本发明涉及纸浆船配载，具体涉及一种基于多级求解的纸浆船配载优化方法、系统、设备及介质。
背景技术：
1、随着国民生活水平的提升，近年纸浆运输量也在快速增长，飞速增长的运输量催生越来越多的配载需求。
2、纸浆配载是纸浆船运输过程中的关键环节，配载方案质量的优劣直接影响到纸浆海上运输的安全性和经济性，合理的配载方案能够提高码头装卸效率、减少货物损失、缩短压载水调整时间。
3、现有的船舶配载技术中，关于纸浆船配载的研究则较少，船舶货物自动配载的研究侧重于滚装船和集装箱船，然而，由于纸浆船在实际配载过程中需要考虑船舱的不规则结构如台阶和腰窝等，且吊装过程存在摆放盲区，同时纸浆配载的高度与不规则结构非等比关系，无法准确实现纸浆的平整堆叠配载，无法满足纸浆船配载方案的优化求解。
4、因此，亟需一种基于多级求解的纸浆船配载优化方法以解决上述纸浆船配载优化存在的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提出一种基于多级求解的纸浆船配载优化方法、系统、设备及介质。
2、本发明第一方面公开了一种基于多级求解的纸浆船配载优化方法，包括：
3、s1:根据船舶信息确定纸浆船的可装载区域，通过概率分布函数选择所述可装载区域对应的纸浆包；
4、s2：根据skyline算法在可装载区域生成天际线列表，遍历全部天际线选择满足配载面积约束的天际线，生成纸浆包配载的一级解；
5、s3：根据红线碰撞约束和盲区避障约束优化所述一级解，直至遍历全部纸浆包输出二级解；
6、s4：采用邻域搜索算法对所述二级解的纸浆包进行交叉替换和变异优化，通过邻域搜索算法的评分函数和比较函数确定三级解；
7、s5：对所述三级解进行识别、调整、填补可装载区域缝隙的后处理操作，以最大化装载纸浆包数量的目标优化所述三级解，输出并保存为目标解。
8、在一个可选的实施例中，所述根据船舶信息确定纸浆船的可装载区域，通过概率分布函数选择所述可装载区域对应的纸浆包包括：
9、s11：基于纸浆包尺寸和数量约束定义生成概率分布函数，根据舱型约束为所述概率分布函数配置生成概率模式；
10、s12：遍历所述纸浆包，判断当前装载区域为非船舶首尾舱，则选择max_area模式根据纸浆包面积分配选择纸浆包的概率；
11、s13：遍历所述纸浆包，判断当前装载区域为船舶首尾舱，则选择max_min模式根据纸浆包长度与宽度之和分配选择纸浆包的概率；
12、s14：选择waste_area模式遍历全部纸浆包生成的分配概率值，通过分配概率值总和计算每个纸浆包的目标概率；
13、s15：根据所述目标概率依次选择放入对应装载区域的纸浆包。
14、在一个可选的实施例中，所述根据skyline算法在可装载区域生成天际线列表，遍历全部天际线选择满足配载面积约束的天际线，生成纸浆包配载的一级解包括：
15、s21：通过定义装载区域的形状变化将不规则区域转化为包含矩形、阶梯形以及梯形的规则装载区域，再根据获取的纸浆包和船舱高度将所述规则装载区域的三维装箱任务转化为二维装箱任务，通过bottom-left算法将纸浆包最小化可装载区域的面积浪费率为目标进行优化；
16、s22：通过skyline算法在可装载区域内生成天际线列表，基于所述天际线将可装载区域分割为已装箱区域和未装箱区域，所述天际线包括端点坐标和天际线长度；
17、s23：基于所述天际线端点坐标分别在x轴和y轴上最小的约束条件，将识别为矩形箱体的纸浆包分配至天际线分割的未装箱区域，通过所述矩形箱体切割天际线并在位于矩形箱体顶部生成新的天际线加入天际线列表中，将无法分配矩形箱体的当前天际线同其他天际线合并后更新天际线列表；
18、s24：遍历纸浆包，对选择的所述纸浆包分配至不同天际线上计算浪费面积，通过遍历所述天际线列表获取浪费面积最小的选择纸浆包和天际线组合，基于所述选择纸浆包和天际线组合将纸浆包装入可装载区域内生成包含纸浆包装载列表的一级解。
19、在一个可选的实施例中，所述根据红线碰撞约束约束优化所述一级解包括：
20、s31：根据所述船舶信息获取红线数量并预设红线的触碰限制次数，通过所述纸浆包装载列表配载纸浆包时根据实际红线触碰次数和触碰限制次数进行判断，若红线触碰次数超过触碰限制次数，则将纸浆包根据纸浆包装载列表突变为不触碰红线的纸浆包，若纸浆包无法进行突变则丢弃当前纸浆包进行下一个纸浆包的配载。
21、在一个可选的实施例中，所述根据盲区避障约束优化所述一级解，直至遍历全部纸浆包输出二级解包括：
22、s32：通过所述船舶信息获取船舶腰窝和克令吊的工作限制信息，根据所述工作限制信息生成船舶避障盲区，所述船舶避障盲区包括圆形盲区、上盲区以及下盲区；
23、s33：遍历所述纸浆包装载列表，计算圆形盲区的圆心和纸浆包重心间的距离，若距离大于盲区半径，则将纸浆包数据返回纸浆包装载列表中进行下一个纸浆包的计算，若距离小于盲区半径，则根据纸浆包的重心高度计算纸浆包同圆形盲区的交点坐标，根据所述交点坐标将纸浆包移动至圆形盲区边沿处进行避障，返回移动后的纸浆包数据至纸浆包装载列表中；
24、s34：遍历所述纸浆包装载列表，计算下盲区与纸浆包重心的距离，若纸浆包重心不在下盲区内且纸浆包不位于下盲区投影中，则将纸浆包数据返回纸浆包装载列表中进行下一个纸浆包的计算，若纸浆包重心位于下盲区内，则搜寻所述纸浆包装载列表将所述纸浆包突变为下盲区两倍高度以上的突变纸浆包，将所述突变纸浆包数据返回纸浆包装载列表中；
25、s35：遍历所述纸浆包装载列表，判断当前装载的纸浆包上方能否装载下一个纸浆包避开上盲区，若能则进行下一个纸浆包的装载，若否则判断下一个纸浆包同上盲区的位置关系，当纸浆包重心远离上盲区则继续装载，当纸浆包重心位于上盲区内则将所述纸浆包突变为更大的纸浆包直至纸浆包重心远离上盲区，返回纸浆包数据至纸浆包装载列表中；
26、s36：确认所有纸浆包根据纸浆包装载列表完成配载，且在装载每个纸浆包时实时更新天际线列表，输出纸浆包配载的二级解。
27、在一个可选的实施例中，所述采用邻域搜索算法对所述二级解的纸浆包进行交叉替换和变异优化，通过邻域搜索算法的评分函数和比较函数确定三级解包括：
28、s41：根据船舶信息和所述二级解定义邻域搜索函数，设定二级解的循环优化目标次数，更新所述二级解的纸浆包装载列表通过邻域搜索函数优化迭代所述二级解；
29、s42：在优化迭代过程将二级解的纸浆包位置进行随机顺序的交叉替换，直至所述二级解的循环优化次数小于所述目标次数的三分之一；
30、s43：当所述二级解的循环优化次数处于所述目标次数的三分之一和三分之二间，根据舱型约束配置的概率分布函数将纸浆包变异优化为新尺寸的纸浆包；
31、s44：当所述二级解的循环优化次数处于所述目标次数的三分之二和最大目标次数时，采用均匀分布随机变异法以均匀的概率分布将纸浆包变异为新的纸浆包，遍历所述二级解直至完成全部纸浆包的邻域搜索操作，输出优化二级解；
32、s45：通过评分函数计算优化二级解中装载区域纸浆包配载方案得分，将配载方案得分根据比较函数的评分优先级进行排序，选择最高得分的纸浆包配载方案更新为邻域搜索操作后输出的三级解。
33、在一个可选的实施例中，所述对三级解进行识别、调整、填补可装载区域缝隙的后处理操作，以最大化装载纸浆包数量的目标优化所述三级解，输出并保存为目标解包括：
34、s51：获取所述三级解的纸浆包装载位置信息以及装载区域信息；
35、s52：根据后处理策略检测装载区域的缝隙区域，将所述缝隙区域分割为若干矩形块并获取所述矩形块的位置信息和尺寸信息；
36、s53：遍历所述矩形块，以矩形块合并的缝隙区域面积最大为约束条件将矩形块合并为缝隙矩形块，获取所述缝隙矩形块的位置信息和尺寸信息；
37、s54：根据所述缝隙矩形块和纸浆包的尺寸大小，在不检测纸浆包组合的合理性条件下确定缝隙纸浆包组合的行列数；
38、s55：检测当前缝隙纸浆包组合的合理性，若合理，则将所述缝隙纸浆包填充于所述缝隙矩形块中，若不合理，则根据缝隙纸浆包组合的数量限制以及行列数量限制调整缝隙纸浆包组合的行列中纸浆包的数量，直至缝隙纸浆包组合的检测结果合法后填充于于所述缝隙矩形块中，输出缝隙纸浆包组合的纸浆包类型和位置信息；
39、s56：遍历全部缝隙矩形块直至完成最大化装载纸浆数量的目标优化，将三级解更新为目标解进行保存。
40、本发明第二方面公开了一种基于多级求解的纸浆船配载优化系统，所述系统包括：
41、初选模块,用于根据船舶信息确定纸浆船的可装载区域，通过概率分布函数选择所述可装载区域对应的纸浆包；
42、一级求解模块，用于根据skyline算法在可装载区域生成天际线列表，遍历全部天际线选择满足配载面积约束的天际线，生成纸浆包配载的一级解；
43、二级求解模块，用于根据红线碰撞约束和盲区避障约束优化所述一级解，直至遍历全部纸浆包输出二级解；
44、三级求解模块，用于采用邻域搜索算法对所述二级解的纸浆包进行交叉替换和变异优化，通过邻域搜索算法的评分函数和比较函数确定三级解；
45、目标求解模块，用于对所述三级解进行识别、调整、填补可装载区域缝隙的后处理操作，以最大化装载纸浆包数量的目标优化所述三级解，输出并保存为目标解。
46、本发明第三方面公开了一种基于多级求解的纸浆船配载优化设备，包括：
47、至少一个处理器，以及，
48、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
49、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如本发明第一方面公开的任一项所述的基于多级求解的纸浆船配载优化方法。
50、本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如本发明第一方面公开的任一项所述的基于多级求解的纸浆船配载优化方法。
51、与现有技术相比，本发明具有以下优点：
52、本发明通过优化后的skyline算法结合盲区避障约束和红线触碰约束分别生成一级解和二级解，再通过实施交叉、突变，多次进行邻域搜索，寻找三级解，再对三级解进行识别、调整、填补缝隙的后处理操作，经过多级求解的过程输出纸浆船配载优化后的目标解，考虑了船舱的不规则结构、摆放盲区以及高度与不规则结构非等比关系的精细化需求，提高输出配载结果的合理性、经济性和安全性，为纸浆船的配载提供有效的解决方案。
1.一种基于多级求解的纸浆船配载优化方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于多级求解的纸浆船配载优化方法，其特征在于，所述根据船舶信息确定纸浆船的可装载区域，通过概率分布函数选择所述可装载区域对应的纸浆包包括：
3.根据权利要求1所述的基于多级求解的纸浆船配载优化方法，其特征在于，所述根据skyline算法在可装载区域生成天际线列表，遍历全部天际线选择满足配载面积约束的天际线，生成纸浆包配载的一级解包括：
4.根据权利要求3所述的基于多级求解的纸浆船配载优化方法，其特征在于，所述根据红线碰撞约束约束优化所述一级解包括：
5.根据权利要求4所述的基于多级求解的纸浆船配载优化方法，其特征在于，所述根据盲区避障约束优化所述一级解，直至遍历全部纸浆包输出二级解包括：
6.根据权利要求1所述的基于多级求解的纸浆船配载优化方法，其特征在于，所述采用邻域搜索算法对所述二级解的纸浆包进行交叉替换和变异优化，通过邻域搜索算法的评分函数和比较函数确定三级解包括：
7.根据权利要求1所述的基于多级求解的纸浆船配载优化方法，其特征在于，所述对三级解进行识别、调整、填补可装载区域缝隙的后处理操作，以最大化装载纸浆包数量的目标优化所述三级解，输出并保存为目标解包括：
8.一种基于多级求解的纸浆船配载优化系统，其特征在于，所述系统包括：
9.一种基于多级求解的纸浆船配载优化设备，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至7任一项所述的基于多级求解的纸浆船配载优化方法。
