状态；通过感知传感器获取料场地图信息。

任务管理模块，自动生成作业任务，将任务添加到任务池中，待卡车就位后，将任务池中的相关抓钢机数据、卡车数据、地图数据输入算法模型，将算法模型输出的抓钢机型号及路径添加到任务中并下发到指定抓钢机，通过车载传感器获取抓钢机的定位及状态信息，自动更新任务状态。

算法模型，接收到调度模块的请求后，请求地图模块的地图信息，综合两个模块的数据后计算出到达目标卡车耗时最少的抓钢机及其行驶路径，并输出到任务模块。

地图模块，主要用于存储废钢料场地图：包括废钢料堆区域，抓钢机可行驶区域，抓钢机位置，卡车位置等；通过车载以及固定的激光扫描仪可获取最新的数据，数据采集模块采集数据后再传输给地图模块更新地图。

上述内容，仅为本申请的较佳示例性实施例，并非用于限制本申请的实施方案，本领域普通技术人员根据本申请的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本申请的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。