[发明专利]一种基于分解框架的多梯级多线船闸调度方案优化方法

说明书

本发明提供了一种基于分解框架的多梯级多线船闸调度方案优化方法，具体包括如下步骤：步骤S1、获取船舶信息及船闸的属性信息以及目标函数权重信息；步骤S2、根据所述船舶信息及船闸的属性信息确定用于描述闸次的分配信息的解结构；生成初始解Xsubgt;0/subgt;，令最优解Xsupgt;*/supgt;＝Xsubgt;0/subgt;，并计算最优解Xsupgt;*/supgt;的初始的目标函数值Osubgt;b/subgt;(Xsupgt;*/supgt;)；步骤S3、根据步骤S2得到的最优解Xsupgt;*/supgt;、初始的目标函数值Osubgt;b/subgt;(Xsupgt;*/supgt;)。本发明将多梯级多线船闸调度问题分解为三个子问题，其中采用自适应大规模领域搜索算法求解闸次分配问题，对搜索过程中所得解决方案，采用多重排序最佳排船算法解决其闸室排档子问题，采用Bellman‑Ford算法快速得到其的目标函数值。

技术领域

本发明涉及船舶调度领域，特别涉及一种基于分解框架的多梯级多线船闸调度方案优化方法。

背景技术

目前针对一般性特征的多梯级多线船闸调度问题(GSLSP)的研究方法较少。已有方法大部分只能解决特殊结构的梯级船闸结构，如单级船闸调度、简化二维船舶装箱约束后的多级船闸调度等。目前已有针对广义多梯级多线船闸调度问题的混合整数线性规划模型，但并未提出高性能、可求解大规模问题的求解方法。

目前，现有技术中已经存在的船舶调度方法包括：

考虑船舶放置约束的单级船闸调度，专注于调度一个具有多个闸室的单个船闸，包括闸室分配问题、闸次调度问题和船舶放置问题，分别提出了一个混合整数线性规划模型和一个基于逻辑的Bender分解方法，并用商业求解器对模型进行求解。但是该技术只能应用于单级船闸调度方案优化，无法应用于多梯级船闸调度方案优化；

简化的多梯级船闸调度，建立了基于闸次和时间索引的混合整数线性规划模型，用于求解每个船闸均只含有一个闸室，并且所有船闸的闸室属性(尺寸，运行时间)相同的船闸调度问题，并在10个小规模实例上对模型的效率进行了测试和确认。然而，除了简单的船闸配置外，该方法没有考虑到二维船舶的放置问题，且该方法不能应用于每个船闸可能含有多个并行闸室的情况，即无法应用于多梯级多线船闸联合调度方案优化；

考虑特殊船闸结构的多梯级船闸调度，针对两级船闸调度方案优化建立了混合整数非线性规划模型，并提出了启发式方法对问题进行求解。但是该模型中假设一个船闸含有两个闸室，并且其中一个闸室只提供上行过闸服务，另一个闸室只提供下行过闸服务。该方案的建模过程和求解方法设计过程均利用了这一特殊性，因而该方案无法应用于三个及以上船闸联合调度，也无法应用于闸室均可提供双向过闸服务的两级船闸调度方案优化问题；

多梯级多线船闸联合调度的已有混合整数线性规划模型，将多梯级多线船闸联合调度问题视为基于批处理的灵活作业车间调度问题的变体，将闸室排档视为含附加约束的二维装箱问题，建立了多梯级单线船闸联合调度方案优化的混合整数线性规划模型，并用商业求解器对模型进行求解。然而，该方法不能在合理的计算时间内解决大规模的问题，其性能不能满足实际调度的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于分解框架的多梯级多线船闸调度方案优化方法，该调度方法能够在较短的时间内计算出最优的调度方案。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于分解框架的多梯级多线船闸调度方案优化方法，具体包括如下步骤：

步骤S1、获取船舶信息及船闸的属性信息以及目标函数权重信息k₁、k₂、k₃，所述船舶信息包括船舶尺寸、船舶过闸路线、船舶到达其始发船闸的时间、船舶在船闸间航行时间，所述船闸的属性信息包括船闸尺寸、一次服务运行时间、倒闸时间，k₁+k₂+k₃＝1；