[发明专利]一种多级联运船闸调度方法及系统

权利要求书

1.一种多级联运船闸调度方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：采集船舶过闸影响指标数据，其中影响指标包括闸外水流速度、闸内水流速度、闸内水深、航运可见度以及闸内水深变化速率；

S2：基于航运可见度确定船舶过闸时间函数；

S3：获取船舶过闸报备信息，根据船舶过闸影响指标数据以及船舶过闸时间函数构建多级联运船闸调度模型以及约束条件，所构建模型以最大化船舶通行效率为目标函数，以船舶行驶速度和闸门开启时间为控制变量；

S4：利用动态惩罚策略对构建的多级联运船闸调度模型进行双阶段优化求解，得到实时的多级联运船闸调度方案；

所述利用动态惩罚策略对构建的多级联动船闸调度模型进行双阶段优化求解，包括：

利用动态惩罚策略对构建的多级联动船闸调度模型进行双阶段优化求解，得到多级联运船闸调度方案，其中多级联运船闸调度方案包括过闸报备后船舶的行驶速度控制以及闸门开启时间；

基于动态惩罚策略的多级联动船闸调度模型优化求解流程为：

S41：生成M组染色体，每组染色体包含N个基因，对应N个待优化求解的闸门开启时间序列E的N个时刻；

S42：对每组染色体中的N个基因进行初始编码表示，其中每个基因的编码类型为{0,1}，1表示闸门在该基因所对应的时刻处于开启状态，0表示闸门在该基因所对应的时刻处于关闭状态，且每组染色体的编码表示符合约束条件，即染色体中连续为1的最短基因长度，第m组染色体的初始编码表示结果为x_m(0)，；

S43：以当前待调度船舶所报备的行驶速度为固定值，以每组染色体的编码表示结果为输入值，将目标函数F转换为每组染色体的自适应函数F(x)，其中x表示输入自适应函数的染色体编码表示结果；

S44：设定当前染色体迭代次数为k，k的初始值为0，最大值为Max，则第m组染色体的第k次迭代结果为x_m(k)，对应的自适应函数结果为F(x_m(k))；

S45：随机选取若干组染色体进行迭代，其中迭代方式包括交叉变异，第m组染色体在第k+1次迭代过程中被选取的概率P_k+1(m)为：

；

所述交叉操作为将所选取染色体基因片段与其余染色体在相同位置的基因片段互相交换，且保证交换后的染色体均符合约束条件；

所述变异操作为将所选取染色体中的某一个基因进行变异处理，且保证变异后的染色体均符合约束条件；

S46：迭代，重复步骤S45，直到k+1=Max，选取此时自适应函数结果最小的染色体的编码表示结果作为闸门调度方案；

结合闸门调度方案，将目标函数F转换为动态船舶速度调度函数：

；

；

其中：

表示第u次迭代得到的动态惩罚系数，表示预设置的初始动态惩罚系数，表示第u次迭代得到的动态惩罚函数值；

表示闸门调度方案；

V表示待优化求解的Q个待调度船舶的行驶速度控制向量，V=，表示求解得到的船舶q的行驶速度控制结果；

S47：计算当前第u次迭代的动态惩罚函数值，若小于预设的惩罚阈值，则终止迭代，并输出当前行驶速度控制向量，否则分别对动态惩罚系数以及船舶行驶速度控制结果进行迭代：

；

；

其中：

表示动态迭代系数，；

rand(-1,1)表示-1到1之间的随机数，V_th表示预设置的速度更新常数；

S48：将闸门调度方案以及当前行驶速度控制向量作为实时的多级联运船闸调度方案；

S5：基于多级联运船闸调度方案控制闸门开启时间以及不同船舶的行驶速度，按照船舶调度策略引导过闸的船舶到达闸室内指定位置。