專家系統在立體車庫出入庫調度中的應用

摘 要：研究了專家系統在自動化立體車庫出入庫調度中的應用：利用專家系統，對立體車庫進行任務最優分配和調度。介紹了協調優化的推理過程。實踐表明該系統是可行的，并具有一定的實用性。

關鍵詞：自動化立體車庫；調度；專家系統；數據庫

0 引言

自動化立體車庫是當代物流技術、倉儲技術、自動化技術、計算機技術發展的優秀產物，它集存儲、輸送、分發為一體，目前在大、中型城市已經逐步得到應用，但其作業速度嚴重影響車庫的利用率。本文就該問題針對北京某小區自動化立體車庫提出一種基于專家系統的自動化立體車庫出入庫調度策略，實現立體車庫的優化調度控制。

1 立體車庫簡介

本立體車庫屬于巷道堆垛類地下大型立體車庫，設1個巷道、地下6層，40列，分南北兩側，共有四百多個車位；有四臺堆垛機系統和四臺升降旋轉臺可分別在四個分區進行同時作業。作業方式有汽車入庫、汽車出庫，系統維護作業方式有庫內搬移、ETV僅移和跨區出庫。

2 系統結構組成

本自動化立體車庫監控系統由監控服務器、讀卡器、車位顯示牌及UPS電源和打印機構成，并預留上級100M bps以太網接口。系統采用三層結構，分別為監控層、控制層、執行層。采用3級總線復合型結構，最底一級為I/O鏈路(即ET200)，負責與現場設備通訊，通過PROFIBUS現場總線將監控設備連接起來，構成了一個穩定，易于擴充的硬件環境，如圖1所示。

3 監控系統調度中的若干問題及其專家系統實現

3．1調度優化中的若干問題

對于車庫這種特殊類型的立體倉庫，為保證安全可靠，必須考慮各分區間的消防卷簾門、巷道堆垛機的相互避讓的問題、升降平穩等。除此之外，為做到立體車庫調度優化，還必須考慮如下問題：

(1)車位信息的初始化

車庫車位較多，監控機需要對其做初始化處理，對各車位進行地址分配，并根據車位容積的大小進行歸類，以便各類型車輛的存放。根據車位的相對位置，對車位進行地址編碼，其格式為“P-LL-C”。其中P代表側號，1位字符，范圍為1～2；LL代表列號，2位字符，范圍為01～30；C代表車位層，1位字符，范圍為1～6。

(2)指令優化處理

刷卡器向監控機進行申請任務時，監控機根據以下情況作出優化處理：

①該分區升降臺及其堆垛機的閑忙狀態；

②該分區作業指令的類型；

③該分區作業指令數的條數。

(3)整個系統的協調優化

系統在作業中達到整體的優化，還必須從如下幾個方面入手：

①各分區作業指令要相對平衡；

②充分保證各分區設備并行運行；

③充分利用相鄰分區設備進行作業。

3．2調度優化的專家系統實現

本文通過對自動化立體車庫出入庫調度方法的研究以及現有知識的特點，根據車庫調度知識的表示方法，選用了基于出入庫規則產生式知識表示的方法，建立了自動化立體車庫出入庫調度專家系統的知識庫，采用分析、推理，產生相應的調度策略，通過刷卡器進行語音安全提示，并通過車廳報警設備進行報警。系統工作流程如圖2所示。

3．2．1知識的獲取

專家系統的核心是知識庫。知識庫中知識的多少及知識的質量決定一個專家系統所具有解決問題的能力。一般來說，組建一個知識庫需經歷兩個階段：訪問專家階段和機器學習階段。在訪問專家階段，知識工程師通過對專家實際工作時如何求解問題進行觀察、與專家進行長時間的交談等手段獲取知識，然后對這些知識進行精化、檢查和驗證等處理，最后將這些處理過的知識作為機器學習的材料。在機器學習階段實現將知識工程師提供的各種知識儲存到知識庫中。由于機器學習問題至今尚無突破性進展，故此專家系統的知識獲取方式繼續采用機械記憶的學習過程，即由知識工程師將從領域專家及有關文獻中獲得的知識，用合適的知識表示模式或語言表示出來，交給知識編輯器進行編輯，輸入知識庫中。

3．2．2知識表示的基本原則

自動化立體車庫的出入庫調度任務主要包括兩個方面：一是作業任務調度，二是車輛出入庫應該符合車位調度原則。車庫的安全性和可靠性決定了出入庫作業必須按照一定的操作規則，這對于知識的表示來說應該考慮如下規則：

(1)作業調度原則

出入庫作業任務是立體車庫作業的關鍵。出入庫調度主要根據智能卡上用戶類型、車輛的型號，安排任務執行的順序及分配最短路徑來存放車輛，并且合理調度堆垛機來完成作業任務。為了實現合理調度，必須考慮合理的車輛檢測的車輛外形信息和用戶類型，還要有合理的調度原則和算法。

先到先作業原則這是出入庫調度的基本原則，不考慮作業類型和用戶類型，先到的任務優先處理。

優先權原則因為存放車輛的用戶類型不同，在同時有兩個作業任務時，優先考慮其存放，即按照貴賓卡、季卡、月卡、臨時卡這樣優先級別進行調度。

處理時間最短原則即按照所選擇的最優路徑的長短進行排隊，優先處理路徑最短的任務。

聯合出入庫原則在多項出庫和入庫任務時，適當進行優化組合，并考慮通過相鄰分區進行跨區作業。

(2)車位管理原則

對車庫進行車位管理，是要合理地分配和使用車位，必須優先考慮出入庫的效率。由于車庫的特殊性，車位分配主要考慮入庫存放的最佳車位，即入庫車位分配。

分類存放原則根據車輛的外形大小，將同類規格的車輛進行集中存放，以便于管理。

就近原則入庫時在相應分區尋找最接近接車口的車位，使入庫時間最短，達到提高效率的目的。

車位分區原則將立體車庫車位劃分為四個分區，使同一巷道的四個堆垛機共同承擔作業任務，使作業任務均衡。

3．2．3知識的表示

立體車庫出入庫作業指令的執行，與堆垛機和旋轉升降臺的狀態及車位狀態和車輛檢測數據密切相關。只要車體未超出車庫所規定的范圍，并且堆垛機或者升降臺空閑、相應分區有空車位時，才能根據上述原則執行入庫操作；或者堆垛機和升降臺空閑并且相應分區車位有車輛時，才能執行出庫操作。

根據上述要求和原則，采用基于規則的產生式知識表示方法，建立了立體車庫專家系統知識庫。知識庫中的知識表示如下：

R1:IF堆垛機忙于HEN堆垛機的狀態置為1；ELSE堆垛機的狀態置為0；

R2:IF升降臺忙THEN升降臺的狀態置為1；ELSE升降臺的狀態置為0；

R3:IF車位有車THEN車位的狀態置為1；ELSEIF車位為維修車位THEN車位的狀態置為2；ELSE車位狀態置為0；

R4:IF車位狀態為OTHEN可以存放車輛；

R5:IF入庫作業THEN IF 1區和2分區THEN從右向左，先南側后北測，從上往下尋找空車位置ELSE從左向右，先南側后北測，從上往下尋找空車位置；

R6:IF出庫作業THEN得到車輛所存放的車位地址；

R7:IF入庫任務順次到達THEN先到先作業；

R8:IF入庫作業AND前一任務為出庫THEN該指令等待直到前以指令完成；

R9:DF出庫作業THEN堆垛機的狀態置為1；ELSE堆垛機的狀態置為0；

R10:13PF堆垛機忙AND前一任務為出庫THEN該指令等待至堆垛機輸送車輛到升降臺；

R11:IF出庫任務依次到達AND相鄰分區設備空閑THEN排序在后的車庫指令采用跨區出庫；

R12:IF出庫指令同時到達THEN優先權最高的優先作業；

R13:IF出庫指令同時到達AND級別相同THEN距離出口近者先處理；

R14:IF分區空余車位為0 THEN在其它分區進行存放；

R15:IF車輛外形超限于HEN禁止入庫；

3．2．4 立體車庫調度專家系統的推理機制

推理機制根據用戶提供的數據，按照某種搜索策略從數據庫選取相關的知識并按照一定的推理策略進行推理，直到得出相應的結論。目前存在很多成熟的推理技術，常見的有正向推理、反向推理、啟發式推理、不精確推理等。許多推理技術與系統結構相關，不同的系統結構可能使用完全不同的推理技術。

本系統對出入庫的實時陸要求比較高，因此對推理的效率要求也就比較高，為此本系統對于不同類型的規則采用重復搜索的策略，并采用面向對象的程序設計方法，結合專家系統的黑板模型思想，使推理機結構分明，條理清晰。如圖3所示。

根據系統規則的分類，將整個推理分為任務排序、分配和車位分配兩個部分。其推理過程為：用戶刷卡時，系統接收用戶信息，并初始化各分區數據庫，刷新作業指令緩沖區。系統定時查詢，看是否有新任務到達。如果有新任務，則系統采用正向推理的方法掃描任務排序規則對任務進行分配；若沒有新任務時，推理機不進行任務規則的掃描，直接進入車位狀態、車輛外形、堆垛機、升降臺和車位管理規則的掃描，得出相應結論并進行操作。

3．2．5 系統實現

系統以Windows2000為平臺，通過Oracle9i數據庫建立專家系統規則知識庫，采用Visual Basic6.0作為開發工具，界面友好，簡單明了，操作形象直觀。從軟件設計的角度來講，采用面向對象的程序設計思想，并預留擴展接口，使系統具有可擴展性和開放性。系統結構如圖4所示。

4 結束語

本文參閱了國內外立體倉庫的調度方法，結合立體車庫的實際特點，提出一種基于專家系統的自動化立體車庫出入庫調度策略，并運用到實際的系統中，很好地解決了出入庫調度的優化控制問題，使得出入庫更加流暢，縮短了等待時間，提高了車庫整體的運行效率。系統已經在北京某公寓投入使用，運行穩定可靠，滿足調度要求及用戶需求，表明該系統有一定的實用價值。