一种智能水上无人经营平台系统与配送路径优化方法

本发明涉及智能交通，具体涉及一种智能水上无人经营平台系统与配送路径优化方法。

背景技术：

1、化石能源的形成过程极为缓慢，是不可再生的一次能源。以化石能源为主的能源消耗不仅使能源危机日益严重，还带来了环境污染问题。寻求更健康、更自然、更清洁的能源成为必然。风能和太阳能作为清洁无污染的能源，近年来在世界各国得到了长足发展。凤光发电具有一定的互补性。体现在，风光混合发电系统能够在一定程度上弥补单独风力发电或光伏发电的供电不稳定性，但风光发电易受自然气候影响，发电具有随机性、间隙性、波动性的缺点，混合发电系统的供电可靠性低，这是风光系统稳定运行的一个挑战。

2、同时随着科技不断发展，人力成本也越来越高，传统的售货方式已难以适应时代的发展，无法满足消费者的需求，无人售货逐渐成为研究的热点。无人售货主要利用计算机网络技术和互联网通信技术进行智能化和自动化操作，是一种在无人情形下进行的销售行为。

3、其中，现有的无人配送的航向控制无法满足稳定性和精确性，配送效率不高。基于雾凇覆冰物理现象的算法，称为rime或雾凇算法，通过模拟冰霜的软霜和硬霜生长过程，构建软霜搜索策略和硬霜穿刺机制，进行算法的探索和开发行为。但是传统雾凇算法的寻优精度和收敛速度不高，运行效率低。

技术实现思路

1、发明目的：本发明提供一种节约成本、效率高的智能水上无人经营平台系统与配送路径优化方法。

2、技术方案：本发明所述的智能水上无人经营平台配送路径优化方法，水上无人经营平台搭载于船舶上，通过水路运输将货品配送至数个收货地点，所述配送路径优化方法基于雾凇算法实现，包括以下步骤：

3、1)建立雾凇种群并初始化，形成初始种群，所述初始种群包括若干个雾剂，所述雾剂包括若干个雾凇粒子。

4、2)基于阶梯式雾凇搜索策略获取所述初始种群中雾凇粒子的位置并更新，输出第一更新位置。

5、其中，获取所述雾凇粒子的更新位置采用以下公式：

6、

7、式中，为更新后粒子的新位置；pbest,j为雾凇种群中最佳雾剂的第j个粒子；r1为均匀分布于[0,1]之间的随机数；cosθ控制雾凇粒子的运动方向，θ为更新前后两个雾凇粒子间的角度；h为附着力，是均匀分布于[0,1]之间的随机数，用于控制两个雾凇粒子中心之间的距离；ubij和lbij为逃逸空间的上界和下界，分别限定了粒子运动的有效区域；r2为[0,1]范围内的随机数，与被附系数一起控制粒子是否凝聚，即粒子位置是否更新；β为环境因子；e为被附系数。

8、3)采用霜淞穿刺机制对所述第一更新位置进行校正，输出第二更新位置；

9、4)建立目标函数，并将所述第一更新位置输入所述目标函数输出第一目标函数值、将所述雾剂第二更新位置输入所述目标函数输出第二目标函数值；基于正贪心选择机制比较第一目标函数值和第二目标函数值中最小值，并保留所述最小值对应的雾凇粒子的位置，输出最优位置。

10、其中，所述目标函数公式如下；

11、

12、式中，z为成本；λ为权衡分派成本和行驶成本的参数，是均匀分布于[0,1]之间的随机数；cd为每启动一辆配送船舶的成本；ct为单个配送船舶单位距离的行驶成本；dijk为收货地点i和收货地点j之间的距离；xijk为配送船舶k(k∈k)的行驶变量；ppv为光伏发电功率；pwind为风能发电功率；pb为蓄电池功率。

13、5)基于最小负载功率、最少配送船舶和最短配送距离设置约束条件，判定所述最优位置是否满足所述约束条件；若不满足约束条件，则重复步骤2)至步骤5)；若满足约束条件，则输出所述最优位置。

14、进一步的，步骤2)中，所述阶梯式雾凇搜索策略将自适应权重因子以及非线性周期性调整策略引入rime算法，公式如下：

15、

16、

17、式中，为改进算法后更新后粒子的新位置；ω为自适应权重因子；β′为改进算法后的环境因子。

18、进一步的，所述约束条件如下：

19、

20、式中，s.t.为约束条件；n0为收货地点集，n0＝{0，1，…，n}，0表示仓库；k为车辆集，k＝{1，2，…，m}。

21、进一步的，所述步骤2)中，对雾凇粒子位置进行多次迭代更新得到所述第一更新位置，迭代过程中，参数更新公式如下：

22、

23、

24、

25、式中，β的形式为阶跃函数，[·]表示四舍五入；ω的默认值为5，用于控制阶跃函数的段数；e影响雾剂的凝结概率；t为当前的迭代次数，t为算法的最大迭代次数。

26、进一步的，所述步骤3)中，雾凇粒子位置校正采用如下公式：

27、

28、式中，fnormr(si)为当前雾剂适应度值的归一化值，表示第i个雾剂被选中的机会；r3是均匀分布于[0,1]之间的随机数。

29、技术方案：本发明所述的智能水上无人经营平台系统，所述系统实现所述方法的步骤；

30、所述系统包括环境感知单元、信息处理单元、无人售货单元、水上无人经营平台、搭载所述水上无人经营平台的船舶、无线设备、通信单元，所述通信单元用于传递指令和信息，所述指令包括第一指令和第二指令，所述信息包括船舶信息、周围环境信息；所述环境感知单元、信息处理单元、无人售货单元基于所述信息进行信息交互生成所述第一指令，所述第一指令包括配送指令、补货指令、结算指令，所述补货指令使所述船舶去仓库补货，所述配送指令使所述船舶按既定优化配送路径行走，将水上无人经营平台运送至收货地点；所述结算指令使所述无线设备接收订单信息并生成结算订单；所述无线设备生成所述第二指令，第二指令包括售货指令，所述售货指令使水上无人经营平台售货。

31、所述水上无人经营平台、船舶、无线设备接收所述指令并执行，所述水上无人经营平台接收并执行所述售货指令，所述船舶接收并执行所述补货指令、配送指令，所述无线设备接收并执行所述结算指令。

32、所述环境感知单元用于采集所述信息，包括gps、陀螺仪和加速度传感器模块。

33、所述信息处理单元用于生成配送指令。所述信息处理单元包括信息采集模块和dsp控制器模块，信息采集模块接收所述信息，并将所述信息传送给dsp控制器模块，dsp控制器模块接收并分析所述信息，生成所述配送指令。

34、所述无人售货单元用于生成补货指令和结算指令。所述无人售货单元包括中央处理器、图像传感器、称重传感器、数据采集模块、电子锁控制模块，所述图像传感器对商品进行监控，并由所述数据采集模块保存为视频数据，所述称重传感器对商品重量实时监测，并由所述数据采集模块保存为商品重量数据；所述中央处理器对所述视频数据和商品重量数据进行处理和计算分析，生成所述结算指令。当商品重量数据小于一定值后，生成所述补货指令。

35、所述通信单元包括无线通信终端、数据报文和智能网关模块，所述数据报文接收所述信息，所述智能网关模块对数据报文的信息进行过滤和筛选，所述无线通信终端在所述环境感知单元、信息处理单元、无人售货单元中传递所述信息进行信息交互，在所述水上无人经营平台、船舶、无线设备之间传递指令进行指令交互。

36、进一步的，所述系统还包括供电单元，供电单元用于为所述系统供电；所述供电单元包括太阳能阵列板、多个dc/dc变换器、风力发电机、ac/dc变换器、dc/ac变换器、直流总线、负载，所述太阳能阵列板经dc/dc变换器将电能输出到直流总线、所述风力发电机经ac/dc变换器将电能输出到直流总线，所述负载包括直流负载和交流负载，所述直流负载通过dc/dc变换器与直流总线相连，交流负载通过dc/ac变换器与直流总线相连，所述直流总线将电能通过负载传输给船舶和水上无人经营平台。

37、进一步的，所述供电单元还包括蓄电池模块，所述蓄电池模块包括蓄电池、dc/dc双向变换器，所述蓄电池通过dc/dc双向变换器与直流总线连接；

38、所述蓄电池用于储放来自ac/dc变换器和ac/dc变换器的总电能；蓄电池未达到饱和状态且未完全放电时，当总电能不能满足负载需求时，蓄电池放电；当负载需求较小、总电能过多时，蓄电池存储多余的电能。

39、进一步的，所述船舶信息包括船舶的位置、方向、加速度。

40、进一步的，在所述水上无人经营平台中设置售货柜；用户购物时，通过所述无线设备向水上无人经营平台发出售货指令，生成配送指令并发送给船舶，船舶按照既定配送优化路径行走，将水上无人经营平台配送至收货地点，同时售货柜开门；用户选购商品结束后，售货柜自动关门并向所述无线设备发送结算指令，无线设备生成结算订单，用户付款，购物结束；当售货柜货品不足时，生成补货指令并发送给船舶，船舶行至仓库补货。

41、本发明具有如下显著的有益效果：1、节约成本：本发明基于雾凇算法设计了最优货物配送路径，并基于最小负载功率、最少配送船舶和最短配送距离设置约束条件，将配送成本最小化；同时采用风水同时发电，同时满足直流负载和交流负载的供电需求，节约了成本。2、效率高；本发明水上无人经营平台不需要人员服务，从商品购物到货物补充，全部依靠无线设备与系统之间的信息、指令交互实现；同时对传统雾凇算法进行了改进，进一步提高算法的寻优精度和收敛速度，提高了经营效率。