一種面向智能船舶的集裝箱貨物配載方法及系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及船舶智能化領(lǐng)域，尤其是一種面向智能船舶的集裝箱貨物配載方法及系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：先建立數(shù)學(xué)模型，確定初始配載方案、待交叉?zhèn)€體、待交叉粒子群和終止條件；然后利用適應(yīng)度函數(shù)計算得到交叉?zhèn)€體和交叉粒子群；再在初始配載方案中對待交叉?zhèn)€體和交叉?zhèn)€體進行交叉，待交叉粒子群和交叉粒子群進行交叉后，經(jīng)篩選比較得到群體交叉配載方案，再然后在群體交叉配載方案中進行變異后，經(jīng)篩選比較得到變異配載方案，最后若變異配載方案滿足終止條件，則輸出變異配載方案；在整個算法中通過對初始配載方案進行多次的交叉、變異處理后篩選得到符合要求的配載方案，實現(xiàn)了集裝箱貨物的自動配載，減少倒箱量的產(chǎn)生，提高智能化的水平。

A method and system of container cargo stowage for intelligent ship

The invention relates to the field of ship intellectualization, in particular to a method and system of container cargo stowage for intelligent ships, the method comprises the following steps: first, establish a mathematical model, determine the initial stowage scheme, the individual to be crossed, the particle swarm to be crossed and the termination conditions; then use the fitness function to calculate the individual to be crossed and the particle swarm to be crossed; and then in the initial stowage scheme To cross individuals and cross individuals, after the cross particle swarm and cross particle swarm are crossed, the group cross loading scheme is obtained through screening and comparison, and then after mutation in the group cross loading scheme, the mutation loading scheme is obtained through screening and comparison. Finally, if the mutation loading scheme meets the termination condition, the mutation loading scheme is output; in the whole algorithm, the After many times of cross and mutation processing, the initial stowage scheme is selected to meet the requirements of stowage scheme, which realizes the automatic stowage of container cargo, reduces the generation of the volume of containers, and improves the level of intelligence.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種面向智能船舶的集裝箱貨物配載方法及系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及船舶智能化領(lǐng)域，尤其是一種面向智能船舶的集裝箱貨物配載方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
隨著網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的發(fā)展，船舶自動化、控制及通信等技術(shù)迅速提升，船舶智能化發(fā)展已具備技術(shù)可行性。智能船舶的發(fā)展將能有效解決船舶在節(jié)能減排、人力成本和船舶安全性等方面面臨的主要問題?，F(xiàn)有的技術(shù)中大都靠人的經(jīng)驗來對貨物和貨艙的配載，存在整體智能化水平低的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
(一)要解決的技術(shù)問題本專利技術(shù)提供了一種面向智能船舶的集裝箱貨物配載方法及系統(tǒng)，旨在解決依靠人的經(jīng)驗來進行貨物與貨艙的配載和智能化水平低的問題。(二)技術(shù)方案為了解決上述問題，本專利技術(shù)提供的一種面向智能船舶的集裝箱貨物配載方法包括以下步驟：S1：以倒箱量和船舶穩(wěn)性為目標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型；S2：利用與集裝箱和貨艙相關(guān)的數(shù)字配載數(shù)據(jù)將集裝箱和貨艙進行隨機配載得到一個初始配載方案，確定所述初始配載方案中作為待交叉?zhèn)€體的個體和作為待交叉粒子群的粒子群，設(shè)定終止條件；S3：利用適應(yīng)度函數(shù)對所述初始配載方案中的個體和粒子群進行計算，得到各自的適應(yīng)度，根據(jù)所述適應(yīng)度選擇所述個體作為交叉?zhèn)€體，選擇所述粒子群作為交叉粒子群；S4：所述待交叉?zhèn)€體和所述交叉?zhèn)€體組成交叉原解，所述待交叉?zhèn)€體和所述交叉?zhèn)€體進行交叉后，所述待交叉?zhèn)€體成為待交叉?zhèn)€體新解，所述交叉?zhèn)€體成為交叉?zhèn)€體新解，所述待交叉?zhèn)€體新解和所述交叉?zhèn)€體新解組成交叉新解；S5：用所述數(shù)學(xué)模型分別對所述交叉新解和所述交叉原解進行計算得到各自的優(yōu)劣，若所述交叉新解相對于所述交叉原解為優(yōu)解，則用所述交叉新解替代所述交叉原解，所述初始配載方案更新為個體交叉配載方案；S6：所述交叉粒子群和所述待交叉粒子群組成粒子群交叉原解，所述交叉粒子群和所述待交叉粒子群進行交叉后，所述交叉粒子群成為交叉粒子群新解，所述待交叉粒子群成為待交叉粒子群新解，所述交叉粒子群新解和所述待交叉粒子群新解組成粒子群交叉新解；S7：用所述數(shù)學(xué)模型分別對所述粒子群交叉原解和粒子群交叉新解進行計算得到各自的優(yōu)劣，若所述粒子群交叉新解相對于所述粒子群交叉原解為優(yōu)解，則所述粒子群交叉新解替代所述粒子群交叉原解，所述個體交叉配載方案更新為群體交叉配載方案；S8：在所述群體交叉配載方案內(nèi)進行變異得到第一配載方案，用所述數(shù)學(xué)模型分別對所述第一配載方案和所述群體交叉配載方案進行計算得到各自的優(yōu)劣，若所述第一配載方案相對于所述群體交叉配載方案為優(yōu)解，則將所述第一配載方案作為變異配載方案；S9：若所述變異配載方案滿足所述終止條件，則將變異配載方案作為集裝箱和貨艙的配載方案輸出。優(yōu)選地，所述步驟S9還包括：若所述變異配載方案不滿足所述終止條件，則返回所述步驟S3并將所述變異配載方案作為新的所述初始配載方案進行迭代。優(yōu)選地，所述步驟S2具體為：對所有需要裝載的集裝箱進行編碼，將所述編碼與貨艙內(nèi)的箱位一一對應(yīng)；多個所述箱位組成編碼串，多個所述編碼串組成備位，所有所述備位組成所述初始配載方案；在每個所述備位中隨機確定一個所述編碼串作為所述待交叉?zhèn)€體，在所述初始配載方案中隨機確定一個所述備位作為所述待交叉粒子群，設(shè)定所述終止條件。優(yōu)選地，所述個體對應(yīng)所述編碼串，所述粒子群對應(yīng)所述備位，所述步驟S3具體為：用所述適應(yīng)度函數(shù)對所述初始配載方案中的所述編碼串和所述備位進行計算，得到編碼串的適應(yīng)度和備位的適應(yīng)度；根據(jù)所述編碼串的適應(yīng)度，在每個所述備位中都選擇一個所述編碼串作為交叉?zhèn)€體；根據(jù)所述備位的適應(yīng)度在所述初始配載方案中選擇一個所述備位作為交叉粒子群；其中所述備位包括有被選中作為所述交叉?zhèn)€體的所述編碼串、被選中作為所述待交叉?zhèn)€體的所述編碼串和未被選中的所述編碼串，所述初始配載方案包括有被選中作為所述交叉粒子群的所述備位、被選中作為所述待交叉粒子群的所述備位和未被選中的所述備位。優(yōu)選地，所述步驟S4具體為：同一個所述備位內(nèi)的所述交叉?zhèn)€體和所述待交叉?zhèn)€體作組成一個所述交叉原解；同一個所述備位內(nèi)與所述待交叉?zhèn)€體相對應(yīng)的所述編碼串中的所述編碼和與所述交叉?zhèn)€體相對應(yīng)的所述編碼串中的所述編碼隨機地互換，互換完成后，所述待交叉?zhèn)€體成為所述待交叉?zhèn)€體新解，所述交叉?zhèn)€體成為所述交叉?zhèn)€體新解，所述待交叉?zhèn)€體新解和所述交叉?zhèn)€體新解組成所述交叉新解；在所述步驟S5之后，所述步驟S6之前還包括：S51：將所述交叉?zhèn)€體新解作為新的所述待交叉?zhèn)€體進行替代。優(yōu)選地，所述步驟S6中所述待交叉粒子群與所述交叉粒子群交叉，具體為：與所述待交叉粒子群對應(yīng)的所述備位內(nèi)的所有所述編碼串和與所述交叉粒子群對應(yīng)的所述備位內(nèi)所有所述編碼串進行交叉；在所述步驟S7之后，所述步驟S8之前還包括：S71：將所述交叉粒子群新解作為新的所述待交叉粒子群進行替代。優(yōu)選地，在所述步驟S8中：在所述群體交叉配載方案內(nèi)進行變異為：在每個所述備位中隨機選取多個所述編碼串，然后在所述編碼串之間進行所述編碼的互換。優(yōu)選地，所述步驟S5還包括：若所述交叉新解相對于所述交叉原解為非劣解，保留所述交叉原解和所述交叉新解；若所述交叉新解相對于所述交叉原解為劣解，則舍棄所述交叉新解。優(yōu)選地，所述步驟S7還包括：若所述粒子群交叉新解相對于所述粒子群交叉原解為非劣解，則保留所述粒子群交叉原解和所述粒子群交叉新解；若所述粒子群交叉新解相對于所述粒子群交叉原解為劣解，則舍棄所述粒子群交叉新解并將所述個體交叉配載方案作為所述群體交叉配載方案。優(yōu)選地，所述步驟S8還包括：若所述第一配載方案相對于所述群體交叉配載方案為非劣解，則將所述第一配載方案和所述群體交叉配載方案作為所述變異配載方案；若所述第一配載方案相對于所述群體交叉配載方案為劣解，則將所述群體交叉配載方案作為所述變異配載方案。優(yōu)選地，本專利技術(shù)還提供一種面向智能船舶的集裝箱貨物配載系統(tǒng)包括感知模塊、數(shù)據(jù)模塊和決策模塊；所述感知模塊用于對貨艙的配載信息、需要裝載的集裝箱的配載信息和港口集裝箱的卸載需求的信息進行采集，得到配載數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)模塊用于對所述配載數(shù)據(jù)進行處理得到數(shù)字配載數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字配載數(shù)據(jù)儲存在所述數(shù)據(jù)模塊內(nèi)；所述決策模塊用于根據(jù)所述數(shù)字配載數(shù)據(jù)基于多目標(biāo)遺傳-粒子群算法輸出所述集裝箱和貨艙的配載方案，所述決策模塊執(zhí)行權(quán)利要求S1-S9中任一項所述的步驟。優(yōu)選地，所述面向智能船舶的集裝箱貨物配載系統(tǒng)還包括執(zhí)行模塊和交互模塊；所述感知模塊還用于對貨艙和貨艙內(nèi)貨物的狀態(tài)信息進行采集，得到狀態(tài)數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)模塊用于對所述狀態(tài)數(shù)據(jù)進行處理得到數(shù)字狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)模塊內(nèi)；所述決策模塊還用于監(jiān)測數(shù)字狀態(tài)參數(shù)實現(xiàn)對貨艙監(jiān)測報警，貨物保護監(jiān)測報警，并給出處理措施；所述執(zhí)行模塊輸出行動方案，所述行動方本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種面向智能船舶的集裝箱貨物配載方法，其特征在于，所述集裝箱貨物配載方法包括以下步驟：/nS1：以倒箱量和船舶初穩(wěn)性為目標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型；/nS2：利用與集裝箱和貨艙相關(guān)的數(shù)字配載數(shù)據(jù)將集裝箱和貨艙進行隨機配載得到一個初始配載方案，確定所述初始配載方案中作為待交叉?zhèn)€體的個體和作為待交叉粒子群的粒子群，設(shè)定終止條件；/nS3：利用適應(yīng)度函數(shù)對所述初始配載方案中的個體和粒子群進行計算，得到各自的適應(yīng)度，根據(jù)所述適應(yīng)度選擇所述個體作為交叉?zhèn)€體，選擇所述粒子群作為交叉粒子群；/nS4：所述待交叉?zhèn)€體和所述交叉?zhèn)€體組成交叉原解，所述待交叉?zhèn)€體和所述交叉?zhèn)€體進行交叉后，所述待交叉?zhèn)€體成為待交叉?zhèn)€體新解，所述交叉?zhèn)€體成為交叉?zhèn)€體新解，所述待交叉?zhèn)€體新解和所述交叉?zhèn)€體新解組成交叉新解；/nS5：用所述數(shù)學(xué)模型分別對所述交叉新解和所述交叉原解進行計算得到各自的優(yōu)劣，若所述交叉新解相對于所述交叉原解為優(yōu)解，則用所述交叉新解替代所述交叉原解，所述初始配載方案更新為個體交叉配載方案；/nS6：所述交叉粒子群和所述待交叉粒子群組成粒子群交叉原解，所述交叉粒子群和所述待交叉粒子群進行交叉后，所述交叉粒子群成為交叉粒子群新解，所述待交叉粒子群成為待交叉粒子群新解，所述交叉粒子群新解和所述待交叉粒子群新解組成粒子群交叉新解；/nS7：用所述數(shù)學(xué)模型分別對所述粒子群交叉原解和粒子群交叉新解進行計算得到各自的優(yōu)劣，若所述粒子群交叉新解相對于所述粒子群交叉原解為優(yōu)解，則所述粒子群交叉新解替代所述粒子群交叉原解，所述個體交叉配載方案更新為群體交叉配載方案；/nS8：在所述群體交叉配載方案內(nèi)進行變異得到第一配載方案，用所述數(shù)學(xué)模型分別對所述第一配載方案和所述群體交叉配載方案進行計算得到各自的優(yōu)劣，若所述第一配載方案相對于所述群體交叉配載方案為優(yōu)解，則將所述第一配載方案作為變異配載方案；/nS9：若所述變異配載方案滿足所述終止條件，則將所述變異配載方案作為集裝箱和貨艙的配載方案輸出。/n...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種面向智能船舶的集裝箱貨物配載方法，其特征在于，所述集裝箱貨物配載方法包括以下步驟：
S1：以倒箱量和船舶初穩(wěn)性為目標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型；
S2：利用與集裝箱和貨艙相關(guān)的數(shù)字配載數(shù)據(jù)將集裝箱和貨艙進行隨機配載得到一個初始配載方案，確定所述初始配載方案中作為待交叉?zhèn)€體的個體和作為待交叉粒子群的粒子群，設(shè)定終止條件；
S3：利用適應(yīng)度函數(shù)對所述初始配載方案中的個體和粒子群進行計算，得到各自的適應(yīng)度，根據(jù)所述適應(yīng)度選擇所述個體作為交叉?zhèn)€體，選擇所述粒子群作為交叉粒子群；
S4：所述待交叉?zhèn)€體和所述交叉?zhèn)€體組成交叉原解，所述待交叉?zhèn)€體和所述交叉?zhèn)€體進行交叉后，所述待交叉?zhèn)€體成為待交叉?zhèn)€體新解，所述交叉?zhèn)€體成為交叉?zhèn)€體新解，所述待交叉?zhèn)€體新解和所述交叉?zhèn)€體新解組成交叉新解；
S5：用所述數(shù)學(xué)模型分別對所述交叉新解和所述交叉原解進行計算得到各自的優(yōu)劣，若所述交叉新解相對于所述交叉原解為優(yōu)解，則用所述交叉新解替代所述交叉原解，所述初始配載方案更新為個體交叉配載方案；
S6：所述交叉粒子群和所述待交叉粒子群組成粒子群交叉原解，所述交叉粒子群和所述待交叉粒子群進行交叉后，所述交叉粒子群成為交叉粒子群新解，所述待交叉粒子群成為待交叉粒子群新解，所述交叉粒子群新解和所述待交叉粒子群新解組成粒子群交叉新解；
S7：用所述數(shù)學(xué)模型分別對所述粒子群交叉原解和粒子群交叉新解進行計算得到各自的優(yōu)劣，若所述粒子群交叉新解相對于所述粒子群交叉原解為優(yōu)解，則所述粒子群交叉新解替代所述粒子群交叉原解，所述個體交叉配載方案更新為群體交叉配載方案；
S8：在所述群體交叉配載方案內(nèi)進行變異得到第一配載方案，用所述數(shù)學(xué)模型分別對所述第一配載方案和所述群體交叉配載方案進行計算得到各自的優(yōu)劣，若所述第一配載方案相對于所述群體交叉配載方案為優(yōu)解，則將所述第一配載方案作為變異配載方案；
S9：若所述變異配載方案滿足所述終止條件，則將所述變異配載方案作為集裝箱和貨艙的配載方案輸出。


2.如權(quán)利要求1所述的面向智能船舶的集裝箱貨物配載方法，其特征在于，所述步驟S9還包括：若所述變異配載方案不滿足所述終止條件，則返回所述步驟S3并將所述變異配載方案作為新的所述初始配載方案進行迭代。


3.如權(quán)利要求1或2所述的面向智能船舶的集裝箱貨物配載方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：
對所有需要裝載的集裝箱進行編碼，將所述編碼與貨艙內(nèi)的箱位一一對應(yīng)；
多個所述箱位組成編碼串，多個所述編碼串組成備位，所有所述備位組成所述初始配載方案；
在每個所述備位中隨機確定一個所述編碼串作為所述待交叉?zhèn)€體，在所述初始配載方案中隨機確定一個所述備位作為所述待交叉粒子群，設(shè)定所述終止條件。


4.如權(quán)利要求3所述的面向智能船舶的集裝箱貨物配載方法，其特征在于，所述個體對應(yīng)所述編碼串，所述粒子群對應(yīng)所述備位，所述步驟S3具體為：
用所述適應(yīng)度函數(shù)對所述初始配載方案中的所述編碼串和所述備位進行計算，得到編碼串的適應(yīng)度和備位的適應(yīng)度；
根據(jù)所述編碼串的適應(yīng)度，在每個所述備位中都選擇一個所述編碼串作為交叉?zhèn)€體；
根據(jù)所述備位的適應(yīng)度在所述初始配載方案中選擇一個所述備位作為交叉粒子群；
其中所述備位包括有被選中作為所述交叉?zhèn)€體的所述編碼串、被選中作為所述待交叉?zhèn)€體的所述編碼串和未被選中的所述編碼串，所述初始配載方案包括有被選中作為所述交叉粒子群的所述備位、被選中作為所述待交叉粒子群的所述備位和未被選中的所述備位。


5.如權(quán)利要求4所述的面向智能船舶的集裝箱貨物配載方法，其特征在于，所述步驟S4具體為：
同一個所述備位內(nèi)的所述交叉?zhèn)€體和所述待交叉?zhèn)€...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王曉原，姜雨函，夏媛媛，柴壘，朱慎超，趙新越，高杰，
申請(專利權(quán))人：智慧航海青島科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37