一种冰期自适应的海上油气平台船舶智能调度方法与流程

本发明涉及冰期海上作业船舶调度，具体涉及一种冰期自适应的海上油气平台船舶智能调度方法。

背景技术：

1、当前海上船舶调度的主流优化方法，多为针对无冰常规海域开发的通用调度算法，这类方法在开阔海域的常规船舶调度场景中可实现一定的优化效果，但针对冰期海上作业场景的适配性极差。现有技术针对冰期场景的改进，大多停留在通用算法的参数调整与场景套用上，仅将冰情作为约束条件进行后置校验，未将冰期特有的“破冰船伴航引领”“航速受冰厚强制约束”“伴航资源预留”等物理规则硬性嵌入算法核心决策环节，未针对冰期场景的特有难题进行算法底层逻辑的重构与定制化改造，普遍存在冰情动态变化时决策逻辑适配性差、任务分配与冰区路径规划分离式处理导致方案可行性不足、冰期安全硬约束无法前置嵌入决策核心的问题，难以平衡冰期作业的安全管控与生产效率需求。

2、现有技术始终未能解决冰期海上船舶调度的五大特有核心痛点：一是冰期多源冰情数据维度高、冗余信息多，易导致算法维度爆炸、求解效率低下；二是冰情动态突变时，通用算法需全量重优化，应急响应速度无法满足冰期作业要求；三是无冰期专属的破冰船与普通作业船协同优化逻辑，破冰资源配置不合理、无硬性预留机制；四是采用固定权重的多目标优化模式，无法随冰情变化动态调整安全与效率的优先级；五是方案判定仅关注数学最优性，无法保障方案的冰期作业合规性，导致冰期航行违规率、作业能耗居高不下，严重制约了冰期海上油气作业的安全高效开展，亟需开发一种针对冰期场景专属定制的船舶智能调度方法。

技术实现思路

1、本发明提出的一种冰期自适应的海上油气平台船舶智能调度方法，可至少解决背景技术中的技术问题之一。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、一种冰期自适应的海上油气平台船舶智能调度方法，通过计算机设备执行以下步骤，

4、s100，获取作业海域的冰情数据、船舶基础数据以及调度任务数据，分级筛选船舶并编码任务，依冰情判定冰期等级及前置嵌入冰期硬约束参数集，输出冰情、船舶和任务特征数据，同时设置底线熔断机制触发禁航警报；

5、s200，基于冰情特征、船舶特征、任务特征，构建以冰情特征作为核心驱动维度的多维决策空间，计算冰情变化幅度大于预设突变阈值时重构所述决策空间的拓扑结构；

6、s300，在所述决策空间内，基于所述冰情特征，结合航速确定各航段的允许航速，并作为船舶-任务匹配的可行条件，完成路径规划与任务分配的协同优化，设置硬性合规条件输出合规达标方案；

7、s400，基于所述合规达标方案，生成包含多维信息的标准化调度方案并输出，在面对冰情突变与紧急任务场景时，触发执行局部回溯锁死优化机制和适配规则，更新调度方案；

8、s500，基于所述船舶的分级筛选结果，构建覆盖不同冰情等级的仿真验证场景进行方法验证与参数校准，且所有校准参数与调度方案需通过所述冰期硬约束校验。

9、进一步的，所述船舶的分级筛选适用三级破冰能力适配规则，其具体为：

10、计算各船舶的破冰能力与作业海域最大冰厚的比值；

11、确定各船舶等级分别为：

12、比值≥1.0为第一级船舶，属于独立航行级；

13、比值∈[0.8,1.0)为第二级船舶，属于协同航行级，由第一级船舶全程伴航；

14、比值＜0.8为第三级船舶，属于禁止航行级；

15、其中，所述第一级船舶和所述第二级船舶并入候选船舶集，并构建标准化船舶特征数据库，且所述第二级船舶的航行路径包含与之匹配的所述第一级船舶的伴航航段。

16、进一步的，所述任务特征编码采用冰期任务专属二进制编码算法，将任务类型、紧急度转化为5位标准化编码，其中前2位为类型编码，后3位为紧急度编码。

17、进一步的，所述冰期等级判定适用冰期等级划分与强制约束规则，具体如下：

18、低冰厚等级：冰厚＜0.5m，无强制破冰船伴航要求；

19、中冰厚等级：0.5m≤冰厚＜1.0m，无强制破冰船伴航要求；

20、高冰厚等级：冰厚≥1.0m，所有第二级船舶由第一级船舶全程伴航；

21、所述冰期硬约束至少包括冰区航速限制和伴航强制要求，其参数化形式在s100至s400的调度决策全流程中作为前置可行性判定条件；

22、所述底线熔断机制具体为：

23、所述候选船舶集中不存在任何第一级船舶，且目标作业海域处于中、高冰厚等级，中止调度流程并发出冰期禁航警报；

24、目标作业海域处于高冰厚等级下，无可用第一级船舶，对应所述第二级船舶同步从所述候选船舶集剔除。

25、进一步的，所述s200步骤中所述冰情特征维度采用8位二进制编码，其中前4位为最大冰厚编码、后4位为冰情变化速率编码，冰情突变时同步更新冰情特征维度编码与决策维度权重，权重更新周期与冰情监测周期完全同步；

26、所述冰情变化幅度的计算公式为：冰情变化幅度=|当前冰厚均值-历史冰厚均值|/历史冰厚均值；

27、重构所述决策空间的拓扑结构执行以下硬性规则，具体为：

28、所述冰情特征维度的权重设置为船舶特征维度权重的两倍及以上，同步调整任务特征维度权重，使三个维度权重总和为1；

29、拆分所述任务特征维度中的冰区路径可行性属性为独立子维度，并剥离所述任务特征维度中的任务时效中的冰区航速影响因子，形成冰区专属约束层，且所述冰区专属约束层优先级高于任务时效要求；

30、更新所述冰情特征维度编码，同时嵌入任务-路径协同匹配接口，进行二者同步联动决策。

31、进一步的，所述s300步骤中各航段的所述允许航速采用分段反比函数进行计算，具体为：

32、v=v0×(1-k×h)

33、式中，v为船舶在对应冰厚区段的允许最大航速，单位为节；v0为船舶无冰水域的额定设计航速，单位为节；h为航段实时监测冰厚，单位为m；k为冰区系数。

34、进一步的，所述路径规划与任务分配的协同优化通过所述冰期专属启发式规则完成，所述冰期专属启发式规则包括冰区路径重规划规则与破冰船协同调度规则；

35、所述冰区路径重规划规则要求船舶规划路径不得连续穿越3个及以上超自身破冰能力的高冰厚节点；

36、所述破冰船协同调度规则要求高冰厚区域任务优先分配给第一级船舶。

37、进一步的，所述硬性合规条件具体为：设置解种群超体积hv波动≤2%、冰期航行违规率≤5%、双维度综合偏差≤3%，仅当三项条件同时满足时，判定调度方案为合规达标。

38、进一步的，所述s400步骤中设定冰情变化幅度的突变阈值为0.2m，触发所述局部回溯快速优化机制执行以下规则，具体如下：

39、锁定当前已分配任务的90%以上不变，仅对受冰情突变影响的航段进行局部重规划；

40、重规划优化轮次限制为3次以内，仅优化受影响航段的冰区路径与第一级船舶伴航匹配逻辑，禁止全量重新优化；

41、所述紧急任务设定为1级紧急度，执行适配规则，具体为：

42、提升任务时效权重0.1，优先级高于所有非紧急任务；

43、优先匹配最近可用第一级船舶，无可用独立船舶时，为执行任务的第二级船舶匹配对应的第一级船舶伴航；

44、调整任务时序消除冲突，禁止全量重新分配。

45、进一步的，所述s500步骤中基于所述s100步骤中船舶的分级筛选结果，预留所述第一级船舶作为专用伴航船的数量至少为第二级船舶数量/2，即每2艘第二级船舶至少配备1艘第一级船舶作为专用伴航船；

46、在所述仿真验证场景的验证中，量化计算合规状态、求解效率提升比例、冰期航行违规率、综合调度成本降低比例四项核心指标，并输出完整的仿真验证结果；

47、基于仿真验证结果及现场作业实际执行数据，自动校准核心参数，所述参数校准中执行以下三项硬性规则，具体如下：

48、求解效率提升比例低于40%则上调冰期航行安全维度权重计算系数0.05；

49、冰期航行违规率高于5%则上调安全权重0.2、下调冰情突变阈值0.05；

50、实际执行偏差高于3%则下调合规阈值0.005；

51、其中，所述实际执行偏差定义为：以所述综合调度成本降低比例为评估锚点，计算其仿真预测值相对于实际达成值的相对偏差，具体为：

52、实际执行偏差=|仿真综合调度成本降低比例实际综合调度成本降低比例|/|实际综合调度成本降低比例|。

53、又一方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。

54、再一方面，本发明还公开一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上方法的步骤。

55、由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：

56、（1）本发明通过全链路冰期场景专属的底层规则重构与递进式硬性约束，实现了冰期船舶调度的安全合规、时效适配与成本优化，相比现有通用调度方法与传统参数适配型方案取得了显著技术效果；

57、（2）本发明通过前置三级破冰能力适配硬约束与禁航熔断逻辑，从源头实现船舶与冰情的精准适配，杜绝了破冰能力不匹配的作业风险；通过冰情突变触发的决策空间强制重构，突破传统分离式决策局限，冰情动态适配能力提升40%；

58、（3）本发明通过冰厚-航速反比强制约束与冰区专属调度规则，实现状态空间维度压缩41.7%，方案求解效率提升42%，冰期航行违规率从25%降至3%；

59、（4）本发明通过局部回溯锁死优化机制，实现冰期动态场景分钟级应急响应，无需全量重优化，大幅提升冰期作业应急保障能力；

60、（5）本发明通过破冰船伴航资源硬性预留与全场景合规校准，全冰期场景下综合调度成本降低32%，破冰能耗降低27%，为冰期海上油气平台安全高效作业提供了稳定可靠的核心技术支撑。