面向港口AGV车队的全生命周期电量动态调度与充电管理系统的制作方法

本发明涉及港口调度，特别涉及面向港口agv车队的全生命周期电量动态调度与充电管理系统。

背景技术：

1、随着智慧港口建设的不断推进，自动导引车（agv）已成为集装箱码头水平运输的核心装备。港口agv车队通常需24小时不间断作业，其电量管理直接关系到整体作业效率与运营成本。

2、目前，现有调度系统普遍采用固定阈值触发充电的方式，即在agv剩余电量低于某一预设值时发出充电请求，再由调度中心分配充电位。现有技术仍存在以下问题：

3、1、未充分考虑agv个体间因机械磨损、电池老化导致的功耗差异，剩余作业时长预测偏差大，易造成中途抛锚或过早充电；

4、2、多车同时触发充电时缺乏优先级协调与错峰机制，常导致充电位拥堵、排队等待，加剧作业中断；

5、3、充电计划与实时路况、任务紧急度脱节，路径规划未将电量消耗与动态交通状态耦合，难以保证低电量车辆安全抵达充电位；

6、4、电池健康状态未被纳入调度决策，劣化电池仍执行高负载任务，加速容量衰减，缩短全生命周期服役时长。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供面向港口agv车队的全生命周期电量动态调度与充电管理系统，以提升港口agv车队的作业连续性和能源利用效率，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、面向港口agv车队的全生命周期电量动态调度与充电管理系统，包括：

4、agv作业预测模块，用于实时采集各agv的实时运行状态与电量参数，基于各agv的实时剩余电量与历史功耗特征，结合作业状态标识，预测各agv的可用作业时长；

5、任务调度模块，用于获取实时任务队列，根据各agv对应的可用作业时长，结合实时任务队列中每项运输任务的预估作业时长，为每辆agv分配对应的运输任务；

6、充电预测调度模块，用于根据分配的运输任务，获取各agv的任务终点坐标及预估行驶距离，结合各agv的当前剩余电量以及可用作业时长，预测车队中具有充电需求的低电量agv，并基于优先级规则生成错峰充电计划表；

7、agv路径规划模块，用于根据错峰充电计划表为每辆待充电agv分配对应的充电位，结合当前各路径段的交通拥堵状况与agv的剩余电量约束，规划从当前位置至充电位的最优行驶路径，同时，在agv完成充电作业后，结合港口实时任务队列与场地路况，规划agv从充电位返回作业区域的最优返程路径。

8、进一步的，所述电量参数包括剩余电量、电压、电流、温度及电池健康度指标，实时运行状态包括agv的实时位置坐标、行驶速度、当前加速度及作业状态标识，其中，作业状态标识包括重载运输状态、空载行驶状态、等待指令状态及充电状态。

9、进一步的，所述预测各agv的可用作业时长的具体过程包括：

10、根据各agv的历史运行数据，提取各agv在重载运输状态和空载行驶状态下的历史平均功耗率；

11、基于各agv在预设历史周期内各次运输任务的实际耗电量与基于基础功耗模型计算的理论耗电量的比值序列，确定各agv对应的机械磨损偏差系数；

12、基于机械磨损偏差系数分别对重载运输状态和空载行驶状态下的历史平均功耗率进行校正，获得各agv在重载运输状态下的第一功耗模型及在空载行驶状态下的第二功耗模型；

13、获取各agv的当前剩余电量及当前作业状态标识，根据agv当前的作业状态标识匹配对应的第一功耗模型或第二功耗模型，并基于匹配结果计算该agv在当前剩余电量下可继续执行运输任务的最大可用作业时长。

14、进一步的，所述确定各agv对应的机械磨损偏差系数，还包括：

15、获取各agv在预设历史周期内各次运输任务的实际耗电量与基于基础功耗模型计算的理论耗电量的比值，生成各agv的个体功耗比值序列；

16、剔除个体功耗比值序列中偏离序列中位值超过预设偏差阈值的异常比值，获得校正比值序列；

17、计算校正比值序列的统计中位值，并作为该agv的初始机械磨损偏差系数；

18、在该agv后续每完成预设次数运输任务后，将新产生的比值纳入校正比值序列，并以当前时刻之前预设时间窗口内的比值赋予第一权重、预设时间窗口之前的比值赋予第二权重的方式进行滑动加权平均计算，更新该agv的机械磨损偏差系数。

19、进一步的，充电预测调度模块，包括：

20、充电需求预测单元，用于根据各agv的任务终点坐标及预估行驶距离，结合各agv对应的可用作业时长，计算各agv在执行完当前分配的运输任务并行驶至任务终点时的第一预测剩余电量；

21、充电需求判定单元，用于将第一预测剩余电量与预设强制充电阈值及预防性充电阈值进行比较，并对车队中的各agv进行分级标记，生成充电需求标签队列；

22、错峰充电单元，用于根据充电需求标签队列，结合各待充电agv的预估任务完成时刻作为充电请求发起时间基准，基于优先级规则生成错峰充电计划表；

23、任务数据交互单元，用于接收每辆agv所分配的运输任务的任务终点坐标、预估行驶距离以及预估任务完成时刻，同时，将生成的错峰充电计划表及各充电位的占用时间窗反馈至任务调度模块。

24、进一步的，任务调度模块分配对应的运输任务时，还包括：

25、在执行每一轮任务分配前，基于任务数据交互单元获取当前及未来预设时间窗口内各充电位的空闲时间窗分布及空闲充电位数量；

26、结合各候选agv的实时剩余电量、作业状态标识以及对应功耗模型，预估算各候选agv执行拟分配运输任务的预估总耗电量，基于预估总耗电量计算候选agv完成该拟分配任务后的第二预测剩余电量；

27、将第二预测剩余电量与预设预防性充电阈值进行阈值比对校验，若第二预测剩余电量低于预设预防性充电阈值，则停止为该候选agv分配当前拟分配运输任务。

28、进一步的，所述基于优先级规则生成错峰充电计划表，具体包括：

29、获取充电需求标签队列中各待充电agv的标记等级、当前剩余电量、所执行任务的紧急度等级，以及任务数据交互单元反馈的充电位占用时间窗，按照优先级规则确定各待充电agv的充电起始时间排序；

30、其中，优先级规则包括：

31、基于充电需求标签，标记为强制充电待调度车辆的agv高于标记为预防性充电待调度车辆的agv；

32、当同时存在多个强制充电待调度车辆时，基于各agv对应的第一预测剩余电量进行升序排序；

33、在相同充电需求标签等级、第一预测剩余电量相近的同优先级agv队列中，基于当前执行任务的紧急度等级降序排序；

34、根据充电起始时间的排序结果，结合各充电位的空闲时间窗分布，以各待充电agv的预估任务完成时刻作为充电请求发起基准时间，匹配各agv的充电紧急程度与充电位空闲时段；

35、将各待充电agv的充电时段分配至不同充电位的不同空闲时间窗，将车队所有待充电agv的充电起始时间和充电占用时段在全局时间轴上交错分布，生成适配车队动态作业状态的错峰充电计划表。

36、进一步的，所述生成适配车队动态作业状态的错峰充电计划表后，还包括：

37、遍历错峰充电计划表中各充电时间窗对应的待充电agv，提取各待充电agv的预估到场时间以及确定的目标充电位；

38、获取目标充电位的agv实时充电进度与剩余充电时长，确定agv的预计充电完成时刻，结合改目标充电位下一待充电agv的预估到场时间与预设清场时间窗的差值，得到充电位最晚空闲截止时刻；

39、比对agv的预计充电完成时刻与最晚空闲截止时刻的时序关系，并基于比对结果进行差异化调度判定。

40、进一步的，agv路径规划模块，规划从当前位置至充电位的最优行驶路径时，执行以下步骤：

41、获取错峰充电计划表中待充电agv对应的充电起始时间及目标充电位的编号，以充电起始时间为目标到达时间，结合预设的到达时间窗容忍偏差，生成该待充电agv的规划到达时间窗范围；

42、将该agv的当前位置匹配至路网拓扑的当前节点作为路径起点，目标充电位对应的充电泊位节点作为路径终点，基于路网连通性遍历起点至终点的全部可通行连通通路，构建当前时刻的各候选路径；

43、获取当前时刻候选路径的各路径段的实时交通拥堵指数及平均通行速度，并结合该agv在空载行驶状态下的第二功耗模型，分别计算各候选路径在每一路径段的分段行驶功耗及总行驶时长；

44、从所有候选路径中筛选总行驶时长处于规划到达时间窗范围内的候选路径，生成初选路径集；

45、若所有候选路径总行驶时长均未在规划到达时间窗范围内，则将该agv的充电起始时间向后调整预设步长，并将调整后的充电起始时间同步更新至错峰充电计划表；

46、基于初选路径集，计算初选路径集中各候选路径的总功耗，选取总功耗最低的候选路径作为第一优选路径。

47、进一步的，还包括，电池健康管理模块，用于：

48、实时采集各agv的电池运行数据，包括各次充放电循环的充放电容量、充电过程温升曲线、电池内阻时序变化趋势及累计充放电循环次数；

49、采集的电池运行数据计算各agv电池的健康评价子指标，并计算综合健康度评分；

50、将各agv电池综合健康度评分与预设分级阈值进行比对，生成各agv电池的健康等级标签，并当各agv电池综合健康度评分低于预设分级阈值低限时，生成并输出电池更换预警信号；

51、同时，将各agv的健康等级标签反馈至agv作业调度模块和充电预测调度模块，根据健康等级标签配置对应的任务分配策略与充电策略。

52、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

53、1.本发明通过引入机械磨损偏差系数，对每辆agv在重载/空载工况下的功耗模型进行差异化校正，并采用滑动加权平均动态更新偏差系数，消除临时干扰和个体差异影响，使剩余可用作业时长预测精度显著提升，为任务分配提供可靠依据，有效避免因电量预估失准导致的作业中断或过早回充。

54、2.本发明建立强制充电与预防性充电两级标记，综合剩余电量、任务紧急度等多维优先级规则，将各agv的充电起始时间在全局时间轴上交错排布，并结合充电位空闲时间窗进行动态匹配，实现充电资源的时序均衡利用，彻底避免多车集中抢位造成的排队拥堵，保障作业流程的连续性和时效性。

55、3.本发明将实时路况拥堵指数、剩余电量安全冗余与功耗模型耦合，规划满足到达时间窗且总功耗最低的最优充电路径，并支持在线重规划以应对路况突变；同时，电池健康管理模块综合多维度退化指标量化评估健康度，据此为不同健康等级的agv配置差异化的任务分配和充电策略，延缓劣化电池衰减，实现从电量调度、路径规划到电池养护的闭环全生命周期管控，最大化车队整体服役效能。