专利名称：一种集装箱卡车智能调度系统及方法
技术领域：
本发明涉及集装箱卡车调度领域，尤其涉及一种集装箱卡车智能调度系统及方法。
背景技术：
随着现代港口竞争的不断加剧，如何提高码头作业设备利用率，降低作业成本已经成为码头提高服务水平，提升自身竞争力的重要研究课题。船舶在码头的停留时间、完成装卸作业时间已经成为衡量码头作业水平的重要指标，而该指标与码头作业设备的作业效率息息相关。集装箱码头的常规作业主要包括装船、卸船、移箱作业和进提箱作业。码头作业的常用设备包括岸桥、场桥和集卡(集装箱卡车)。卸船作业的基本流程为:岸桥将集装箱从船上卸到岸边在该岸桥下的集卡上，然后集卡将该集装箱运到堆场指定位置，再由堆场的场桥从集卡上将集装箱吊起放到堆场指定位置。装船作业流程则与卸船作业流程刚好相反，此处不再赘述。移箱作业的基本流程:场桥将集装箱从堆场吊起然后放在该场桥下的集卡上，然后集卡将该集装箱运到堆场指定位置，再由堆场目标位置的场桥从集卡上将集装箱吊起放到堆场指定位置。集卡调度问题主要是从能耗，成本的角度综合考虑实现码头作业设备调度的协同、经济和智能化。传统的调度模式为单个工作点(如对应于一辆岸桥或场桥)独占该工作点下的集卡资源，即一辆集卡只为一个工作点服务，经常出现的问题是集卡载着集装箱从堆场到岸边，然后空车返回堆场。很显然，这种调度模式下集卡空载率很高(50%)，利用率比较低。码头作业需要多个设备的协调配合，而现有的调度系统仅仅只考虑一种设备的作业代价，如仅考虑集卡。此外，现有的调度系统往往仅从代价最小的角度考虑，可能出现大量的任务分配给离集卡当前位置很近的岸桥或堆场，而离集卡当前位置很远的岸桥或堆场得不到集卡资源，以致无效空等，造成某些岸桥或堆场作业效率低下，影响码头的整体作业效率。以上种种因素导致采用现有技术中的集卡调度系统和方法不但作业效率低下，不能满足集卡实时调度的需要，而且能源消耗大，作业成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提高码头作业效率，优化集卡分配，针对现有技术的上述缺陷，提供一种集装箱卡车的智能调度系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:本发明提供一种集装箱卡车智能调度系统，包括调度中心(I)和可与调度中心
(I)进行通信的集装箱码头任务中心(6)、集卡(2)、安装在岸桥的岸桥终端(3)和/或安装在场桥的场桥终端(4)，还包括安装于岸桥出入口、场桥出入口、码头各路径的多个RFID电子标签读取器(51)组成的RFID区域定位系统(5)，其中，
集装箱码头任务中心(6)包括用于生成和更新待完成任务列表的任务生成模块
(61)和用于向调度中心发送待完成任务列表的第四通信模块(62)；所述集卡(2)上安装有车载终端(21)和用于存储和更新集卡(2)的属性信息的RFID电子标签(22)，该车载终端(21)包括用于存储和更新集卡任务信息的第一任务模块(212)和用于与调度中心⑴通信的第一通信模块(213);所述第一通信模块(213)用于接收调度中心(I)下发的任务指令信息或上传集卡任务信息至调度中心(I);所述RFID电子标签(22)可被所述RFID电子标签读取器(51)所识别，调度中心(I)可获取集卡(2)的位置信息和电子标签(22)所存储的集卡(2)的属性信息；所述岸桥终端(3)包括用于确认任务完成状态的第二任务模块(31)和用于向调度中心(I)上传实时的任务完成状态信息的第二通信模块(32)；所述场桥终端(4)包括用于确认任务完成状态的的第三任务模块(41)和用于向调度中心(I)上传实时的任务完成状态信息第三通信模块(42)；所述调度中心(I)接收集装箱码头任务中心(6)上传的实时的待完成任务信息以确定需要分配集卡的岸桥或场桥，调度中心(I)获取集卡的任务信息、位置信息和属性信息以确定空闲集卡的数量、位置及编号，调度中心(I)先选取所有可用的空闲集卡(2)并根据已设定的各个岸桥或场桥的作业效率向各个岸桥或场桥分配集卡数量，然后计算所有可行的集卡分配组合，并计算每种集卡分配组合下所有集卡(2)完成相应任务的代价总和，取代价最小的一种集卡分配组合为最优分配方案，最后根据最优分配方案下发任务指令给各集卡(2)。所述集卡(2)完成相应任务的代价以时间T为度量，包括集卡所耗费时间、岸桥等待时间和场桥等待时间的加权和，其中集卡完成相应任务所耗费时间包括集卡行驶时间Tl、集卡在岸桥下等待的时间T2和集卡在场桥下等待的时间T3之和，岸桥等待时间包括岸桥无集卡工作时的待机时间T4，场桥等待时间包括场桥无集卡工作时的待机时间T5，即T= 其中 λ，μ 为预先设定的常数，O < λ < 1,0< μ < I, λ+μ <1。所述集卡属性信息包括集卡编号和集卡最大载重量。所述第一通信模块为无线通信模块。所述第二通信模块、第三通信模块和第四通信模块为有线通信模块或无线通信模块。本发明还提供利用权利要求1-5任意一项所述的集装箱卡车智能调度系统的一种集装箱卡车智能调度方法，其特征在于，包括如下步骤:S1、调度中心设置参与调度的场桥、岸桥、集卡以及各项参数；S2、调度中心接收集装箱码头任务中心发送的待完成任务列表；调度中心接收所有集卡的集卡属性信息、集卡任务信息和集卡位置信息，确定空闲集卡的数量；S3、调度中心根据各个岸桥或场桥的作业效率向有任务的各个岸桥或场桥分配集卡数量；S4、调度中心选取从步骤SI中设置的的岸桥或场桥已经激活的待完成任务，各个岸桥或场桥的选取任务数与步骤S3分配的的集卡数相关；S5、调度中心计算出所有可行的集卡分配组合，并计算每种集卡分配组合下所有集卡完成相应任务的代价总和；S6、选取代价最小的集卡分配组合作为最优分配方案,调度中心根据最优分配方案向被选取的各个集卡车载终端下发任务指令；S7、调度中心判断已激活的待完成任务数量是否为0，如果否则转到步骤S2，如果是，则结束。所述的各项参数包括参数λ和μ、各岸桥或场桥的工作效率和集卡平均速度。所述集卡完成相应任务的代价以时间T为度量，包括集卡所耗费时间、岸桥等待时间和场桥等待时间的加权和，其中集卡所耗费时间包括集卡行驶时间Tl、集卡在岸桥下等待的时间Τ2和集卡在场桥下等待的时间Τ3之和，岸桥等待时间包括岸桥无集卡工作时的待机时间Τ4，场桥等待时间包括场桥无集卡工作时的待机时间Τ5，即T =λ*Τ4+μ*Τ5+(1-λ-μ)*(Τ1+Τ2+Τ3)，其中 λ，μ 为预先设定的常数，O < λ < 1,0 < μ〈1，λ+μ〈I。实施本发明的有益效果:本发明提供的集装箱卡车智能调度系统和方法先对各岸桥(场桥)进行集卡数量上的分配，可避免出现某些岸桥(场桥)分配不到(或过少)集卡资源而出现长时间空等，再计算集卡完成相应任务的代价，取代价最小的方案进行执行，本发明可提高码头作业效率，降低码头作业成本，提高设备的利用率，减少作业设备的无效空等，减少集卡的空载率和能耗。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:图1是本发明实施例的集装箱卡车智能调度系统连接示意图；图2是本发明实施例的集装箱卡车智能调度系统结构及连接示意图；图3是本发明实施例的集装箱卡车智能调度方法流程示意图。
具体实施例方式图中标号统一说明如下:1:调度中心；2:集卡；3:厗桥终端；4:场桥终端；5:RFID区域定位系统；6:集装箱码头任务中心；21:车载终端；22:电子标签；212:第一任务模块；213:第一通信模块；31:第二任务模块；32:第二通彳目模块；41:第二任务模块；42:第二通彳目模块；51:电子标签读取器；61:任务生成模块；62:第四通信模块。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，本发明提供一种集装箱卡车智能调度系统，包括调度中心I和能够与调度中心I进行通信的集装箱码头任务中心6、集卡2、岸桥终端3和场桥终端4，一般包括多辆集卡2，多个岸桥终端3或场桥终端4。如图2所示:所述集装箱码头任务中心包括任务生成模块61和第四通信模块62，任务生成模块61用于生成和更新待完成任务列表，第四通信模块62用于将任务生成模块61生成的待完成任务列表发送至调度中心。所述集卡2上安装有车载终端21和RFID电子标签22，车载终端包括21第一任务模块212和第一通信模块213 ;集卡2的编号、最大载重量作为集卡属性信息存储在RFID电子标签22中，与RFID电子标签22配套的，码头上的岸桥、场桥以及各路径上布设多个RFID电子标签读取器51组成一个RFID区域定位系统5，集卡在码头上各处行驶或停放时RFID电子标签读取器51可读取集卡上的RFID电子标签22，则RFID区域定位系统5可对集卡2进行定位，调度中心I可获取各辆集卡2的位置信息，同时获取各辆集卡2的集卡属性信息；第一任务模块212用于存储和更新集卡的任务信息；第一通信模块213为无线通信模块，可采用GSM模块、CDMA模块或3G模块等无线通信模块，第一通信模块213可与调度中心I进行通信，用于将集卡2当前的任务信息上传至调度中心1，以供调度中心I判断该集卡2是否空闲，同时也可接收调度中心I下发的任务指令并将其存储在第一任务模块212中。所述岸桥终端3安装在岸桥，该岸桥终端3包括第二任务模块31和第二通信模块32。第二任务模块31用于确认集卡的任务完成状态；本实施例中第二通信模块32为有线通信模块，通过电缆与调度中心进行通信，当然也可以是GSM模块、CDMA模块或3G模块等无线通信模块，第二通信模块32用于将第二任务模块31确认的集卡任务状态信息上传至调度中心1，以供调度中心I判断该任务是否已经完成。所述场桥终端4安装在场桥，该场桥终端包括第三任务模块41和第三通信模块42 ;第三任务模块41用于确认集卡的任务完成状态；本实施例中第三通信模块42为有线通信模块，通过电缆与调度中心I进行通信，当然也可以是GSM模块、CDMA模块或3G模块等无线通信模块，第三通信模块42将第三任务模块41确认的集卡任务状态信息上传至调度中心1，以供调度中心I判断该任务是否已经完成。举例说明岸桥终端3或场桥终端4的作用:如某个集装箱被一辆集卡2从一个岸桥拉走，该岸桥的岸桥终端3可通知调度中心I该集装箱已经出发；该集卡到达一个场桥并完成卸车之后，该场桥的场桥终端4可通知调度中心I该集装箱对应的任务已经完成，则调度中心I可以在待完成任务列表中核销该任务。即岸桥终端3和场桥终端4的作用在于可使调度中心I了解任务的完成状态。调度中心的调度流程为:调度中心I可与集装箱码头任务中心6、各辆集卡2、各岸桥终端3、场桥终端4进行通信，一方面获取各辆集卡2的位置信息和任务信息，以便确定有哪些集卡2当前没有任务而可供调用，另一方面获取集装箱码头任务中心6发送的待完成任务列表，然后根据各岸桥、场桥的作业效率对有任务的各个岸桥或场桥分配集卡数量(各岸桥、场桥的作业效率根据历史经验进行设定，并可随着任务的进行实时的更新)，岸桥或场桥作业效率越高，分配到的集卡2数量越多，举例说明，可用如下的分配方法:如可调用集卡数量为n，有任务待完成的岸桥(场桥)有m个，第i个岸桥(场桥)的作业效率
为Pi，则第i个岸桥(场桥)分配到的集卡2数量为......+Pi+......+Pnri+Pm)，
结果为小数的四舍五入。当然集卡2的分配方法不限于上述的方法，也可以根据实际情况选取其它合理的分配方法进行分配。完成集卡2数量的分配之后，调度中心选取岸桥或场桥的待完成任务，各个岸桥或场桥下的选取任务数量与与分配的集卡数量匹配，本实施例中任务数(每一个集装箱代表一个任务)是该岸桥或场桥分配的的集卡数量的I倍(所以集卡均仅能载一个集装箱)或者2倍(存在一辆或多辆集卡可以载两个集装箱)，当然也可以根据实际情况选取其他合理的任务数量。然后，调度中心计算出所有可行的集卡分配组合，其中可行的集卡分配组合是指剔除掉集卡2最大载重量不满足岸桥(场桥)任务要求的情况，以避免出现集卡无法完成任务的情况出现；调度中心计算每一种可行的集卡分配组合下全部集卡2完成相应任务的代价，其中代价以时间T为度量，包括集卡2所耗费时间、岸桥等待时间和场桥等待时间的加权和，其中集卡2完成相应任务所耗费时间包括集卡行驶时间Tl、集卡在岸桥下等待的时间T2和集卡在场桥下等待的时间T3之和，岸桥等待时间包括岸桥无集卡工作时的待机空等时间T4，场桥等待时间包括场桥无集卡工作时的待机空等时间T5，即T =λ*Τ4+μ*Τ5+(1-λ-μ)*(Τ1+Τ2+Τ3)，其中 λ，μ 为预先设定的常数，且O < λ <1，0< μ〈1，λ+μ〈I。集卡行驶时间Tl计算方法为:使用Α*算法或Dijkstra算法计算出集卡的行驶路线，从而获得集卡要行驶的路程，用该路程除以集卡平均速度得到集卡行驶时间Tl，集卡平均速度也是根据经验预先设定的，并可进行调整。集卡在岸桥下等待的时间Τ2是指集卡2到达岸桥到集卡离开岸桥所耗时间，集卡在场桥下等待时间Τ3是指集卡2到达场桥到集卡离开场桥所耗时间，岸桥等待时间即指岸桥下无集卡2时设备空转的时间Τ4，场桥等待时间即指场桥下无集卡2时设备空转的时间Τ5，时间Τ2、Τ3、Τ4和Τ5根据各岸桥(场桥)的作业效率以及集卡行驶时间Tl进行推算，当然也可随着任务的进行对其进行修正。调度中心选取任务代价最小的一种分配组合作为最优分配方案，根据最优分配方案向各辆集卡下发任务指令。此外，调度中心还实时的监控待完成任务列表状态，在待完成任务列表不为空的情况下持续进行调度，直至待完成任务列表为空即所有任务均已完成为止。如图3所示，本发明还提供一种集装箱卡车智能调度方法，包括如下步骤:步骤S1、调度中心设置参与全场调度的作业点(岸桥、场桥)、参与全场调度的集卡及各项参数，包括参数λ，μ ,各岸桥或场桥的工作效率,集卡平均速度等参数；步骤S2、调度中心接收集装箱码头任务中心发送的待完成任务列表；调度中心接收所有集卡的集卡属性信息、集卡任务信息和集卡位置信息，确定可空闲集卡的数量；步骤S3、调度中心根据各个岸桥或场桥的作业效率向各个有任务的岸桥或场桥分配集卡数量，对于单个的岸桥(场桥)来说，其作业效率越高，分配到的集卡数量越多；步骤S4、调度中心选取从步骤SI中设置的岸桥或场桥已经的待完成任务，各个岸桥或场桥下的选取任务数与步骤S3分配的的集卡数的I倍(所以集卡均仅能载一个集装箱)或者2倍(存在一辆或多辆集卡可以载两个集装箱)；步骤S5、调度中心计算出所有可行的集卡分配组合，并计算每种集卡分配组合下所有集卡完成相应任务的代价总和；集卡完成相应任务的代价以时间T为度量，包括集卡所耗费时间、岸桥等待时间和场桥等待时间的加权和，其中集卡完成相应任务所耗费时间包括集卡行驶时间Tl、集卡在岸桥下等待的时间Τ2和集卡在场桥下等待的时间Τ3之和，岸桥等待时间包括岸桥无集卡工作时的空转时间Τ4，场桥等待时间包括场桥无集卡工作时的空转时间Τ5，即T= λ*Τ4+μ*Τ5+(1-λ-μ)*(Τ1+Τ2+Τ3)，其中λ，μ为预先设定的常数，0< λ <1，0< μ <1，λ+μ < I ；
步骤S6、选取代价最小的集卡分配组合作为最优分配方案，根据最优分配方案向被选取的各个集卡下发任务指令。步骤S7、调度中心判断待完成任务列表中待完成任务数量是否为0，如果否转到步骤S2，如果是，则结束。本发明提供的集装箱卡车调度系统和方法可实现码头的全场调度，即对码头所有岸桥、场桥的任务和所有集卡进行调度，也可以用来做局部调度，即针对部分岸桥、场桥的任务和部分集卡进行调度，即一批集卡完成一批任务的调度，可提高码头作业效率，降低码头作业成本，提高设备的利用率，减少作业设备的无效空等，减少集卡的空载率和能耗。以上所述实施例仅表达了本发明的较佳实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种集装箱卡车智能调度系统，其特征在于，包括调度中心(I)和可与调度中心(I)进行通信的集装箱码头任务中心(6)、集卡(2)、安装在岸桥的岸桥终端(3)和/或安装在场桥的场桥终端(4)，还包括安装于岸桥出入口、场桥出入口、码头各路径的多个RFID电子标签读取器(51)组成的RFID区域定位系统(5)，其中， 集装箱码头任务中心(6)包括用于生成和更新待完成任务列表的任务生成模块(61)和用于向调度中心发送待完成任务列表的第四通信模块(62); 所述集卡(2)上安装有车载终端(21)和用于存储和更新集卡(2)的属性信息的RFID电子标签(22)，该车载终端(21)包括用于存储和更新集卡任务信息的第一任务模块(212)和用于与调度中心(I)通信的第一通信模块(213);所述第一通信模块(213)用于接收调度中心(I)下发的任务指令信息或上传集卡任务信息至调度中心(I);所述RFID电子标签(22)可被所述RFID电子标签读取器(51)所识别，调度中心(I)可获取集卡(2)的位置信息和电子标签(22)所存储的集卡(2)的属性信息； 所述岸桥终端(3)包括用于确认任务完成状态的第二任务模块(31)和用于向调度中心(I)上传实时的任务完成状态信息的第二通信模块(32)； 所述场桥终端(4)包括用于确认任务完成状态的的第三任务模块(41)和用于向调度中心(I)上传实时的任务完成状态/[目息第二通彳目模块(42)； 所述调度中心(I)接收集装箱码头任务中心(6)上传的实时的待完成任务信息以确定需要分配集卡的岸桥或场桥，调度中心(I)获取集卡的任务信息、位置信息和属性信息以确定空闲集卡的数量、位置及编号，调度中心(I)先选取所有可用的空闲集卡(2)并根据已设定的各个岸桥或场桥的作业效率向各个岸桥或场桥分配集卡数量，然后计算所有可行的集卡分配组合，并计算每种集卡 分配组合下所有集卡(2)完成相应任务的代价总和，取代价最小的一种集卡分配组合为最优分配方案，最后根据最优分配方案下发任务指令给各集卡⑵。
2.根据权利要求1所述的一种集装箱卡车智能调度系统，其特征在于，所述集卡(2)完成相应任务的代价以时间T为度量，包括集卡所耗费时间、岸桥等待时间和场桥等待时间的加权和，其中集卡完成相应任务所耗费时间包括集卡行驶时间Tl、集卡在岸桥下等待的时间T2和集卡在场桥下等待的时间T3之和，岸桥等待时间包括岸桥无集卡工作时的待机时间T4，场桥等待时间包括场桥无集卡工作时的待机时间T5，即Τ=λ*Τ4+μ*Τ5+(1-λ-μ)*(Τ1+Τ2+Τ3)，其中 λ，μ 为预先设定的常数，0〈入〈1，0〈“〈1，入 + U〈I O
3.根据权利要求1所述的一种集装箱卡车智能调度系统，其特征在于，所述集卡属性信息包括集卡编号和集卡最大载重量。
4.根据权利要求1所述的一种集装箱卡车的智能调度系统，其特征在于，所述第一通信模块为无线通信模块。
5.根据权利要求1所述的一种集装箱卡车智能调度系统，其特征在于，所述第二通信模块、第三通信模块和第四通信模块为有线通信模块或无线通信模块。
6.利用权利要求1-5任意一项所述的集装箱卡车智能调度系统的一种集装箱卡车智能调度方法，其特征在于，包括如下步骤: S1、调度中心设置参与调度的场桥、岸桥、集卡以及各项参数；[52、调度中心接收集装箱码头任务中心发送的待完成任务列表；调度中心接收所有集卡的集卡属性信息、集卡任务信息和集卡位置信息，确定空闲集卡的数量； [53、调度中心根据各个岸桥或场桥的作业效率向有任务的各个岸桥或场桥分配集卡数量; [54、调度中心选取从步骤SI中设置的的岸桥或场桥已经激活的待完成任务，各个岸桥或场桥的选取任务数与步骤S3分配的的集卡数相关； [55、调度中心计算出所有可行的集卡分配组合，并计算每种集卡分配组合下所有集卡完成相应任务的代价总和； [56、选取代价最小的集卡分配组合作为最优分配方案，调度中心根据最优分配方案向被选取的各个集卡车载终端下发任务指令； [57、调度中心判断待完成任务列表中的待完成任务数量是否为O，如果否则转到步骤S2，如果是，则结束。
7.根据权利要求6所述的一种集装箱卡车智能调度方法，其特征在于，所述的各项参数包括参数λ和μ、各岸桥或场桥的工作效率和集卡平均速度。
8.根据权利要求7所述的一种集装箱卡车智能调度方法，其特征在于，所述集卡完成相应任 务的代价以时间T为度量，包括集卡所耗费时间、岸桥等待时间和场桥等待时间的加权和，其中集卡所耗费时间包括集卡行驶时间Tl、集卡在岸桥下等待的时间Τ2和集卡在场桥下等待的时间Τ 3之和，岸桥等待时间包括岸桥无集卡工作时的待机时间Τ4，场桥等待时间包括场桥无集卡工作时的待机时间Τ5，即T= λ *Τ4+ μ *Τ5+ (1- λ - μ ) * (Τ1+Τ2+Τ3)，其中λ，μ为预先设定的常数，0〈 λ〈1，0〈 μ〈I, λ+μ〈I。
全文摘要
本发明涉及集装箱卡车调度领域，公开了一种集装箱卡车智能调度系统及方法。该调度系统包括调度中心(1)，以及与调度中心(1)进行通信的集装箱码头任务中心(6)、集卡(2)、岸桥终端(3)和场桥终端(4)，还包括由码头各处布设的多个RFID电子标签读取器(51)组成的RFID区域定位系统(5)。调度中心(1)获取各集卡的属性和位置信息以及集装箱码头任务中心(6)上传的待完成任务信息，先根据各岸桥和场桥的作业效率进行集卡(2)数量上的分配，再对所有可行的分配方案计算完成任务的总代价，取代价最小的方案进行执行。本发明可提高码头作业效率，降低码头作业成本，提高设备的利用率，减少作业设备的无效空等，减少集卡的空载率和能耗。
文档编号G06Q50/28GK103164782SQ20111042423
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者吴少聪, 乐萌, 颜银慧, 李峰, 杜俊文, 杨玉林, 卢赞新, 高磊, 龚卫龙 申请人:招商局国际信息技术有限公司