本发明涉及装载，具体地，涉及一种火车装载库区材料的自动指令计算方法及系统。
背景技术：
1、目前，当火车车厢需要装载袋装和散装混合货物时，通常的做法是在铁路两侧建立仓库。火车车厢驶入仓库后，工人控制停车位置，然后由工人向火车车厢内装载货物，并手工铺设内网。这种人工装载的方式不仅效率低，而且存在安全隐患。现有技术方案中，虽然部分环节采用了机械化装载，但仍然依赖人工核对计划、分配指令。整个装载过程费时费力，效率不尽如人意，并同样存在一定的安全隐患。
2、在公开号为cn115947235a的中国专利文献中，公开了一种火车装载防偏载装置、控制方法及行车。该装置包括：图像采集分析系统、传动控制系统、防摇摆装置；图像采集分析系统用于拍摄吊物及火车车厢的位置图像，并通过图像分析得出吊物的位置信息；传动控制系统用于根据图像采集分析系统反馈的吊物的位置信息，发出指令控制行车进行移动，以使吊物的位置达到所需的落点位置要求；防摇摆装置设置于行车上，用于稳定吊物。但该专利文献主要是为了防止在装载过程中出现的偏载情况，仍无法解决上述问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种火车装载库区材料的自动指令计算方法及系统。
2、根据本发明提供的一种火车装载库区材料的自动指令计算方法，包括：
3、步骤s1：采集并处理相关数据；
4、所述数据包括火车车厢的装车计划和约束条件；
5、步骤s2：基于图神经网络得到评价结果；
6、步骤s3：计算预设库位中库位单元的参数，生成完整的装载指令。
7、优选的，所述步骤s1包括以下子步骤：
8、步骤s1.1：采集所有火车车厢的装车计划，根据约束条件将装车计划拆分为车厢内具体装车需求；所述装车计划包括不同的材料规格和不同的材料数量；所述约束条件包括载重平衡要求；所述具体装车需求包括指定的材料规格、材料数量、材料层号、材料层内位置和材料层内顺序；
9、步骤s1.2：根据车厢内具体装车需求的材料规格和材料数量，查找库区内库位堆放的材料规格和材料数量，得到多对多的车厢和库位的匹配关系。
10、优选的，所述步骤s2包括以下子步骤：
11、步骤s2.1：构建车厢节点集合和库位节点集合的二分图；
12、其中，车厢节点集合库位节点集合存在匹配关系的连接边集合e＝{(ci,sj),...}；
13、当ci和sj存在匹配的材料规格和数量时，则该边存在；
14、其中，ci是第i个车厢的信息向量，所述车厢的信息向量包括三维坐标和已装层数；sj是第j个库位的信息向量，所述库位的信息向量包括三维坐标、剩余层数和材料在库时间；1≤i≤nc，1≤j≤ns，nc为所有车厢的数量，ns为所有库位的数量；
15、步骤s2.2：基于图结构，计算车厢节点的相邻节点聚合信息；
16、从某一车厢节点出发，找到存在连接边的库位节点，计算从库位节点返回车厢节点的信息并作为第一信息，且：
17、mc←s＝w1hs+w2f(hc,hs)；
18、从某一车厢节点出发，找到所有存在连接边的库位节点，计算得到若干第一信息，将第一信息的结果相加，作为第二信息，且：
19、
20、计算从车厢节点返回车厢自身的信息，作为第三信息，且：
21、mc←c＝w3hc；
22、基于第二信息和第三信息，对物理空间接近的车厢节点做卷积计算，将得到的结果作为车厢节点的相邻节点聚合信息：
23、
24、其中，mc←s为第一信息，表示从库位节点s到车厢节点c之间的特征；mc←c为第三信息，表示车厢节点c自身连接保留的特征；hc为车厢节点的节点表示；hs为库位节点的节点表示；nc为车厢节点的相邻节点聚合信息；函数f(·)计算hc和hs之间的关联性；函数g(·)为卷积计算，引入车厢点集内的局部特征；w1，w2，w3为可训练权重矩阵；
25、步骤s2.3：在图神经网络中，根据车厢节点的相邻节点聚合信息，更新该车厢节点的节点表示，并传播给下一层网络：
26、
27、其中，为第l+1层车厢节点的节点表示，为第l层车厢节点的相邻节点聚合信息，w(l)为第l层的可训练权重矩阵，b(l)为第l层的偏置参数，函数σ(·)为激活函数；
28、步骤s2.4：平衡传播网络的特征，综合各层的车厢节点的节点表示，得到车厢节点的最终节点表示：
29、
30、其中，为车厢节点的最终节点表示，α(l)为第l层的可训练参数，l为传播网络的总层数，为第l层车厢节点的节点表示；
31、步骤s2.5：计算得到库位节点的最终节点表示
32、步骤s2.6：计算车厢节点的最终节点表示和库位节点的最终节点表示的相似性，将得到的评价结果作为选择的库位。
33、优选的，所述步骤s3包括以下子步骤：
34、步骤s3.1：在选择的库位内，计算吸盘边吸特性满足车厢装载条件的库位单元；
35、步骤s3.2：将库位单元作为指令起吊位，将车厢内具体位置作为指令卸下位，生成完整的装载指令。
36、优选的，所述步骤s3.1包括以下子步骤：
37、步骤s3.1.1：获取所选库区垛位的最上层库位单元的规格属性，根据吸盘边吸特性，计算库位单元的边吸范围；所述吸盘边吸特性包括吸盘在吊卸棒材时的吸取方式；所述吸取方式包括左对齐或右对齐；所述边吸范围包括边吸特性集合；
38、步骤s3.1.2：获取车厢内具体装车需求，在满足不触碰车厢的前提下，计算边吸范围；
39、步骤s3.1.3：将库位单元的边吸范围与车厢内的边吸范围做匹配处理，调整边吸方向。
40、根据本发明提供的一种火车装载库区材料的自动指令计算系统，包括：
41、模块m1：采集并处理相关数据；
42、所述数据包括火车车厢的装车计划和约束条件；
43、模块m2：基于图神经网络得到评价结果；
44、模块m3：计算预设库位中库位单元的参数，生成完整的装载指令。
45、优选的，所述模块m1包括以下子模块：
46、模块m1.1：采集所有火车车厢的装车计划，根据约束条件将装车计划拆分为车厢内具体装车需求；所述装车计划包括不同的材料规格和不同的材料数量；所述约束条件包括载重平衡要求；所述具体装车需求包括指定的材料规格、材料数量、材料层号、材料层内位置和材料层内顺序；
47、模块m1.2：根据车厢内具体装车需求的材料规格和材料数量，查找库区内库位堆放的材料规格和材料数量，得到多对多的车厢和库位的匹配关系。
48、优选的，所述模块m2包括以下子模块：
49、模块m2.1：构建车厢节点集合和库位节点集合的二分图；
50、其中，车厢节点集合库位节点集合存在匹配关系的连接边集合e＝{(ci,sj),...}；
51、当ci和sj存在匹配的材料规格和数量时，则该边存在；
52、其中，ci是第i个车厢的信息向量，所述车厢的信息向量包括三维坐标和已装层数；sj是第j个库位的信息向量，所述库位的信息向量包括三维坐标、剩余层数和材料在库时间；1≤i≤nc，1≤j≤ns，nc为所有车厢的数量，ns为所有库位的数量；
53、模块m2.2：基于图结构，计算车厢节点的相邻节点聚合信息；
54、从某一车厢节点出发，找到存在连接边的库位节点，计算从库位节点返回车厢节点的信息并作为第一信息，且：
55、mc←s＝w1hs+w2f(hc,hs)；
56、从某一车厢节点出发，找到所有存在连接边的库位节点，计算得到若干第一信息，将第一信息的结果相加，作为第二信息，且：
57、
58、计算从车厢节点返回车厢自身的信息，作为第三信息，且：
59、mc←c＝w3hc；
60、基于第二信息和第三信息，对物理空间接近的车厢节点做卷积计算，将得到的结果作为车厢节点的相邻节点聚合信息：
61、
62、其中，mc←s为第一信息，表示从库位节点s到车厢节点c之间的特征；mc←c为第三信息，表示车厢节点c自身连接保留的特征；hc为车厢节点的节点表示；hs为库位节点的节点表示；nc为车厢节点的相邻节点聚合信息；函数f(·)计算hc和hs之间的关联性；函数g(·)为卷积计算，引入车厢点集内的局部特征；w1，w2，w3为可训练权重矩阵；
63、模块m2.3：在图神经网络中，根据车厢节点的相邻节点聚合信息，更新该车厢节点的节点表示，并传播给下一层网络：
64、
65、其中，为第l+1层车厢节点的节点表示，为第l层车厢节点的相邻节点聚合信息，w(l)为第l层的可训练权重矩阵，b(l)为第l层的偏置参数，函数σ(·)为激活函数；
66、模块m2.4：平衡传播网络的特征，综合各层的车厢节点的节点表示，得到车厢节点的最终节点表示：
67、
68、其中，为车厢节点的最终节点表示，α(l)为第l层的可训练参数，l为传播网络的总层数，为第l层车厢节点的节点表示；
69、模块m2.5：计算得到库位节点的最终节点表示
70、模块m2.6：计算车厢节点的最终节点表示和库位节点的最终节点表示的相似性，将得到的评价结果作为选择的库位。
71、优选的，所述模块m3包括以下子模块：
72、模块m3.1：在选择的库位内，计算吸盘边吸特性满足车厢装载条件的库位单元；
73、模块m3.2：将库位单元作为指令起吊位，将车厢内具体位置作为指令卸下位，生成完整的装载指令。
74、优选的，所述模块m3.1包括以下子模块：
75、模块m3.1.1：获取所选库区垛位的最上层库位单元的规格属性，根据吸盘边吸特性，计算库位单元的边吸范围；所述吸盘边吸特性包括吸盘在吊卸棒材时的吸取方式；所述吸取方式包括左对齐或右对齐；所述边吸范围包括边吸特性集合；
76、模块m3.1.2：获取车厢内具体装车需求，在满足不触碰车厢的前提下，计算边吸范围；
77、模块m3.1.3：将库位单元的边吸范围与车厢内的边吸范围做匹配处理，调整边吸方向。
78、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
79、1、本发明通过构建车厢和库位的图结构，并经过图神经网络对相邻节点信息的层层提取，解决了车厢和库位匹配关系的选择问题；通过匹配吸盘边吸特性，解决了吸取位置周围的干扰问题，同时也减少了吊具的旋转角度。
80、2、本发明提高了火车装载的效率以及准确率，同时节约了劳动力资源，把工人从高强度劳动和恶劣劳动环境中解放出来，具有较为广阔的发展和应用前景。
81、本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
1.一种火车装载库区材料的自动指令计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种火车装载库区材料的自动指令计算方法，其特征在于，所述步骤s1包括以下子步骤：
3.根据权利要求1所述的一种火车装载库区材料的自动指令计算方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下子步骤：
4.根据权利要求3所述的一种火车装载库区材料的自动指令计算方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下子步骤：
5.根据权利要求4所述的一种火车装载库区材料的自动指令计算方法，其特征在于，所述步骤s3.1包括以下子步骤：
6.一种火车装载库区材料的自动指令计算系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种火车装载库区材料的自动指令计算系统，其特征在于，所述模块m1包括以下子模块：
8.根据权利要求6所述的一种火车装载库区材料的自动指令计算系统，其特征在于，所述模块m2包括以下子模块：
9.根据权利要求8所述的一种火车装载库区材料的自动指令计算系统，其特征在于，所述模块m3包括以下子模块：
10.根据权利要求9所述的一种火车装载库区材料的自动指令计算系统，其特征在于，所述模块m3.1包括以下子模块：
