高速公路施工機群的智能動態(tài)調(diào)度方法研究

【摘 要】闡述了公路施工機群調(diào)度系統(tǒng)的發(fā)展，分析了高速公路施工機群動態(tài)調(diào)度的智能結構，針對施工機群動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)當中每個智能體的信息流以及指令流展開了設計。

【關鍵詞】公路施工機群配置；智能動態(tài)調(diào)度

對于目前高速公路施工中存在的施工機群配置不合理、人工調(diào)度策略有太強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，總體運用了決策支撐系統(tǒng)技術、專家系統(tǒng)技術、數(shù)據(jù)庫技術，建立了面向公路施工機群的分布式智能決策調(diào)度支撐系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能夠提供更科學、更加規(guī)范、更有效的調(diào)度決策計劃，且對于機群施工調(diào)度的自動化以及智能化非常有幫助。

1 公路施工機群調(diào)度系統(tǒng)的發(fā)展

歐美有些先進國家的工程機械公司己在新型的裝載機、平地機、挖掘機、攤鋪機、壓路機上裝上了遠程無線通訊系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）及車載計算機設備，把機械的工作參數(shù)、工作進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械制造商CATE即ILIAR（卡特匹勒）公司的采礦鏟土運輸機群動態(tài)管理系統(tǒng)，它通過機載系統(tǒng)和管理中心系統(tǒng)構成，聚集成了GPS定位單元、實時機器狀態(tài)表示和高速無線通信單元、施工現(xiàn)場動態(tài)物流管理單元。在工程機械工作過程當中，機載系統(tǒng)經(jīng)過無線電接收總體無線網(wǎng)絡中的鏟土運輸數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)或者現(xiàn)場規(guī)劃數(shù)據(jù)。

機群動態(tài)管理系統(tǒng)關鍵運用信息技術、通訊技術等新技術，知識施工機械和施工環(huán)境相互協(xié)調(diào)、施工機械機型和施工任務相互一致，以達到構成安全、舒適、高效的施工管理系統(tǒng)。其重心就是動態(tài)機群物流管理，它是借用傳統(tǒng)的車間調(diào)度算法，采取了運籌學、控制論、動態(tài)規(guī)劃等方式，對施工過程當中物料流以及施工機械進行聚集式管理以及調(diào)度，使得施工時間減少，用以提升施工資源的利用。

2 高速公路施工機群動態(tài)調(diào)度的智能結構

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、瀝青混合料攪拌設備、自動卸載汽車、瀝青路面攤鋪機、壓路機等機械化施工機群的調(diào)度以及施工質(zhì)量的控制，令機群在物料流持續(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 高速公路施工機群智能控制體系

高速公路路面施工機群的施工過程智能控制是基于單機智能化的，采取多Agent技術解決施工過程中有著很多的問題，進而力求機群資源的最優(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智能控制主體，各個智能控制主體下分布有智能化施工機械以及施工質(zhì)量檢測單元，因此而形成了高等級公路施工機群分布——分層式樹狀結構。在這個構造當中，不一樣層次的功能實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、壓實智能控制以及拌和智能控制間形成一個特別強大的多智能實體，中央智能控制是第一層的重心，有最大的權限，專門負責監(jiān)督、調(diào)試工程現(xiàn)場，對現(xiàn)場的多種不同信息進行綜合，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，且負責對其展開解釋以及分解任務，且把任務分配給每個智能控制主體。但攤鋪智能控制、壓實智能控制和拌和智能控制主體負責自身的專項工作，有一定的局部權限，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。進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 高速公路施工機群智能動態(tài)調(diào)度體系

3 高速公路施工機群的智能動態(tài)調(diào)度

3.1 機群動態(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）在有一系列任務必須被完成的時候。

（2）在一個任務能夠被分解為多個任務的時候。

（3）在幾個任務在不一樣的地方，其必須為所有任務分配對應的資源的時一候。調(diào)度問題本質(zhì)上是一個次昂對于在繁瑣的外界環(huán)境當中完成多個任務的控制問題。高速公路施工過程控制就是一個具有代表性的多任務的繁瑣的控制過程。能夠將施工控制系統(tǒng)當作是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)論以及控制論的角度來觀察，總體施工機群的控制系統(tǒng)能夠表現(xiàn)為圖4：

圖3 高速公路施工機群閉環(huán)控制系統(tǒng)

3.2 動態(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 結束語

（1）在對高速公路施工過程分析的基礎之上，建立了施工機群動態(tài)調(diào)度的多Agent體系構造且設計了各層智能體（中央調(diào)度智能體、協(xié)調(diào)控制智能體、功能智能體）的結構。

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

（3）針對高速公路施工機群動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)當中每個智能體的信息流以及指令流展開了設計。

參考文獻：

[1]馮忠緒.機群智能化工程機械[J].微機應用與智能化2008

[2]史忠植.智能主體及應用[M].科學出版社，2008

[3]楊酮，翟永順，劉大有.Agent：特性與分類[J].計算機學報，2009