(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111367412.5 (22)申请日 2021.11.18 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七0四研 究所 地址 200031 上海市徐汇区衡山路10号 (72)发明人 庄加兴　刘彬　张程　陈忠言　 缪凯祥　印曦　董九洋　范松伟　 章建峰　杨祯　 (74)专利代理 机构 上海申汇 专利代理有限公司 31001 代理人 翁若莹　徐颖 (51)Int.Cl. G06Q 50/02(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 10/04(2012.01)G06N 3/00(2006.01) G06N 3/12(2006.01) G06N 20/00(2019.01) (54)发明名称 深海采矿综合控制系统资源调度优化方法 (57)摘要 本发明涉及一种深海采矿综合控制系统资 源调度优化方法， 针对不同作业需求(作业时间、 作业能耗、 作业完成度)最优化深海采矿作业资 源调度策略， 设计适应性函数， 构建采矿车作业 调度模型， 并给出模型切换策略。 针对传统遗传 算法中存在的易陷入局部最优解和后期收敛速 度慢的问题， 将粒子群算法与遗传算法融合， 用 粒子群算法的进化公式来代替传统遗传算法中 的变异算子， 增强了局部搜索能力与 收敛速度， 实现了采矿作业资源的合理调度与分配并实现 三种调度模 型的自由切换， 合理调度与分配了采 矿作业资源， 这对于优化深海采矿作业资源分配 策略、 提高深 海采矿作业系统综合控制及调度指 挥技术具有极高的价 值和意义。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 113989062 A 2022.01.28 CN 113989062 A 1.一种深海 采矿综合控制系统资源调度优化方法， 其特 征在于， 具体包括如下步骤： 1)设定初始化条件， 包括： 采矿车数量、 采矿车开采速度、 采矿车开采能耗power、 采矿 点数量M、 采 矿任务量； 2)初始化粒子群， 将采矿车在每个开采点的作业时间所构成的行向量定义为一个粒 子， 则该粒子的维数D为采矿车数量与开采点数量的乘积； 粒子群的种群规模视所需训练的 粒子数量自行拟定， 粒子速度代表粒子群在训练与学习过程中采矿时间的变化速度及方 向， 粒子位置代表采矿车在各个开采点的采矿时间； 据此粒子群初始 化参数包括： 学习因子 c1、 c2、 惯性因子w、 粒子维数D、 迭代次数L、 种群规模sizepop、 粒子速度最大值Vmax、 粒子速 度最小值Vmin、 粒子位置最大值popmax、 粒子位置最小值popmin、 粒子初始位置popini、 粒子初 始速度Vini； 遗传算法初始化参数包括： 杂交概率pc、 变异概率pm； 杂交概率pc与种群规模sizepop 之积为杂交池 大小， 同理变异概率pm与种群规模sizepop之积为变异池 大小； 采用杂交或变 异产生的新粒子取代上一迭代过程中根据粒子群算法进化 生成的粒子群； 3)采矿车开采速度、 开采能耗、 采矿任务量三个作 业指标分别与作 业时间time、 作业能 耗、 作业完成度er ror相对应， 进行适应性 函数设计； 4)将当前适应度最高的粒子记录为暂时的最优可 行解gbest； 5)循环迭代搜索新粒子， 并计算适应度数值pbest， 若出现适应度值优于之前记录的粒 子， 则把新的粒子记为 最优可行解gbest； 6)每次迭代都按照粒子群算法进行搜索， 在搜索完毕后， 对粒子进行交叉变异的操作， 变异概率为pm， 并记录交叉变异后的全局最优解gbest； 7)判断迭代终止条件， 若不满足迭代终止条件， 跳转至步骤5)继续迭代搜索， 若满足迭 代终止条件， 则终止迭代， 输出全局最优解gbest作为调度策略。 2.根据权利要求1所述深海采矿综合控制系统资源调度优化方法， 其特征在于， 所述步 骤3)适应性 函数为： 其中j为粒子行向量的索引值， 从1变化至粒子维度D， 以累加所有采矿车在各个开采点 的作业时间之和； n为开采点索引值， 从1变化至开采点数量M， 以累加各个开采点未完成的 开采量之和； α1， α2， α3为适应度函数内的作业时间、 作业能耗、 作业完成度对应的优化参数， 1/10,1/1000,1/10三个 常量以调整量纲， 以归一化作业时间、 作业能耗、 作业完成度三项指 标的数值， 保证适应度函数内各个分项的量级平衡。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 113989062 A 2深海采矿综合控制系统资源调度优化方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种控制管理技术， 特别涉及 一种深海采矿 综合控制系统资源调度优 化方法。 背景技术 [0002]国际海底区域内蕴藏着丰富的战略金属资源， 包括多金属结核、 富钴结核、 多金属 硫化物等， 主要分布于水深8 00～6000m的海底表层。 新能源新型产业的高速发展， 对关键矿 产资源的需求日益增 加。 [0003]深海采矿船是深海矿物开采系统中最为重要的水面支持系统， 为采矿作业提供生 产支持和矿物存储。 深海采矿综合控制系统作为整个深海采矿船 的顶层控制系统， 负责采 矿作业多子系统的监测、 控制、 指挥、 调度和管理等任务， 能够实现包括深海采矿船动力系 统、 推进系统、 航行系统、 动力定位系统、 环境监测系统、 矿物输送系统、 矿物采集系统、 矿物 处理系统、 布放回收系统、 水下通导系统等各系统的集成监测与智能化控制， 为作业人员提 供智能化的多系统协同作业方案， 同时提供智能化辅助决策建议， 有效提高工作效率。 [0004]目前国内外在深海采矿过程中对各个作业子系统的综合监测与控制系统研制方 面仍处于起步阶段， 仅涉及对布放回收、 矿物输送、 水下作业设备等作业子系统的单独操 控， 各作业子系统间缺乏作业信息与作业流程的交互。 该种作业方式下各系统间耦合度低， 效率不高， 作业 成本增加， 无法适用于大规模深海开采工作， 因此加快深海采矿综合控制系 统的研制便 显得极为重要。 [0005]对于深海采矿作业任务来说， 可用的资源包括布放点、 存储仓、 操作人员、 采矿设 备等， 依托现有作业资源合理分配作业任务， 根据生成的最优策略综合调度各个采矿子系 统及相关 设备， 实现多系统协同控制， 是综合控制系统的功能核心所在。 发明内容 [0006]针对深海采矿作业过程中各系统相对独立、 监测与 控制不集中、 作业效率低问题， 提出了一种深海采矿综合控制系统资源调 度优化方法， 以实现深海采矿多系统综合监测与 协同控制， 提高深海 采矿的作业效率及作业可靠性。 [0007]本发明的技术方案为： 一种深海采矿综合控制系统资源调度优化方法， 具体包括 如下步骤： [0008]1)设定初始化条件， 包括： 采矿车数量、 采矿车开采速度、 采矿车开采能耗power、 采矿点数量M、 采 矿任务量； [0009]2)初始化粒子群， 将采矿车在 每个开采点的作业时间所构成的行向量定义为一个 粒子， 则该粒子的维数D为采矿 车数量与开采点数量的乘积； 粒子群的种群规模视所需训练 的粒子数量自行拟定， 粒子速度 代表粒子群在训练与学习过程中采矿时间的变化速度及方 向， 粒子位置代表采矿车在各个开采点的采矿时间； 据此粒子群初始 化参数包括： 学习因子 c1、 c2、 惯性因子w、 粒子维数D、 迭代次数L、 种群规模sizepop、 粒子速度最大值Vmax、 粒子速说　明　书 1/6 页 3 CN 113989062 A 3