一种钢构件运输载体内部空间的布局优化方法和装置与流程

1.本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种钢构件运输载体内部空间的布局优化方法和装置。


背景技术：

2.随着经济发展与环保高效的绿色建筑的推广，装配式钢结构的运输量不断增长。钢结构运输具有构件结构不标准、重载、长距离等特征，其出库装载过程中载体的空间利用情况一定程度上影响了货运效率与货运成本。
3.现阶段，钢结构的摆放与布局主要依赖于操作人员的经验，导致载体空间利用率较低，人工操作出错率较高也使得装卸操作的效率大幅下降，从而影响货运速度。
4.目前，一些研究者对装载问题进行了研究，运用最为广泛的是混合遗传算法、基于层概念及基于塔概念的启发式算法。但上述各种方法均有不同的缺点。具体地，混合遗传算法存在收敛速度慢、易陷入局部最优的缺点，且难以满足大多数约束条件；基于层概念的启发式算法能够保证较强的全局搜索能力，但对货物规格标准化要求较高，不适用于尺寸各异的钢构件，且由于垂直摆放，其生成的布局模式稳定性不高，需要容器壁支撑；基于塔概念的启发式算法运算效率较高，但塔间空隙往往难以与其他空间合并，导致空间浪费。
5.如何对上述现有的钢构件运输载体内部空间的布局方式进行优化，是待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本技术实施例提供了一种钢构件运输载体内部空间的布局优化方法、装置、计算机设备和存储介质。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
7.第一方面，本技术实施例提供了一种钢构件运输载体内部空间的布局优化方法，所述方法包括：
8.构建初始装载模型，所述初始装载模型用于对钢构件运输载体内部空间进行布局优化的装载模型；
9.根据第一预设方式，对所述初始装载模型进行第一级的优化处理，得到第一优化装载模型，所述第一预设方式用于将钢构件的三维装载方式转换为对应的钢构件的二维装载方式；
10.根据第二预设方式，对所述第一优化装载模型进行第二级的优化处理，得到优化后的装载模型，所述第二预设方式用于进行平面布局优化；
11.将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至所述优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案。
12.在一种可能的实现方式中，所述根据第二预设方式，对所述第一优化装载模型进
行第二级的优化处理，得到优化后的装载模型包括：
13.获取预设底角放置规则、与所述初始装载模型关联的模型约束条件和预设平面布局优化模型；
14.根据所述预设底角放置规则、所述模型约束条件和所述预设平面布局优化模型，对所述第一优化装载模型进行第二级的优化处理，得到所述优化后的装载模型。
15.在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
16.配置与所述初始装载模型关联的所述模型约束条件，所述模型约束条件包括用于进行空间约束的第一模型约束子条件、用于进行稳定性约束的第二模型约束子条件和用于进行批次顺序约束的第三模型约束子条件。
17.在一种可能的实现方式中，在所述将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至所述优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案之前，所述方法还包括：
18.读取与多个钢构件装载相关联的装载信息；
19.所述装载信息至少包括以下一项：
20.任意一个钢构件的规格信息、多个钢构件的数量信息和多个钢构件之间的安装顺序信息。
21.在一种可能的实现方式中，在所述将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至所述优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案之后，所述方法还包括：
22.读取所述装载方案中的装载关联信息；
23.所述装载关联信息至少包括以下一项：
24.载体的数量信息、载体的规格信息、构件装载序列信息和各个钢构件在载体内的摆放位置信息。
25.在一种可能的实现方式中，所述根据第一预设方式，对所述初始装载模型进行第一级的优化处理包括：
26.将具有相同规格的钢构件进行堆叠及构造，得到对应的等高堆；
27.将所述等高堆的高度作为参考高度；
28.基于所述参考高度，对由多个相同规格的钢构件构成的不登高堆进行分割处理。
29.在一种可能的实现方式中，在所述构建初始装载模型之前，所述方法还包括：
30.配置所述初始装载模型的模型输入参数；
31.所述模型输入参数包括以下至少一项：
32.载体规格、待载构件批次、待载构件规格、待载构件数量和批次安装顺序。
33.第二方面，本技术实施例提供了一种钢构件运输载体内部空间的布局优化装置，所述装置包括：
34.构建模块，用于构建初始装载模型，所述初始装载模型用于对钢构件运输载体内部空间进行布局优化的装载模型；
35.优化模块，用于根据第一预设方式，对所述初始装载模型进行第一级的优化处理，得到第一优化装载模型，所述第一预设方式用于将钢构件的三维装载方式转换为对应的钢构件的二维装载方式；以及
36.根据第二预设方式，对所述第一优化装载模型进行第二级的优化处理，得到优化后的装载模型，所述第二预设方式用于进行平面布局优化；
37.处理模块，用于将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至所述优化模块处理优化得到的所述优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案。
38.第三方面，本技术实施例提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述的方法步骤。
39.第四方面，本技术实施例提供一种存储有计算机可读指令的存储介质，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述的方法步骤。
40.本技术实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
41.在本技术实施例中，构建初始装载模型，初始装载模型用于对钢构件运输载体内部空间进行布局优化的装载模型；根据第一预设方式，对初始装载模型进行第一级的优化处理，得到第一优化装载模型，第一预设方式用于将钢构件的三维装载方式转换为对应的钢构件的二维装载方式；根据第二预设方式，对第一优化装载模型进行第二级的优化处理，得到优化后的装载模型，第二预设方式用于进行平面布局优化；以及将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案。采用本技术实施例提供的布局优化方法，由于本技术引入了初始装载模型，并通过两级优化处理，得到优化后的装载模型；这样，将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化后的装载模型中进行处理，能够自动生成对应的装载方案；从而，提高载体空间利用率，提升了钢构件装卸、运输过程中的自动化水平，进而大大地提升了货运效率。
42.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
43.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
44.图1是本技术实施例提供的一种钢构件运输载体内部空间的布局优化方法的流程示意图；
45.图2是本技术实施例具体应用场景下的钢构件运输载体内部空间的布局优化方法的流程示意图；
46.图3是本技术实施例具体应用场景下的钢构件装载平面布局优化策略的流程示意图；
47.图4是本技术实施例提供的一种钢构件运输载体内部空间的布局优化装置的结构示意图。
具体实施方式
48.以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。
49.应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
50.下面结合附图详细说明本公开的可选实施例。
51.请参见图1，为本技术实施例提供了一种钢构件运输载体内部空间的布局优化方法的流程示意图。如图1所示，本技术实施例的钢构件运输载体内部空间的布局优化方法可以包括以下步骤：
52.s101，构建初始装载模型，初始装载模型用于对钢构件运输载体内部空间进行布局优化的装载模型。
53.在一种可能的实现方式中，在构建初始装载模型之前，本技术实施例提供的布局优化方法还包括以下步骤：
54.配置初始装载模型的模型输入参数；
55.模型输入参数包括以下至少一项：
56.载体规格、待载构件批次、待载构件规格、待载构件数量和批次安装顺序。
57.s102，根据第一预设方式，对初始装载模型进行第一级的优化处理，得到第一优化装载模型，第一预设方式用于将钢构件的三维装载方式转换为对应的钢构件的二维装载方式；以及
58.根据第二预设方式，对第一优化装载模型进行第二级的优化处理，得到优化后的装载模型，第二预设方式用于进行平面布局优化。
59.在一种可能的实现方式中，根据第一预设方式，对初始装载模型进行第一级的优化处理包括以下步骤：
60.将具有相同规格的钢构件进行堆叠及构造，得到对应的等高堆；
61.将等高堆的高度作为参考高度；
62.基于参考高度，对由多个相同规格的钢构件构成的不登高堆进行分割处理。
63.在一种可能的实现方式中，根据第二预设方式，对第一优化装载模型进行第二级的优化处理，得到优化后的装载模型包括以下步骤：
64.获取预设底角放置规则、与初始装载模型关联的模型约束条件和预设平面布局优化模型；
65.根据预设底角放置规则、模型约束条件和预设平面布局优化模型，对第一优化装载模型进行第二级的优化处理，得到优化后的装载模型。
66.在一种可能的实现方式中，本技术实施例提供的一种钢构件运输载体内部空间的布局优化方法还包括以下步骤：
67.配置与初始装载模型关联的模型约束条件，模型约束条件包括用于进行空间约束的第一模型约束子条件、用于进行稳定性约束的第二模型约束子条件和用于进行批次顺序约束的第三模型约束子条件。
68.在实际应用场景中，可以根据不同应用场景的需求，对上述第一模型约束子条件、第二模型约束子条件和第三模型约束子条件配置为对应的条件。
69.例如，在某一具体应用场景中，将用于进行空间约束的第一模型约束子条件配置为：所放置构件边界不可超出载体边界，同一平面构件之间不可重叠。
70.将用于进行稳定性约束的第二模型约束子条件配置为：上层构件必须被下层构件支撑，不可悬空。
71.将用于进行批次顺序约束的第三模型约束子条件配置为：同一批次构件靠近放
置，不同批次构件按照安装时间由晚至早的原则先后装载。
72.s103，将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案。
73.在本技术实施例中，装载方案中包括装载信息；装载信息至少包括以下一项：载体的数量信息、载体的规格信息、构件装载序列信息和各个钢构件在载体内的摆放位置信息。
74.在一种可能的实现方式中，在将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案之前，本技术实施例提供的布局优化方法还包括以下步骤：
75.读取与多个钢构件装载相关联的装载信息；
76.装载信息至少包括以下一项：
77.任意一个钢构件的规格信息、多个钢构件的数量信息和多个钢构件之间的安装顺序信息。
78.在一种可能的实现方式中，在将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案之后，本技术实施例提供的布局优化方法还包括以下步骤：
79.读取装载方案中的装载关联信息；
80.装载关联信息至少包括以下一项：
81.载体的数量信息、载体的规格信息、构件装载序列信息和各个钢构件在载体内的摆放位置信息。
82.如图2所示，是本技术实施例具体应用场景下的钢构件运输载体内部空间的布局优化方法的流程示意图。
83.如图2所示，在该具体应用场景下的布局优化方法包括以下步骤：
84.步骤1：装载问题建模，将钢构件运输载体空间优化问题抽象为多物品单载体三维装载问题，定义模型输入、模型约束与优化目标；
85.所述模型输入为：载体规格l
×w×
h待载构件批次m个，构件种类数n，第j批次的第i种构件的规格li×
wi×hi
(i＝1，2，...，n)与数量n
i，j
(i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，m)上述m个批次安装先后顺序s为sm，s
m-1
，...，s1，则其对应的装载顺序bn为m，m-1，...，1即需要先安装的最后进行装载。
86.模型输入为载体规格，待载构件批次、规格与数量，以及批次安装顺序；
87.模型约束包括：
88.空间约束，即所放置构件边界不可超出载体边界，同一平面构件之间不可重叠；
89.稳定性约束：上层构件必须被下层构件支撑，不可悬空；
90.批次顺序约束：同一批次构件靠近放置，不同批次构件按照安装时间由晚至早的原则先后装载。
91.步骤2：问题降维，通过将相同规格物品进行堆叠构造近似等高堆，并对不等高堆参照等高堆高度进行分割，从而使得高度信息被忽略，将三维装载问题转化为二位平面优化问题，降低处理难度，提升算法计算效率；
92.步骤3：平面布局优化，结合底角放置思想与贪心算法，基于步骤1所述模型约束，生成在体内部空间装载布局方案。
93.步骤3具体实现方法如下：
94.步骤3.1：将每种构件按照安装批次分别堆叠，根据载体高度计算堆中同种构件个数最大值与堆数；装载顺序为bn的第i种构件的堆数记为k
i，bn
(i＝1，2，...，n；bn＝1，2，...，m)
95.步骤3.2：初始化载体二维平面，对于平面内存在的两个底角，针对当前批次bn中的第i种不同构件，计算在当前选定角以不同方式放置当前批次中选定类型构件对应的穴度，选择穴度最小的角及放置方式；
96.角为构件侧壁与相邻构件或载体内壁形成的角，穴度为构件放置后其左右两侧距其他构件或载体内壁的水平距离的最小值其中，d
min
表示该构件与其他构件或载体壁的最小值；
97.步骤3.3：重新统计载体内存在的角，对于每个角，计算在该角以不同方式放置每种构件时对应的穴度，选择穴度最小的构件及放置方式占据该角；
98.步骤3.4：重复步骤3.3，直到该批次构件全部装载，即i＝n，或载体空间无法放置当前同批次中的剩余构件，由此获得放置不同初始构件种类的装载序列q
i，bn
；
99.步骤3.5：计算步骤3.4所生成的不同装载序列的空缺v
i，bn
，选择空缺最小的装载序列作为当前批次的最优构件装载方式及最佳空间布局策略；空缺v
i，bn
为二维平面内钢构件之间空隙所占面积总和；
100.步骤3.6：若仍有未进行布局规划的批次，即bn《m，则重复步骤3.3～步骤3.5，否则结束。
101.如图3所示，是本技术实施例具体应用场景下的钢构件装载平面布局优化策略的流程示意图。基于图3的详细描述，参见前述图1和图2的相同或相似描述，在此不再赘述。
102.在本技术实施例中，构建初始装载模型，初始装载模型用于对钢构件运输载体内部空间进行布局优化的装载模型；根据第一预设方式，对初始装载模型进行第一级的优化处理，得到第一优化装载模型，第一预设方式用于将钢构件的三维装载方式转换为对应的钢构件的二维装载方式；根据第二预设方式，对第一优化装载模型进行第二级的优化处理，得到优化后的装载模型，第二预设方式用于进行平面布局优化；以及将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案。采用本技术实施例提供的布局优化方法，由于本技术引入了初始装载模型，并通过两级优化处理，得到优化后的装载模型；这样，将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化后的装载模型中进行处理，能够自动生成对应的装载方案；从而，提高载体空间利用率，提升了钢构件装卸、运输过程中的自动化水平，进而大大地提升了货运效率。
103.下述为本发明钢构件运输载体内部空间的布局优化装置实施例，可以用于执行本发明钢构件运输载体内部空间的布局优化方法实施例。对于本发明钢构件运输载体内部空间的布局优化装置实施例中未披露的细节，请参照本发明钢构件运输载体内部空间的布局优化方法实施例。
104.请参见图4，其示出了本发明一个示例性实施例提供的钢构件运输载体内部空间的布局优化装置的结构示意图。该钢构件运输载体内部空间的布局优化装置可以通过软
件、硬件或者两者的结合实现成为终端的全部或一部分。该钢构件运输载体内部空间的布局优化装置包括构建模块10、优化模块20和处理模块30。
105.具体而言，构建模块10，用于构建初始装载模型，初始装载模型用于对钢构件运输载体内部空间进行布局优化的装载模型；
106.优化模块20，用于根据第一预设方式，对初始装载模型进行第一级的优化处理，得到第一优化装载模型，第一预设方式用于将钢构件的三维装载方式转换为对应的钢构件的二维装载方式；以及
107.根据第二预设方式，对第一优化装载模型进行第二级的优化处理，得到优化后的装载模型，第二预设方式用于进行平面布局优化；
108.处理模块30，用于将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化模块20处理优化得到的优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案。
109.可选的，优化模块20具体用于：
110.获取预设底角放置规则、与初始装载模型关联的模型约束条件和预设平面布局优化模型；
111.根据预设底角放置规则、模型约束条件和预设平面布局优化模型，对第一优化装载模型进行第二级的优化处理，得到优化后的装载模型。
112.可选的，所述装置还包括：
113.第一配置模块(在图3中未示出)，用于配置与初始装载模型关联的模型约束条件；
114.第一配置模块配置的模型约束条件包括用于进行空间约束的第一模型约束子条件、用于进行稳定性约束的第二模型约束子条件和用于进行批次顺序约束的第三模型约束子条件。
115.可选的，所述装置还包括：
116.第一读取模块(在图3中未示出)，用于在处理模块30将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案之前，读取与多个钢构件装载相关联的装载信息；
117.第一读取模块读取出的装载信息至少包括以下一项：任意一个钢构件的规格信息、多个钢构件的数量信息和多个钢构件之间的安装顺序信息。
118.可选的，所述装置还包括：
119.第二读取模块(在图3中未示出)，用于在处理模块30将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案之后，读取装载方案中的装载关联信息；
120.第二读取模块读取出的装载关联信息至少包括以下一项：
121.载体的数量信息、载体的规格信息、构件装载序列信息和各个钢构件在载体内的摆放位置信息。
122.可选的，优化模块20具体用于：
123.将具有相同规格的钢构件进行堆叠及构造，得到对应的等高堆；
124.将等高堆的高度作为参考高度；
125.基于参考高度，对由多个相同规格的钢构件构成的不登高堆进行分割处理。
126.可选的，所述装置还包括：
127.第二配置模块(在图3中未示出)，用于在构建模块10构建初始装载模型之前，配置初始装载模型的模型输入参数；
128.第二配置模块配置的模型输入参数包括以下至少一项：
129.载体规格、待载构件批次、待载构件规格、待载构件数量和批次安装顺序。
130.需要说明的是，上述实施例提供的钢构件运输载体内部空间的布局优化装置在执行钢构件运输载体内部空间的布局优化方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的钢构件运输载体内部空间的布局优化装置与钢构件运输载体内部空间的布局优化方法实施例属于同一构思，其体现实现过程详见钢构件运输载体内部空间的布局优化方法实施例，这里不再赘述。
131.在本技术实施例中，构建模块用于构建初始装载模型，初始装载模型用于对钢构件运输载体内部空间进行布局优化的装载模型；优化模块用于根据第一预设方式，对初始装载模型进行第一级的优化处理，得到第一优化装载模型，第一预设方式用于将钢构件的三维装载方式转换为对应的钢构件的二维装载方式；根据第二预设方式，对第一优化装载模型进行第二级的优化处理，得到优化后的装载模型，第二预设方式用于进行平面布局优化；以及处理模块用于将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化模块处理优化得到的优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案。采用本技术实施例提供的布局优化装置，由于本技术引入了初始装载模型，并通过两级优化处理，得到优化后的装载模型；这样，将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化后的装载模型中进行处理，能够自动生成对应的装载方案；从而，提高载体空间利用率，提升了钢构件装卸、运输过程中的自动化水平，进而大大地提升了货运效率。
132.在一个实施例中，提出了一种计算机设备，计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：构建初始装载模型，初始装载模型用于对钢构件运输载体内部空间进行布局优化的装载模型；根据第一预设方式，对初始装载模型进行第一级的优化处理，得到第一优化装载模型，第一预设方式用于将钢构件的三维装载方式转换为对应的钢构件的二维装载方式；根据第二预设方式，对第一优化装载模型进行第二级的优化处理，得到优化后的装载模型，第二预设方式用于进行平面布局优化；以及将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案。
133.在一个实施例中，提出了一种存储有计算机可读指令的存储介质，该计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行以下步骤：构建初始装载模型，初始装载模型用于对钢构件运输载体内部空间进行布局优化的装载模型；根据第一预设方式，对初始装载模型进行第一级的优化处理，得到第一优化装载模型，第一预设方式用于将钢构件的三维装载方式转换为对应的钢构件的二维装载方式；根据第二预设方式，对第一优化装载模型进行第二级的优化处理，得到优化后的装载模型，第二预设方式用于进行平面布局优化；以及将与多个钢构件装载相关联的装载信息均输入至优化后的装载模型中进行处理，生成对应的装载方案。
134.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以
通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，前述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)等非易失性存储介质，或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
135.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
136.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。