一种基于蚁群算法的集装箱装载方法

摘要

本发明公开了一种基于蚁群算法的集装箱装载方法，该方法综合考虑集装箱的重量承受能力、货物摆放稳定性、以及装卸的方便性等约束条件，对于一组待装的货物引入蚁群算法搜索出一种空间利用率较高的配载方案。其具体的解决策略是：首先，通过蚁群算法搜索出一组待装货物的顺序序列，使得装完后的货物在满足各种限制条件的同时能够取到较好的空间利用率；其次，根据搜索出来得到最好的空间利用率对应的配载方案对货物进行装载，其中配载方案中有各个货物怎样摆放的信息。本发明的集装箱装载方法具有较高的实用价值。

主权项

1、一种基于蚁群算法的集装箱装载方法，其特征在于：通过引入蚁群算法作为待装货物顺序序列的搜索算法，使用该方法通过以下流程实现：(1)、读取货物数据和货物规格，并输入集装箱的规格载重负荷，预定装完后货物在宽度方向上的重心偏移率范围、长度方向上的重心偏移率范围、重力势能符合率范围，最大搜索次数MAX；(2)、对待装货物进行编码变换，把编码选择问题转换到蚁群算法所能处理的路径选择上，并初始化路径信息；对n个货物进行编码P1，P2，...，Pn，并把编码中的每一个结点看成是蚁群算法中路径上的一个结点，任意两个结点之间的信息量初始化为常量C；(3)、根据路径上的信息量搜索出一条完整的路径，即得出一组待装货物的顺序序列；路径选择方法：设当前蚂蚁随机从某一结点出发，在路径搜索过程中在Pi结点随机产生一个选择概率ρ，选择从Pi结点到下一结点的选择概率与ρ接近的结点Pj(下一结点不能选已选择过的结点)，其中选择下一结点Pj概率为Pi结点到Pj结点的信息量与Pi到其他所有结点信息量的总和的比率；(4)、对得出的待装货物的顺序序列进行填装并得出空间利用率f；装完该组待装货物的顺序序列后计算空间利用率f，空间利用率为装入货物总体积与集装箱体积的比率；(5)、对填装完的货物(即配载方案)进行指标计算；计算装入货物的总重量；计算宽度方向上的重心偏移率：计算宽度方向中间线左边货物重心到中间线的力矩重量，计算宽度方向中间线右边货物重心到中间线的力矩重量，宽度方向上重心偏移率为两者的差的绝对值和两者和的比率；计算长度方向上的重心偏移率：计算长度方向中间线上边货物重心到中间线的力矩重量，计算长度方向中间线下边货物重心到中间线的力矩重量，长度方向上重心偏移率为两者的差的绝对值和两者和的比率；计算重力势能符合率：设集装箱所装的所有货物是一个底面与集装箱底面一样的矩形货物，且该货物密度均匀，则把这个状态看为集装箱装载货物的理想状态，计算理想状态重心到集装箱底部的重力势能，计算所装货物各个货物到集装箱底部的重力势能总和，重力势能符合率为理想状态重心的重力势能与所装货物的重力势能总和的比率；(6)、判断配载方案得出的指标结果是否满足约束条件的要求；判断所装载的货物总重量是否小于集装箱所能承受的最大负荷，装完货物后集装箱宽度方向的重心偏移率是否在预定的范围内，集装箱长度方向的重心偏移率是否在预定的范围内，重力势能符合率是否在预定的范围内，若有一项不满足，则令空间利用率f为零，否则全部满足，则判断空间利用率是否在当前搜索出来的配载方案中最好的，若是最好的，则更新当前最好的配载方案及货物怎样摆放的信息；(7)、根据空间利用率修改蚁群算法上的路径信息量；信息量修改方法：按货物顺序序列的头结点开始，相连两结点信息量调整方法为当前信息量乘于剩余率ρ加上λ乘于空间利用率f，其中，ρ可取0.5～0.9，λ根据经验选取；(8)、当前搜索次数小于最大搜索次数MAX，则重新进入流程(3)，否则，输出搜索到的空间利用率最高的货物装配方案、货物怎样摆放信息、空间利用率、货物总重量、宽度方向上的重心偏移率、长度方向上的重心偏移率和重力势能符合率，流程结束。