基于动态优先级的集卡通行权分配方法、系统、设备及介质与流程

本发明属于智能驾驶，涉及港口集卡通行权分配，具体涉及到一种基于动态优先级的集卡通行权分配方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、自动化集装箱港口是指通过自动化技术和设备实现集装箱码头操作的自动化过程。传统上，集装箱港口的装卸作业通常由大量的人工操作完成，包括起重机操作员、装卸工人和指挥员等。然而，随着技术的不断发展，自动化集装箱港口正在逐渐兴起。自动化集装箱港口利用先进的技术和设备，如自动化堆垛机、无人驾驶起重机、物联网传感器和自动化管理系统等，实现集装箱的装卸、堆垛、存储和管理等操作过程的自动化。上述技术和设备能够在没有人工干预的情况下，通过预设的程序和指令完成各项任务。目前全国大部分港口已经完成自动化港口的建设。

2、自动驾驶运输集卡，是自动化港口水平运输的重要载体。是一种用于在港口和集装箱码头等场所进行自动化运输和搬运任务的无人驾驶车辆。自动驾驶集卡通常采用自动导航技术和传感器系统，能够在事先规划好的路径上进行自主导航和操作。它们可以携带和移动集装箱、货物、集装箱堆垛机等，完成装卸、堆垛和运输等任务。自动驾驶集卡的引入能够提高港口运输和搬运的效率，减少人力成本和人为错误，并优化空间利用。它们在现代港口和物流领域得到极大的推广应用。

3、为了协调自动驾驶集卡的运输，尤其是多辆集卡同时通过交叉口产生的冲突，自动化港口普遍建立了通行权分配调度算法。然而现有算法对于车辆优先级考虑过于简化，只关注固定的任务作业优先级，而忽略了车辆实时到达交叉口的顺序，从而导致先到交叉口但作业优先级低的车辆停车过长，阻碍其他车辆通行，从而影响运输效率。此外，现有算法主要关注于提升集卡通过交叉口的安全性，优化目标为多车辆通过交叉口的时间间隔，导致车辆以安全冗余的时间间隔通过交叉口，造成道路资源浪费和大量车辆的停车等待，容易导致车辆无法按时到达作业点，从而影响效率，因此，现有通行权分配算法无法优化港口整体作业效率。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的主要目的在于设计一种基于动态优先级的集卡通行权分配方法、系统、设备及介质，解决传统静态集卡通行顺序情况下，作业效率低、等待时间长、浪费道路资源等技术问题。

2、为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：

3、一种基于动态优先级的港区智能集卡通行权分配方法，包括如下步骤：

4、步骤1：根据自动化集装箱港口运输集卡的历史行驶轨迹，识别港口路网冲突交叉口；

5、步骤2：在冲突交叉口前布设集卡检测传感器；

6、步骤3：通过步骤2设置的集卡检测传感器，实时检测集卡的运行状况；

7、步骤4：若检测到集卡接近冲突交叉口，则根据该集卡的任务紧急状态、运载状态、作业计划综合因素，实时确定集卡的优先级；

8、步骤5：根据冲突交叉口附近的集卡信息，建立集卡通行权优化模型；

9、步骤6：求解集卡通行权优化模型，得到集卡通行顺序；

10、步骤7：根据步骤6确定的通行顺序下放集卡红绿灯，进行集卡通行。

11、作为本发明的进一步描述，所述步骤1中，识别港口路网冲突交叉口，包括如下步骤：

12、步骤1.1：获取自动化集装箱港口运输集卡的历史行驶轨迹数据；

13、步骤1.2：使用轨迹分析技术进行分析轨迹数据，确定集卡在港口路网上的常用路径和停留区域形成轨迹点；

14、步骤1.3：将轨迹点聚集成不同群集，并根据聚类簇中轨迹时空点的数量，确定冲突交叉口的位置。

15、作为本发明进一步的描述，所述步骤2中，集卡检测传感器布设在冲突交叉口的前方50-100米处。

16、作为本发明进一步的描述，所述步骤4中，实时确定集卡优先级，包括如下步骤：

17、步骤4.1：考虑集卡的任务紧急状态，针对被分配到紧急任务状态的集卡，则赋予该集卡最高优先级p＝1000；

18、步骤4.2：针对被分配到非紧急任务状态的集卡，考虑集卡的运载状态与作业计划，则集卡优先级表达式为：

19、

20、其中，l为集卡负载系数，l＝1为空载，l＝2为集卡当前运输集装箱，t1为集卡的期望到达起重机的时间，t2为当前时刻，e为自然对数，p值越大，集卡优先级越高。

21、作为本发明进一步的描述，所述步骤5中，建立集卡通行权优化模型，包括以下步骤：

22、步骤5.1：确定冲突交叉口附近的集卡信息，确定集卡冲突集合nconflict；

23、步骤5.2：模型优化目标降低集卡在相邻路段平均速度波动，表达式为：

24、

25、其中，f为目标函数，vhi，i+1为集卡h在冲突交叉口i与i+1之间的平均速度，集合a为所有集卡的集合；

26、步骤5.3：考虑集卡的优先级，调整集卡到达冲突交叉口的时间先后通行顺序，模型约束方程为：

27、(thi-th′i)(ph-ph′)≥0，

28、

29、

30、其中，thi为集卡h到达冲突交叉口i的时刻，ph为集卡h的优先级，th′i为集卡h′到冲突达交叉口i时刻，ph′为集卡h′的优先级。

31、作为本发明进一步的描述，所述步骤6中，求解集卡通行权优化模型，包括以下步骤：

32、步骤6.1：设置模拟退火算法初始温度、最低温度、退火系数，设置当前温度为初始温度；

33、步骤6.2：初始化一组可行解，可行解的构造方法为，根据集卡路径导航信息，通过路径长度和预设的平均行驶速度，计算集卡到达时间，并结合车辆在冲突交叉口内的通行时间，得到集卡到达冲突交叉口的时间窗；按照集卡到达冲突交叉口的时间窗先后顺序，由早至晚排列；

34、步骤6.3：将可行解代入步骤5.2的目标函数中，计算初始解的目标函数值；

35、步骤6.4：设置初始解为当前最优解，设置初始解的目标函数值为当前最优目标函数值；

36、步骤6.5：通过步骤5.3的求解方法，生成新的可行解；

37、步骤6.6：将新的可行解代入步骤5.2的目标函数中，计算新的可行解的目标函数值；

38、步骤6.7：新的可行解的目标函数值优于当前最优目标函数值，则更新当前最优解，当前最优目标函数值为新的可行解的目标函数值；

39、步骤6.9：更新当前温度t＝αt，其中，α为退火系数；

40、步骤6.10：如果当前温度t<tmin，其中，tmin为最低温度，则输出最优解，即最优集卡通行顺序，否则转到步骤6.5。

41、作为本发明进一步的描述，所述步骤6中，若新的可行解的目标函数值比当前最优目标函数值更差，则包括如下步骤：

42、步骤6.8：计算接受准则值，表达式为：

43、

44、其中，f1为新的可行解的目标函数值，f2为当前最优目标函数值，t为当前温度，并随机生成实数r1，r1∈(0，1)；

45、若r1<r，则更新当前最优解为新的可行解，当前最优目标函数值为新的可行解的目标函数值，并转到步骤6.9，否则直接转到步骤6.9，输出最优集卡通行顺序。

46、一种基于动态优先级的港区智能集卡通行权分配系统，包括冲突交叉口获取模块、集卡检测模块、通行权优化模块；

47、所述冲突交叉口获取模块，通过集卡的历史行驶轨迹，识别港口路网冲突交叉口，并将检测到的信息输入到集卡检测模块；

48、所述集卡检测模块，通过输入的冲突交叉口信息，实时监测冲突交叉口前的集卡运行状况，并输入通行权优化模块；

49、所述通行权优化模块，通过输入的集卡运行状况，进行建立集卡通行权优化模块，并针对集卡通行权优化模型求解，得到最优集卡在冲突交叉口处的通行顺序；

50、所述集卡运行状况包括任务紧急状态、运载状态、作业计划综合因素。

51、一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口和所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信，所述存储器，用于存储计算机程序；

52、所述处理器，用于通过运行所述存储器上所存储的所述计算机程序来执行上述的方法。

53、一种计算机可读的存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

54、相对于现有技术，本发明的技术效果为：

55、本发明提供了基于动态优先级的集卡通行权分配方法、系统、设备及介质，获取冲突交叉路口，并监测冲突交叉路口处的各集卡运行状况，通过集卡的任务紧急状态、运载状态、作业计划综合因素，实时动态的确定集卡的优先级，并基于优先级确定通行顺序，其优化目标为多集卡通过冲突交叉口的时间间隔，减少车辆停车时间，规避阻碍其他集卡通行的情况，提高港口整体作业效率，提升道路资源的利用率。