基于移动边缘计算的集装箱码头内部拖车调度方法及系统与流程

本技术涉及集装箱码头调度控制，尤其是涉及一种基于移动边缘计算的集装箱码头内部拖车调度方法及系统。

背景技术：

1、港口资源调度作为港口企业生产的核心，是码头作业组织与安排过程非常重要的一个环节。装卸船作业是每个集装箱码头的主体业务，也是体现码头作业能力高低的直接反映环节。在装卸作业过程中，拖车的调度更是重要的研究课题，拖车调度效率的高低直接影响了装卸船作业进行的顺利与否。

2、申请号为cn202111577518.8的专利公开了一种堆场拖车调度方法、装置、设备及存储介质，其通过检测目标岸桥的拖车工作状态，在当前工作拖车数量小于目标工作拖车数量时，判定目标岸桥的拖车数量不足以按时完成装卸工作，即需要通过预设拖车匹配模型选取一定数量的拖车，进行调度工作，通过工作拖车的实际数据判断是否需要进行拖车调度，提高了拖车全场调度的效率。

3、由于上述技术方案仍采用中心化的部署方式，其会导致较大的调度中心计算压力和较长的通信时延；同时，该方案无法在拖车的作业过程中，实时收集作业数据，从而降低了调度的精确度，因此本技术提出一种新的技术方案。

技术实现思路

1、为了改善码头拖车调度工作效率和精度，本技术提供一种基于移动边缘计算的集装箱码头内部拖车调度方法及系统。

2、第一方面，本技术提供一种基于移动边缘计算的集装箱码头内部拖车调度方法，采用如下的技术方案：

3、一种基于移动边缘计算的集装箱码头内部拖车调度方法，包括：

4、步骤一、基础建立，其包括：

5、建立调度中心，将调度中心与拖车端进行数据连接；

6、码头作业相关信息输入，并建立码头模型；

7、步骤二、配置调度流程，其包括：配置拖车端侧流程和配置调度中心侧流程；

8、其中，所述配置拖车端侧流程，其包括：

9、s11、接收和记录码头模型并实时接收拖车状态信息，以预设的时长t为周期，定时将拖车状态信息提交至调度中心；

10、其中，拖车状态信息包括：机械号、拖车满载量、拖车剩余容量、拖车实时定位、身份和程序识别码；

11、s12、接收调度中心反馈的集装箱作业任务，并基于预设的任务效用评估函数计算得到最优解，最优解提交至调度中心；

12、所述配置调度中心侧流程，其包括：

13、s21、接收和记录码头模型并实时接收拖车端提交的拖车状态信息，并根据预设的初步匹配逻辑为其分配若干个集装箱作业任务，集装箱作业任务反馈至对应的拖车端；

14、s22、接收拖车端提交的最优解，判断拖车作业计划是否与其它车冲突，若不冲突，则生成计划；若冲突，则由调度中心生成，指派另外的作业计划。

15、可选的，所述码头作业相关信息输入，其包括：

16、输入一、装卸船指令表，其包括：集装箱箱名、船名、源作业位置和目的作业位置；

17、输入二、港口地理布局信息，其包括：港口内各个作业的关键点，关键点标识，并计算任意两个关键点之间的最短路径长度；

18、输入三、拖车的数量及其初始状态；

19、输入四、岸吊及场吊的数量及初始状态。

20、可选的，所述建立码头模型，其包括：

21、配合码头作业相关信息输入，定义代表港口的桥吊，且；

22、定义代表港口的场吊，且；

23、定义代表港口内可供调配的拖车集合，且；

24、定义代表集装箱货轮到港后需要完成的所有装卸任务集合，且；其中，表示任务条数；

25、以带权无向图表示码头模型，且定义节点集合nodes={}和边集合edges={}。

26、可选的，所述配置拖车端侧流程，其包括：当拖车状态为空闲，则向调度中心发送本地码头模型更新请求get_model，且随后发送一条任务获取指令get_tasks；

27、所述初步匹配逻辑包括：

28、基于码头模型对作业的桥吊进行轮询，分别从每台吊机的任务队列中取出位于队首的任务，组合成一个任务列表，打包返回给拖车端，作为拖车端的集装箱作业任务。

29、可选的，所述基于预设的任务效用评估函数计算得到最优解，其包括：

30、对任务列表中的各个任务求效用值，比较，并根据预定义的选取规则筛选得到最优解；具体地：

31、若定义装卸船任务为，定义拖车与作业位置的距离为、任务优先级为、任务序列完成度为、任务装卸性质增益为、拖车每次申请任务时可从调度中心获取条任务，则任务效用评估函数满足：

32、；其中，表示预先指定的各变量最高次幂；为条任务中的第条任务；

33、令,，则：

34、

35、其中，为矩阵，为矩阵，为矩阵的转置,为矩阵的迹；

36、将拖车每次申请调度的输出为条任务中的第个任务记为，选取规则符合：=)；符合条件的即为预选出的最优任务，作为最优解。

37、可选的，所述矩阵的评估方法包括求解目标函数。

38、可选的，所述配置调度中心侧流程，其包括：

39、根据实时的码头模型，研判拖车的执行路径是否会加剧码头交通的拥塞程度，

40、如果是，则发送拒绝指令rejected，再根据预先设置的路径改良算法，为预选任务重新规划一条路径，并在等待拖车端发送获取新规划路径的请求get_target_path后，将新规划的路径回传给拖车端；

41、如果否，则会发送允许指令approved，批准拖车端按原先规划的路径直接执行任务。

42、可选的，令拖车端得到最优解后，进行一次路径规划，并随同最优解提交至调度中心；

43、所述进行一次路径规划，其包括：基于码头图模型，通过dijkstra算法进行的单车次最短路径规划，规划出一条意向作业路径。

44、可选的，所述根据预先设置的路径改良算法，为预选任务重新规划一条路径，其包括：调度中心在码头模型的副本中，将所经过的拥堵边全部移除，再通过dijkstra算法，传入和source，判断是否存在可达的路径。如果存在，则直接返回，指派拖车按照执行任务；否则，在副本中逐条移除经过的拥塞边，再分别计算从source到的最短路径拥塞值之和，挑选一条和最小的路径，再指派拖车按照执行任务。

45、第二方面，本技术提供一种基于移动边缘计算的集装箱码头内部拖车调度系统，采用如下的技术方案：

46、一种基于移动边缘计算的集装箱码头内部拖车调度系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行如上述中任一种基于移动边缘计算的集装箱码头内部拖车调度方法的计算机程序。

47、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

48、1、针对码头作业中的拖车调度场景，合理划定了部署在拖车的边缘端和调度中心主端的工作职责，并设计了一套“拖车-调度中心”通信场景下的信息交互协议；

49、相较于以往的作业线模式和人工呼叫调度，本发明可以依托边缘计算技术的“大二层”框架，对边缘端（拖车端）、主端（调度中心）的职责作了明确划分，避免工作重叠和职责不清，确保双边各司其职；依托匹配的信息交互协议，边缘端和主端之间可以进行有效通信，实现任务信息、路径规划信息、判断结果信息的有序传输，从而更好地协调拖车的调度和运输工作，提高调度作业的可靠性和安全性；

50、2、设计了路径规划算法并引入了任务效用评估函数作为评价指标，用于边缘端评估任务的优劣，在此基础上将调度任务逐层分解，增强路径规划的准确性和可用性。边缘端通过对每个任务调用效用函数进行评估，得出最优的任务后，再进行作业路径规划；

51、可以避免对多任务直接进行路径规划选优时计算量过大的问题，显著节约用于规划的系统资源，提高计算效率，以保证码头调度的效率和准确性。