专利名称：一种应用在码头上的交通控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种交通控制系统，具体是一种应用在自动化码头上的交通控制系统及方法。
背景技术：
随着自动化技术的发展，各国纷纷投资自动化堆场。在自动化堆场中，为了实现堆场集装箱生产作业的自动化，提高作业效率和保障安全生产，需要合理的分配集卡，控制集卡的交通轨迹，这样既能完成集装箱的快速装卸，又能有效的防止集卡路径间的冲撞，确保安全生产。
集装箱码头生产的自动化是未来港口装卸的发展趋势，受到世界各大港口的重视。当今已经建成的全自动化集装箱码头中，一种有效的交通控制模型是必需的。
经对现有技术的文献检索发现，李辰等在水运运输文摘(2005)上发表的“交通仿真软件在集装箱港区交通模拟中的应用”，该文介绍了集装箱堆场的交通问题，利用仿真软件，实现了分析堆场交通复杂状况，但是还未见到有关堆场中研制交通控制系统的报道。
发明内容
本发明是针对现有技术中的不足，提供一种在码头上的交通控制系统及方法，它能使集卡能够在运输过程中避免路径冲突，从而确保安全高效完成对集装箱的自动化装卸。
本发明是通过以下技术方案实现的一种应用在码头上的交通控制系统，包括接口模块，数据读取和处理模块，界面显示模块，集卡信息模块，决策算法模块。接口模块用于存放集卡在堆场上的即时信息，其余各模块都能通过与该模块的交互而获得所需要的信息；集卡信息模块，以表格形式存储信息，做好搜索和排序以及相应的接口，根据集卡信息，统计出各通道的拥挤情况生成表格；数据读取和处理模块，每秒从数据库读取原始数据，对原始数据进行处理，将信息写入集卡信息模块，保持集卡信息模块中数据与数据库里的一致；所述界面显示模块用于显示码头提供的堆场地图，根据集卡信息模块提供数据，显示堆场当前状态；决策算法模块，从集卡信息模块获取数据，并进行决策运算。
本发明的具体方法包括如下步骤首先根据车辆运行的三种状况，在接口模块中设置车流参数的功能、设置道路参数输入的功能以及在界面显示模块中设置实时显示的功能；其次，建立三个知识库加速度知识库，换道知识库，超车知识库；最后，从整体出发，在三个知识库的基础上，结合模糊推理方法通过决策算法模块就可以得到车辆的即时速度以及换道和超车的推理计算结果。
其中
(1)设置车流参数的功能输入包括道路上车型分布的比例、司机的开车习惯分布比例和最大限速等三组参数；(2)设置道路参数输入的功能输入具有不同的流出参数和流入参数；(3)实时显示的功能包括(A)实时显示动态图象的功能由一个窗口画面和一组窗口画面组成，显示动态图象的功能；窗口画面在屏幕上示意性地显示道路图象以及道路的分段标识；路段窗口画面在屏幕上显示指定路段的路面上车流运行的动态情况，直观地显示路面上车辆运行的特征；(B)实时显示车流速度动态曲线的功能在指定路段的车流速度的动态曲线显示窗口中，显示车流运行的平均速度，用两条不同颜色的曲线表示两个不同方向路段上车流运行的平均速度；(C)实时显示车流运行动态数据的功能在指定路段的数据显示窗口，显示其上的车流运行动态数据，它们包括两个方向路段上车辆流出量，流入量，主干道上的车流量，当前在道路上运行的车辆数，车流的平均速度。
知识库的基本数据结构分成四个类车辆类，车流类，路段类，道路类。
其中(1)车辆类中的成员包括车辆运行的速度，加速度，车辆当前的位置，司机操纵车辆的习惯，车型，以及车辆运行的目的地，它的成员函数涉及到成员有关的运算；
(2)车流类中的成员是一条以车辆类为结点的链表，它将车辆之间的相互关系作为一个链表来进行管理，其它成员包括车流所处的路段，以及它所处的车道号，它的成员函数的主要功能就是实现对车辆的管理和运行；(3)路段类中的成员是一个车流类的数组，它的成员函数的功能是实现对车流链的动态管理；(4)道路类就是由若干个路段类作为节点构成的一个链表。
本发明提供的应用在码头上的交通控制系统及方法，运用了分布式模糊专家系统模型，根据“知识库的知识”和模糊推理的方法，确定车辆的实时速度，做出换道或超车的决定，满足了自动化堆场内集卡交通的控制要求，提高了装卸生产效率，同时保证了安全。
图1为本发明系统的模块示意图；图2为本发明系统的流程控制示意图。
具体实施例方式
以下结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明为了组件间低耦合，并使各组件可以并行开发，设有一个接口模块用于存放集卡在堆场上的即时信息。这样其余各模块都可以通过与该模块的交互而获得自己需要的信息；集卡信息模块，该模块以表格形式存储信息，做好搜索和排序，使查询更方便，做好相应的接口，根据集卡信息，统计出各通道的拥挤情况生成表格；数据读取和处理模块，每秒从数据库读取原始数据，对原始数据进行一定处理，将信息写入集卡信息模块，保持集卡信息模块中数据与数据库里的一致；界面显示模块，显示码头提供的堆场地图，根据集卡信息模块提供数据，显示堆场当前状态；决策算法模块，从集卡信息模块获取数据，并进行决策运算。
如图2所示，为界面显示模块为主线程，每秒种刷新一次，显示当前的堆场信息，由主线程来启动子线程，由子线程来控制数据读取与处理模块工作。数据读取与处理模块在线程启动，处理完，睡眠以后每间隔一秒钟自动再次重新启动。在数据读取与处理模块处理完成以后，应调用集卡信息模块，生成各道路的拥挤程度统计信息，并对那些在出发点或目的地没有移动的集卡进行计时，更新集卡信息表(统计结果是每辆集卡在出发地和目的地总共的停留时间)。集卡信息模块更新数据完毕时，(一旦有某条通道的拥挤程度发生改变了——这个条件有待讨论)，就调用决策模块，生成新的决策。决策模块根据道路拥挤，集卡走向，速度，位置，生成决策结果，决策结果在本地保留为临时表格，需要时可以写入数据库，存档。
本发明的方法为在实际道路上面行驶的车辆，它的运行动态主要由车辆的位置、车速等状态和换道、超车等行为反映。我们为车辆的运行动态建立一个分布式模糊专家系统模型。该模型可以通过综合道路上的实际情况和司机的开车习惯，根据“知识库的知识”和模糊推理的方法，确定车辆的实时速度，做出换道或超车的决定。
以下对本发明方法作进一步的说明，具体包括如下步骤首先根据车辆运行的三种状况，在接口模块中设置车流参数的功能、设置道路参数输入的功能以及在界面显示模块中设置实时显示的功能；其次，建立三个知识库加速度知识库，换道知识库，超车知识库；最后，从整体出发，在三个知识库的基础上，结合模糊推理方法通过决策算法模块就可以得到车辆的即时速度以及换道和超车的推理计算结果。
首先，分析系统下的功能，它包括(1)设置车流参数的功能用户可以输入与车流有关的参数。它们包括道路上车型分布的比例、司机的开车习惯分布比例和最大限速等三组参数。
(2)设置道路参数输入的功能用户可以输入具有不同的流出参数和流入参数。
(3)实时显示动态图象的功能由一个窗口画面和一组窗口画面组成显示动态图象的功能。窗口画面在屏幕上示意性地显示道路图象以及道路的分段标识。路段窗口画面在屏幕上显示指定路段的路面上车流运行的动态情况，可以直观地看到路面上车辆运行的特征。
(4)实时显示车流速度动态曲线的功能在指定路段的车流速度的动态曲线显示窗口中，显示车流运行的平均速度。用两条不同颜色的曲线表示两个不同方向路段上车流运行的平均速度。
(5)实时显示车流运行动态数据的功能在指定路段的数据显示窗口，显示其上的车流运行动态数据.它们包括两个方向路段上车辆流出量，流入量，主干道上的车流量，当前在道路上运行的车辆数，车流的平均速度。
其次，分析其下功能对应的基本数据结构，系统由各个不同的功能模块拼装而成，它可以根据用户的不同要求进一步扩充系统的功能或更换部分的功能它的基本数据结构可以分成四个类，包括车辆类(Driver_Car)，车流类(Carlink)，路段类(Field)，道路类(Road)。其中(1)车辆类中的成员，包括了车辆运行的速度，加速度，车辆当前的位置，司机操纵车辆的习惯，车型，以及车辆运行的目的地等。它的成员函数涉及到成员有关的运算。
(2)车流类中一个最基本的成员是一条以车辆类为结点的链表，它将车辆之间的相互关系作为一个链表来进行管理。其它成员包括车流所处的路段，以及它所处的车道号。它的成员函数的主要功能就是实现对车辆的管理和运行。
车辆运行的状况概括的说有三种状态a)正常的向前运行；b)车辆的换道；c)超车的状态。
车流类的成员函数就是针对每辆车的自身特征，进行管理，实施控制。
(3)路段类中最基本的成员是一个车流类的数组。现在的道路中，我们设计的是二车道的道路宽度，因此这个成员是一个二维数组，而它的每个分量就是一个车流类(Carlink)，它与一条车道上的车流相对应。其它的成员包括道路的宽度，在屏幕中的位置。它的成员函数的功能就是实现对车流链(Carlink)的动态管理。
(4)在这个系统中，通常的一段道路(Road)就是由若干个路段类(Field)作为节点构成的一个链表。因此这样的一条链表是道路中的一个最基本的成员。路段链表如下构成一条道路有双向行道或单向行道之分，在双向行道的道路上，两个不同方向的车流一般是互不相扰的。然后，RMG吊具快速下降，当下降到距离集卡顶端约600mm时，通过安装在RMG吊具边沿钢梁上的图像识别系统，获取集卡的精确位置，实时控制RMG吊具机构的微动平移调整以及扭转调整，实现对集卡的精确对箱定位，防止集卡位置与RMG大车运行方向不平行而影响装卸，完成对集装箱的装卸。
最后，系统可以在Windows环境下开发的，要求具有十分方便、快捷的人机对话界面，系统可以快速地响应用户对系统的要求。用户对系统的要求都是通过菜单选项或对话框实现的。
本发明提供的应用在码头上的交通控制模型，运用了分布式模糊专家系统模型，根据“知识库的知识”和模糊推理的方法，确定车辆的实时速度，做出换道或超车的决定，满足了自动化堆场内集卡交通的控制要求，提高了装卸生产效率，同时保证了安全。
本发明对码头交通控制的具体实现方法如下关于每个因素分别建立相应的模糊集。例如对于车距，假设两车距离d的论域
U_d＝(0，M_d)，M_d＞0是某个常量。事实上它可以取作语言真值“很远”，“较远”，“不远”，“较近”，”很近”可以分别用模糊子集来描述。根据这些影响车辆运行状况的因素的模糊集，我们就可以应用IF……THEN……这种产生式的模糊推理方法，求得在各个时刻各辆车的即时速度，以及超车和换道的行为。
为了有效的进行推理我们建立了三个知识库加速度知识库，换道知识库，超车知识库1)加速度知识库它是由如下表示IF D大&V_a快&V_s慢&H快THEN A大。
2)换道知识库它是由如下表示IF必须换道&离岔道口很近&下一车道空间大THEN换道。
3)超车知识库它是由如下表示IF H快&M低&D很远&Space很大THEN超车WITHmu。
在这些知识库的基础上，结合模糊推理方法就可以得到车辆的即时速度以及换道和超车的推理结果。
权利要求
1.一种应用在码头上的交通控制系统，包括接口模块，数据读取和处理模块，界面显示模块，其特征在于，还包括集卡信息模块，决策算法模块，所述接口模块用于存放集卡在堆场上的即时信息，其余各模块都能通过与该模块的交互而获得所需要的信息；所述集卡信息模块，以表格形式存储信息，做好搜索和排序以及相应的接口，根据集卡信息，统计出各通道的拥挤情况生成表格；所述数据读取和处理模块，每秒从数据库读取原始数据，对原始数据进行处理，将信息写入集卡信息模块，保持集卡信息模块中数据与数据库里的一致；所述界面显示模块用于显示码头提供的堆场地图，根据集卡信息模块提供数据，显示堆场当前状态；所述决策算法模块，从集卡信息模块获取数据，并进行决策运算。
2.一种应用权利要求1的方法，其特征在于具体包括如下步骤首先根据车辆运行的三种状况，在接口模块中设置车流参数的功能、设置道路参数输入的功能以及在界面显示模块中设置实时显示的功能；其次，建立三个知识库加速度知识库，换道知识库，超车知识库；最后，从整体出发，在三个知识库的基础上，结合模糊推理方法通过决策算法模块就得到车辆的即时速度以及换道和超车的推理计算结果。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述(1)设置车流参数的功能输入包括道路上车型分布的比例、司机的开车习惯分布比例和最大限速等三组参数；(2)设置道路参数输入的功能输入具有不同的流出参数和流入参数；(3)设置实时显示的功能包括(A)实时显示动态图象的功能由一个窗口画面和一组窗口画面组成，显示动态图象的功能；窗口画面在屏幕上示意性地显示道路图象以及道路的分段标识；路段窗口画面在屏幕上显示指定路段的路面上车流运行的动态情况，直观地显示路面上车辆运行的特征；(B)实时显示车流速度动态曲线的功能在指定路段的车流速度的动态曲线显示窗口中，显示车流运行的平均速度，用两条不同颜色的曲线表示两个不同方向路段上车流运行的平均速度；(C)实时显示车流运行动态数据的功能在指定路段的数据显示窗口，显示其上的车流运行动态数据，它们包括两个方向路段上车辆流出量，流入量，主干道上的车流量，当前在道路上运行的车辆数，车流的平均速度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述知识库的基本数据结构分成四个类车辆类，车流类，路段类，道路类，其中(1)车辆类中的成员包括车辆运行的速度，加速度，车辆当前的位置，司机操纵车辆的习惯，车型，以及车辆运行的目的地，它的成员函数涉及到成员有关的运算；(2)车流类中的成员是一条以车辆类为结点的链表，它将车辆之间的相互关系作为一个链表来进行管理，其它成员包括车流所处的路段，以及它所处的车道号，它的成员函数的主要功能就是实现对车辆的管理和运行；(3)路段类中的成员是一个车流类的数组，它的成员函数的功能是实现对车流链的动态管理；(4)道路类就是由若干个路段类作为节点构成的一个链表。
全文摘要
本发明公开了一种应用在码头上的交通控制系统及方法，包括接口模块，数据读取和处理模块，界面显示模块，集卡信息模块，决策算法模块。它最基本的内容就是对车流运行动态的描述，在实际道路上面行驶的车辆，它的运行动态主要由车辆的位置、车速等状态和换道、超车等行为反映。为车辆的运行动态建立一个分布式模糊专家系统模型，该模型可以通过综合道路上的实际情况和司机的开车习惯，根据“知识库的知识”和模糊推理的方法，确定车辆的实时速度，作出换道或超车的决定。
文档编号G06F17/00GK101042800SQ20061002488
公开日2007年9月26日 申请日期2006年3月21日 优先权日2006年3月21日
发明者陈浩, 赖颖彦, 杨红霞, 陈世英, 黄德铭, 蔡良春, 钱伟文, 徐建臻 申请人:上海浦东国际集装箱码头有限公司