高速公路施工機(jī)群的智能動(dòng)態(tài)調(diào)度方法研究

【摘 要】闡述了公路施工機(jī)群調(diào)度系統(tǒng)的發(fā)展，分析了高速公路施工機(jī)群動(dòng)態(tài)調(diào)度的智能結(jié)構(gòu)，針對施工機(jī)群動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)當(dāng)中每個(gè)智能體的信息流以及指令流展開了設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】公路施工機(jī)群配置；智能動(dòng)態(tài)調(diào)度

對于目前高速公路施工中存在的施工機(jī)群配置不合理、人工調(diào)度策略有太強(qiáng)的主觀性和多種不同消耗大等弊端，基于多智能主體系統(tǒng)的理論以及技術(shù)，總體運(yùn)用了決策支撐系統(tǒng)技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立了面向公路施工機(jī)群的分布式智能決策調(diào)度支撐系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能夠提供更科學(xué)、更加規(guī)范、更有效的調(diào)度決策計(jì)劃，且對于機(jī)群施工調(diào)度的自動(dòng)化以及智能化非常有幫助。

1 公路施工機(jī)群調(diào)度系統(tǒng)的發(fā)展

歐美有些先進(jìn)國家的工程機(jī)械公司己在新型的裝載機(jī)、平地機(jī)、挖掘機(jī)、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)上裝上了遠(yuǎn)程無線通訊系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）及車載計(jì)算機(jī)設(shè)備，把機(jī)械的工作參數(shù)、工作進(jìn)程諸如此類的信息經(jīng)過無線通訊系統(tǒng)展開監(jiān)控和管理，獲得了比較好的成果。比較典型的就是世界最大工程機(jī)械制造商CATE即ILIAR（卡特匹勒）公司的采礦鏟土運(yùn)輸機(jī)群動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，它通過機(jī)載系統(tǒng)和管理中心系統(tǒng)構(gòu)成，聚集成了GPS定位單元、實(shí)時(shí)機(jī)器狀態(tài)表示和高速無線通信單元、施工現(xiàn)場動(dòng)態(tài)物流管理單元。在工程機(jī)械工作過程當(dāng)中，機(jī)載系統(tǒng)經(jīng)過無線電接收總體無線網(wǎng)絡(luò)中的鏟土運(yùn)輸數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)或者現(xiàn)場規(guī)劃數(shù)據(jù)。

機(jī)群動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)關(guān)鍵運(yùn)用信息技術(shù)、通訊技術(shù)等新技術(shù)，知識施工機(jī)械和施工環(huán)境相互協(xié)調(diào)、施工機(jī)械機(jī)型和施工任務(wù)相互一致，以達(dá)到構(gòu)成安全、舒適、高效的施工管理系統(tǒng)。其重心就是動(dòng)態(tài)機(jī)群物流管理，它是借用傳統(tǒng)的車間調(diào)度算法，采取了運(yùn)籌學(xué)、控制論、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等方式，對施工過程當(dāng)中物料流以及施工機(jī)械進(jìn)行聚集式管理以及調(diào)度，使得施工時(shí)間減少，用以提升施工資源的利用。

2 高速公路施工機(jī)群動(dòng)態(tài)調(diào)度的智能結(jié)構(gòu)

2.1 瀝青混凝土路面施工生產(chǎn)鏈

我國高速公路施工企業(yè)在瀝青混凝土路面施工過程是經(jīng)過對裝載機(jī)、瀝青混合料攪拌設(shè)備、自動(dòng)卸載汽車、瀝青路面攤鋪機(jī)、壓路機(jī)等機(jī)械化施工機(jī)群的調(diào)度以及施工質(zhì)量的控制，令機(jī)群在物料流持續(xù)、平均的條件下調(diào)適工作，完成高速公路路面的基本生產(chǎn)過程。其生產(chǎn)鏈如圖1。

圖1 路面施工生產(chǎn)鏈

2.2 高速公路施工機(jī)群智能控制體系

高速公路路面施工機(jī)群的施工過程智能控制是基于單機(jī)智能化的，采取多Agent技術(shù)解決施工過程中有著很多的問題，進(jìn)而力求機(jī)群資源的最優(yōu)配備、最優(yōu)工作效率以及最高的工程質(zhì)量。

瀝青混凝土路面施工機(jī)群的智能化控制使用了基于多Agent控制的分布一分層式樹狀控制體系。它把施工過程分成了若干個(gè)智能控制主體，各個(gè)智能控制主體下分布有智能化施工機(jī)械以及施工質(zhì)量檢測單元，因此而形成了高等級公路施工機(jī)群分布——分層式樹狀結(jié)構(gòu)。在這個(gè)構(gòu)造當(dāng)中，不一樣層次的功能實(shí)體意思都不是一樣的，在第一層中央智能控制主體和攤鋪智能控制、壓實(shí)智能控制以及拌和智能控制間形成一個(gè)特別強(qiáng)大的多智能實(shí)體，中央智能控制是第一層的重心，有最大的權(quán)限，專門負(fù)責(zé)監(jiān)督、調(diào)試工程現(xiàn)場，對現(xiàn)場的多種不同信息進(jìn)行綜合，在物流持續(xù)與物料溫度滿足質(zhì)量要求的制約下，以最高的施工效率以及資源消耗為目的提供施工對策，且負(fù)責(zé)對其展開解釋以及分解任務(wù)，且把任務(wù)分配給每個(gè)智能控制主體。但攤鋪智能控制、壓實(shí)智能控制和拌和智能控制主體負(fù)責(zé)自身的專項(xiàng)工作，有一定的局部權(quán)限，且以制定的協(xié)議互相協(xié)調(diào)訪問，在自己局部專家智能系統(tǒng)的驅(qū)使下完成自身指定的工作，并且經(jīng)過智能控制主體間的調(diào)適與合作一起完成總體施工任務(wù)。進(jìn)而形成了基于多智能控制主體的以物流以及質(zhì)量控制為重心的機(jī)群施工過程智能化控制系統(tǒng)。如圖2所示：

圖2 高速公路施工機(jī)群智能動(dòng)態(tài)調(diào)度體系

3 高速公路施工機(jī)群的智能動(dòng)態(tài)調(diào)度

3.1 機(jī)群動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)

調(diào)度問題有著下面三方面的情形之一：

（1）在有一系列任務(wù)必須被完成的時(shí)候。

（2）在一個(gè)任務(wù)能夠被分解為多個(gè)任務(wù)的時(shí)候。

（3）在幾個(gè)任務(wù)在不一樣的地方，其必須為所有任務(wù)分配對應(yīng)的資源的時(shí)一候。調(diào)度問題本質(zhì)上是一個(gè)次昂對于在繁瑣的外界環(huán)境當(dāng)中完成多個(gè)任務(wù)的控制問題。高速公路施工過程控制就是一個(gè)具有代表性的多任務(wù)的繁瑣的控制過程。能夠?qū)⑹┕た刂葡到y(tǒng)當(dāng)作是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)論以及控制論的角度來觀察，總體施工機(jī)群的控制系統(tǒng)能夠表現(xiàn)為圖4：

圖3 高速公路施工機(jī)群閉環(huán)控制系統(tǒng)

3.2 動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)中的信息流與指令流

攤鋪調(diào)度智能體信息流以及指令流如圖4所示，壓實(shí)調(diào)度智能體信息流以及指令流如圖5所示。

圖4 攤鋪調(diào)度智能體信息流以及指令流

圖5 壓路調(diào)度智能體信息流以及指令流

4 結(jié)束語

（1）在對高速公路施工過程分析的基礎(chǔ)之上，建立了施工機(jī)群動(dòng)態(tài)調(diào)度的多Agent體系構(gòu)造且設(shè)計(jì)了各層智能體（中央調(diào)度智能體、協(xié)調(diào)控制智能體、功能智能體）的結(jié)構(gòu)。

（2）指出了調(diào)度問題本質(zhì)上是一個(gè)對于在繁瑣的外界環(huán)境當(dāng)中完成不同任務(wù)的控制問題，公路施工過程控制就是一個(gè)具有代表性的多任務(wù)的繁瑣的控制過程。

（3）針對高速公路施工機(jī)群動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)當(dāng)中每個(gè)智能體的信息流以及指令流展開了設(shè)計(jì)。

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