一种基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划方法，其特征是包含如下步骤：1、利用滚动式与优化的方法将车队作业时间划分成若干个时间片段；2、在每个时间节点获取未来几个时间片的内配送成本矩阵；3、利用配送成本矩阵建立基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划模型；4、利用甩挂运输动态路径规划模型求解未来几个时间片内的最优方案；5、随机生成初始解，对初始解利用模拟退火算法进行迭代求解，从而获得最优解，并执行。本发明能够对甩挂运输动态路径规划问题进行结构化决策，并快速给出动态路径规划的方案，提高路径规划方案的实时性、合理性和准确性，并降低运输成本。
【专利说明】
-种基于滾动时域优化的甩控运输动态路径规划方法
技术领域
[0001] 本发明设及滚动式与优化方法，具体来说是一种基于滚动时域优化的甩挂运输动 态路径规划方法，属于组合优化、动态决策或动态规划领域。
【背景技术】
[0002] 甩挂运输是指牵引车在货物装卸作业点卸下自身携带的挂车，并换上其他挂车继 续运行的物流组织方式。甩挂运输已经在国际上得到了广泛的推广应用，实践证明是一种 高效、绿色、先进的货物运输组织方式，对降低物流成本，推动现代物流发展，提高国家整体 经济运行质量，都有重要意义。
[0003] 静态甩挂运输路径规划问题通杨可W描述如下：利用牵引车拖带挂车，从车场出 发按计划访问甩挂运输用户，完成全部访问要求后回到车场。其中甩挂运输用户的需求可 W分为两类:单独需要牵引车访问和需要牵引车拖带挂车共同访问。同时，牵引车的拖挂操 作仅能在特定站点完成。问题旨在通过构造合适的车辆行驶路线和甩挂方法，在满足相关 约束条件的同时，使总配送成本最小。
[0004] 目前，国内外对于集装箱定挂运输问题的相关研究较多，但专口研究甩挂运输调 度问题的文献相对较少；同时对于甩挂运输调度问题的研究任主要W静态的环境下的路径 规划及运输模式设计为主，对于动态和不确定环境下的相关研究较少，对调度过程中配送 系统各部分间的协同性也未作充分考虑，因而研究成果难W有效应对实际配送环境变化带 来的影响。而动态调度的核屯、人任务是在使调度方案在面对时变的、复杂的实际实施环境 时，能够更好地实现方案与实施的协同，取得最佳的实际执行效果。
【发明内容】
[0005] 本发明为了减少车队实际运行过程中与路径规划方案产生的偏差，克服现有路径 规划方法存在的不足之处，提出一种基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划方法，W 期能对基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划问题进行结构化决策，并快速给出动态 路径规划的方案，从而提高路径规划方案的实时性、合理性和准确性、并降低运输成本。
[0006] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0007] 本发明一种基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划方法的特点是:应用于由 1个车场A、R个目标节点化、V个路网节点化W及P辆牵引车所在位置节点S所组成的配送服务 区域中，将所述配送服务区域的外接正方形的一个顶点设为坐标原点0,将与所述坐标原点 O相连的水平和垂直方向上的两条邻边分别设置为X轴和y轴，从而构成直角坐标系xoy;在 所述坐标系xoy中：
[000引定义车场A的位置为(x0，y0)，定义所述P辆牵引车均从所述车场A的位置(x0，y0)中 出发;将所述P辆牵引车记夫
i《p《p，kW表示第P辆牵引 车；
[0009]将R个目标节点记天
t示第r个目 标节点，第r个目标节点巧W的位置记为(xr，yr);将第r个目标节点巧W的最早访问时间记为 er;将第r个目标节点听侦最迟访问时间记为lr;er和Ir构成目标节点的时间窗[er，lr];
[0010] 将V个路网节点化
I示 第V个路网节点;第V个路网节点CZfW的位置记为(XR+v，yR+v);
[0011] 将P辆牵引车K所在位置节点记为S= {s(R弗，s(R+v+2)，…，sfR+v+p;，…，s(R+vw}，s (R 表示第R+V+p个节点，表示第P辆牵引车KW所在位置;第P辆牵引车KW所在位置节点SW "+P)的位置记为（XR+V+p，yR+V+p);
[001^ 将所述1个车场A，R个目标节点Ui，V个路网节点U2，P辆牵引车所在位置节点S，记为 点集U= {A,Ui，化，S}，则所述车场A表示第0个节点；R个目标节点化表示第1个节点至第R个 节点;V个路网节点化表示第R+1个节点至第R+S个节点;P辆牵引车所在位置节点S表示第R+ V+1节点至第R+V+P个节点；
[0013]定义边集E= Ki，j> I i jGU，i声j}表示所述点集U中任意两个节点的直线路径集 合，<i，j>表示任意第i个节点和任意第j个节点之间的直线路径;记所述点集U中任意两个 节点间的配送成本矩阵为C，且C= kij I i，jGU，i刮'} ;ci康示第i个节点和第j个节点之间 的配送成本；
[0014]所述基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划方法是按如下步骤进行：
[001引步骤1、将所有牵引车K的作业时间[0，max Ir]等间隔划分成N个连续的时间片段， 记为{[0, A t]，[ A t，2 A t]，...，[(n-l) At，nA t]，...，[(N-l) A t，maxlr]};其中[(n-1) A t，n A t ]表示第n个时间片段；A t表示所划分的间隔；
[00W 步骤2、令n = l;对第n到第n+m个时间段[(n-1) A t, (n+m) A t]内车辆的实际行驶 路线进行规划；为时间片段总数；
[0017]步骤3、令第ri到第n+m个时间段[(n-1) At, (n+m) At]内第P辆牵引车KW所在初始 位置节点Sf+S+W = ^ (X。，丸）；从而初始化所有牵引车所在初始位置节点；
[001引步骤4、获得第ri到第n+m个时间段[(n-1) A t，（n+m) A t]内所述第i个节点和第j个 节点之间的配送成本冲|，从而获得配送成本矩阵Cn;
[0019] 步骤5、根据第P辆牵引车所要访问的目标节点，按照所要访问的目标节点的最 早访问时间的先后顺序，将落入第n到第n+m个时间段[(n-1) A t，（n+m) A t]内的所有目标 节点依次组成第P辆牵引车K W的初始访问序列巧f9;
[0020] 步骤6、取出第P辆牵引车的初始访问序列^'中的最后一个目标节点作为目 的节点，记为;从而形成更新的访问序列;
[0021] 步骤7、根据第P辆牵引车所在初始位置节点5fw+P；)、配送成本矩阵Cn、访问序 列却'"、目的节点勾;)建立基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划模型；
[0022] 步骤8、随机生成第n次初始解Xn;
[0023] 步骤9、利用模拟退火算法对所述第n次初始解Xn进行迭代求解，获得第n次最优 解；
[0024] 步骤10、将n+1赋值给n;
[00剧步骤11、更新第n到第n+m个时间段[(n-1) At，（n+m) At]内第P辆牵引车所在 位置节点WW)、配送成本矩阵Cn;
[0026] 步骤12、在第n-1个时间段[(n-2) At，（n-1) At]结束前，获取第P辆牵引车K<P>在 第n到第n+m个时间段[(n-l)At，（n+m) At]内的访问序列巧所述访问序列/乃"1包括:第 n-1个时间段[(n-2) At, (n-1) At]内未完成访问的目标节点W及第P辆牵引车所要访 问的目标节点的最早访问时间落入第n到第n+m个时间段[(n-1) A t, (n+m) A t]的目标节 占.
[0027] 步骤13、取出第n到第n+m个时间段[(n-1) At, (n+m) At]内第P辆牵引车的访 问序列片;的最后一个目标节点作为目的节点与;，，从而形成更新的访问序列邸;
[002引步骤14、根据第P辆牵引车所在初始位置节点SfWW、配送成本矩阵Cn、访问序 列、目的节点及；^^输入所述甩挂运输动态路径规划模型中；
[0029] 步骤15、随机生成第n次的初始解Xn,
[0030] 步骤16、利用模拟退火算法对所述第n次初始解Xn进行迭代求解，获得第n次最优 解；
[0031] 步骤17、判断n = N是否成立，若成立，则表示所有牵引车K完成作业；否则，返回步 骤10。
[0032] 本发明所述的基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划方法的特点是，所述步 骤7中的基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划的模型为：
[003；3] (1)目标函数：
[0034] 0)
[0035]
[0036] (2)
[0037] (巧
[003引 （4)
[0039] 燃
[0040] 銜）
[0041] (7)
[0042] (8)
[0043 (9)
[0044 (峭
[0045] 式（I)为目标函数，表示所述牵引车K的总配送成本最小化；当_4^=1时，表示第P 辆牵引车经过所述第i个节点与第j个节点之间直线路径〈i，j〉，当_4^ = 0时，表示第P辆 牵引车不经过所述第i个节点与第j个节点之间直线路径U J〉；
[0046] 式(2)表示第P辆牵引车必须从位置节点出发；当=1时，表示第P 辆牵引车KW经过位置节点皆~与第j个节点之间的路径〈皆"Wj〉苗峨-S",J.= 0时，表 示第P辆牵引车K<P>不经过位置节点与第j个节点之间的路径
[0047] 式(3)表示第P辆牵引车必须到达目的节点;当=1时，表示第P辆牵引车 经过第i个节点与目的节卢巧么间的路径(/，邱)〉;当.堪1=0时，表示第P辆牵引车K(P>不经 过第i个节点与目的节点左之间的路径<<'，￡；：>);
[004引式(4)为时间窗约束，表示令第P辆牵引车在位置节点皆的时间为当前时 间Time; 表示第P辆牵引车KW抵达位置节点"iW的时间.
[0049] 式(5)为表示当.Yf =1成立时，获得第P辆牵引车KW在第j个节点上的访问时间， ATi^表示表示第P辆牵引车抵达第i个节点的时间;Wi表示第P辆牵引车在第i个节点 的等待时间;ti康示第P辆牵引车从第i个节点出发到第j个节点间的行驶时间；.4巧''嗦 示表示第P辆牵引车K<P>抵达第j个节点的时间；
[0050] 式(6)为时间窗约束，表示第P辆牵引车到达第r个目标节点听惭时间在最早 访问er和最迟访问时间L之间；
[0051] 式(7)表示所有路网节点化和访问序列/^">中的目标节点满足出入平衡；二1表 示第P辆牵引车KW经过所述第i个节点与第W个节点之间直线路径〈i，w>，当.Tif j = 0时，表示 第P辆牵引车不经过所述第i个节点与第W个节点之间直线路径<i，w>;当.Yif=I时，表示 第P辆牵引车经过所述第W个节点与第j个节点之间直线路径<W，j>，当xif = 0时，表示第 P辆牵引车不经过所述第W个节点与第j个节点之间直线路径；
[0052] 式(8)表示访问序列好f中节点的拜访次序约束;所述J表示第P辆牵引车K(P> 到达访问序列/?"咕第Z个目标节点的时间；所述表示第P辆牵引车K<P>到达访问序 列//；；"中第Z+1个目标节点的时间；
[0053] 式(9)表示访问序列颗中的节点，仅被一辆牵引车次访问一次;当=.1肘，表示 第P辆牵引车经过所述第i个节点与第U个节点之间直线路径<i，u〉，当=0时，表示第 P辆牵引车不经过所述第i个节点与第U个节点之间直线路径<i，u>;当时，表示第 P辆牵引车经过所述第U个节点与第j个节点之间直线路径如，。，当_^^^=0时，表示第口 辆牵引车不经过所述第U个节点与第j个节点之间直线路径<u，j>;
[0054] 式（10)表示决策变量的取值为"0"或"r。
[0055] 与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0056] 1、本发明相比于静态甩挂运输路径规划方法，提出了将滚动时域优化方法运用到 解决动态的甩挂运输车辆调度问题，突破了原有的静态路径规划方法的局限性。基于滚动 时域优化的甩挂运输动态路径规划方法克服了其在路径规划方案执行过程中的控制方面 的不足，从而能够实时地、动态的生成路径规划方案，使路径规划方案能够更好地满足了实 际执行环境。
[0057] 2、本发明提出了滚动时域优化方法框架。滚动时域优化方法采用的是滚动式有限 时域优化策略，即全任务过程的优化策略不是一次性离线完成的，而是随着时间的推移反 复在线进行。具体的路径优化策略是在基于当前采样时刻的未来有限时间片段(优化时间 窗口）内进行，并在基于采样时间的优化时间窗口内执行路径优化结果。当下一个采样时刻 到来，运一优化时间窗口会同时移动，因此本滚动时域优化引入动态的配送成本，其动态性 体现在不同采样时刻动态成本矩阵也会时刻发生变化。为了简化模型，本发明规定从车队 执行任务开始，固定每间隔A t为一个采样时刻。
[0058] 3、本发明设计并建立了甩挂运输动态车辆路径规划方法模型，使得在每一个目标 优化时间窗口内，该模型可W得到规范化求解。模型的求解算法选取的是模拟退火算法，模 拟退火算法具有强鲁棒性、通用性的特点，从而可W快速的给出优化的路径规划方案。
[0059] 4、本发明通过动态的生成配送成本矩阵，实现了基于滚动时域优化的甩挂运输动 态路径规划方法的动态性。在事先约定好路面通杨情况下的路面成本的基础上，结合对未 来一段时间内路段的通行能力和状况的预测系数，便可W得到满足当前情况的动态路径成 本矩阵。运用动态路径成本矩阵可W很好地反应模型的动态性。
【附图说明】
[0060] 图1为本发明实施方法流程图；
[0061 ]图2为本发明基于滚滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划示意简图。
【具体实施方式】
[0062] 在本实施例中，一种基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划方法是应用于由 1个车场A、R个目标节点化、V个路网节点化W及P辆牵引车所在位置节点S所组成的配送服务 区域中，将配送服务区域的外接正方形的一个顶点设为坐标原点0,将与坐标原点O相连的 水平和垂直方向上的两条邻边分别设置为X轴和y轴，从而构成直角坐标系xoy;在坐标系 xoy 中：
[0063] 定义车场A的位置为(XO，yo)，定义P辆牵引车均从车场A的位置(XO，yo)中出发;将P 辆牵引车记为K=化W，k(2)，…，kW，…，kW}，i《p《p，kW表示第P辆牵引车;P辆牵引车与 P个牵引车所在位置节点一一对应；
[0064] 将R个目标节点记为^7l二的。パ2l，...パ"，…，t/^l}，l<パK，巧'')表示第r个目 标节点，第r个目标节点巧惭位置记为(Xr，yr);将第r个目标节点巧"的最早访问时间记为 er;将第r个目标节点的''侦最迟访问时间记为1。6沸^构成目标节点的时间窗[er，lr];
[0065] 将V个路网节点记为U;=护r"方f。，…瓜r'v..，巧化;乃，1如書八(/f…表示 第V个路网节点;第V个路网节点巧的位置记为(XR+v，yR+v);
[0066] 将P辆牵引车K所在位置节点记为S= {s(R弗，s(R+v+2)，…，sfR+v+p;，…，s(R+vw}，s (R 表示第R+V+p个节点，表示第P辆牵引车KW所在位置;第P辆牵引车KW所在位置节点SW "+P喻位置记为(邸+耐，71^叶）；口表示牵引车的数量，也表示牵引车所在位置节点的数量；
[0067] 将1个车场A，R个目标节点化，V个路网节点化，P辆牵引车所在位置节点S，记为点集 U= {A，Ui，U2，S}，则车场A表示第0个节点;R个目标节点化表示第1个节点至第R个节点;V个 路网节点化表示第R+1个节点至第R+S个节点；P辆牵引车所在位置节点S表示第R+V+1节点 至第R+V+P个节点；网络中一共R+V+P个节点.
[006引定义边集E = {< i，j〉I i，j G U，i声j}表示点集U中任意两个节点的直线路径集合， U，j〉表示任意第i个节点和任意第j个节点之间的直线路径;记点集U中任意两个节点间的 配送成本矩阵为C，且0=山1山，^'￡1]4声別如康示第1个节点和第^'个节点之间的配送成 本；
[0069] 本实施例中，如图1所示，基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划方法是按如 下步骤进行：
[0070] 步骤1、将所有牵引车K的作业时间[0，max Ir]等间隔划分成N个连续的时间片段， W牵引车访问最后一个目标节点作为全部任务的结束，运里max Ir的表示了全部任务可能 的最晚结束时间，记为{[0，At],[At,2At],.''，[(n-l)At,nAt],.''，[ (N-1) A t ,max Ir]};其中[(n-1) A t，n A t]表示第n个时间片段；A t表示所划分的间隔；
[0071 ] 步骤2、令n = 1;对第n到第n+m个时间段[(n-1) A t，（n+m) A t ]内车辆的实际行驶 路线进行规划；为时间片段总数;m的取值表示每次滚动规划m+1个时间段内的目 标节点；
[0072] 步骤3、令第n到第n+m个时间段[(n-1) A t，（n+m) A t]内第P辆牵引车所在初始 位置节点严SW = ^户。，从而初始化所有牵引车所在初始位置节点；牵引车最开始停 靠在车场，此步将获得所有牵引车所在初始位置节点；
[0073] 步骤4、获得第ri至Ij第n+m个时间段[(n-1) A t, (n+m) A t]内第i个节点和第j个节点 之间的配送成本Cf，从而获得配送成本矩阵Cn;获得配送成本矩阵Cn的方法:在事先约定好 路面通杨情况下的路面成本护的基础上，结合对未来一段时间内路段的通行能力和状况的 预测系数，便可W得到能够反应路段的通行能力和状况的的动态路径成本矩阵；
[0074] 步骤5、根据第P辆牵引车所要访问的目标节点，按照所要访问的目标节点的最 早访问时间的先后顺序，将落入第n到第n+m个时间段[(n-1) A t，（n+m) A t]内的所有目标 节点依次组成第P辆牵引车的初始访问序列巧
[0075] 步骤6、取出第P辆牵引车的初始访问序列中的最后一个目标节点作为目 的节点，记为怎fi;从而形成更新的访问序列片堪在巧的基础上，去掉了巧中的 最后一个目标节点所得到的；
[0076] 步骤7、根据第P辆牵引车所在初始位置节点&<,A+~配送成本矩阵Cn、访问序 列、目的节点￡!,"1建立基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划模型;利用动态路径 规划模型进行路径规划需要预先获取4个参数信息；
[0077] 步骤7中的基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划的模型为：
[007引 （1)目标函数：
[0079 H)
[0080
[0081 (2)
[0082 (3)
[0083 ㈱
[0084 (5)
[0085 (6)
[0086 巧
[0087 作）
[0088 餅
[0089 no)
[0090] 式（1)为目标函数，表示牵引车K的总配送成本最小化；当时，表示第P辆牵 弓阵经过第i个节点与第j个节点之间直线路径U J〉，当时，表示第P辆牵引车K W不经过第i个节点与第j个节点之间直线路径〈i，j〉；
[0091] 式(2)表示第P辆牵引车必须从位置节点出发；当时，表示第P 辆牵引车KW经过位置节点与第j个节点之间的路径〈sT'~')，./〉进喘U,-O时，表 示第P辆牵引车不经过位置节点~'i与第j个节点之间的路径
[0092] 式（3)表示第P辆牵引车必须到达目的节点怎;,"I;当=1时，表示第P辆牵引车K W经过第i个节点与目的节点蜂;之间的路径{/，马')〉;当锡=。时，表示第P辆牵引车K(P>不 经过第i个节点与目的节点居;，">之间的路径;
[0093] 式(4)为时间窗约束，表示令第P辆牵引车在位置节点Sf+~的时间为当前时 间Time; 康示第P辆牵引车抵达位置节点倘时间；
[0094] 式(5)为表示当二1成立时，获得第P辆牵引车在第j个节点上的访问时间， ATi^表示表示第P辆牵引车抵达第i个节点的时间;Wi表示第P辆牵引车在第i个节点 的等待时间;ti康示第P辆牵引车从第i个节点出发到第j个节点间的行驶时间；嗦 示表示第P辆牵引车抵达第j个节点的时间；
[00对式(6)为时间窗约束，表示第P辆牵引车到达第r个目标节点巧'喻时间在最早 访问er和最迟访问时间L之间；
[0096] 式(7)表示所有路网节点化和访问序列好咕的目标节点满足出入平衡;诚')=慷 示第P辆牵引车经过第i个节点与第W个节点之间直线路径〈i，w〉，当_4)= 〇时，表示第P 辆牵引车不经过第i个节点与第W个节点之间直线路径〈i，w〉；当时，表示第P辆牵 弓阵经过第W个节点与第j个节点之间直线路径<w，j〉，当.、-1^1=0时，表示第P辆牵引车K W不经过第W个节点与第j个节点之间直线路径；
[0097] 式(8)表示访问序列/jf*中节点的拜访次序约束;康示第P辆牵引车到达 访问序列巧f中第Z个目标节点的时间；康示第P辆牵引车K(P>到达访问序列//;,"咕 第Z+1个目标节点的时间；WW表示访问序列巧中的第Z个目标节点；
[009引式(9)表示访问序列雌坤的节点，仅被一辆牵引车次访问一次；当Xif3=I时，表示 第P辆牵引车经过第i个节点与第U个节点之间直线路径U，u〉，当.rifl=0时，表示第P辆 牵引车不经过第i个节点与第U个节点之间直线路径U，u〉；当诚"=1时，表示第P辆牵引 车经过第U个节点与第j个节点之间直线路径川，八，当_^>=0时，表示第P辆牵引车 不经过第U个节点与第j个节点之间直线路径〈11，j〉；
[0099] 式（10)表示决策变量的取值为"0"或"r。
[0100] 图2为根据基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划的模型，在某时间节点处， 对未来若干个时间片段内的目标节点进行动态规划。图示为针对2个牵引车，相应的2个牵 引车所在位置节点，7个目标节点，W及路网节点产生的路径规划方案示意图。
[0101] 步骤8、随机生成第n次初始解Xn;
[0102 ]步骤9、利用模拟退火算法对第n次初始解Xn进行迭代求解，获得第n次最优解；
[0103] 步骤10、将n+1赋值给n;
[0104] 步骤11、更新第n到第n+m个时间段[(n-1) At，（n+m) At]内第P辆牵引车kW所在 位置节点皆+S+A)、配送成本矩阵Cn ; 哺Cn的获得方法同步骤3，步骤4 ;
[0105] 步骤12、为了更好地对后续时间片进行规划，运里可W设置一个提前期AT,即每 个时间片结束前，提前一个A T时长对后续时间片进行规划，运里为了简化模型，令A T = O; 在第n-1个时间段[(n-2) A t，（n-1) A t]结束前，获取第P辆牵引车KW在第n到第n+m个时间 段[(n-1) At，（n+m) At]内的访问序列巧;W;访问序列巧;W包括:第n-1个时间段[(n-2) A t，（n-l) At]内未完成访问的目标节点W及第P辆牵引车所要访问的目标节点的最早访 问时间落入第n到第n+m个时间段[(n-1) A t，（n+m) A t]的目标节点；此处//,'W的获取方式 与步骤5中有所不同；
[0106] 步骤13、取出第n到第n+m个时间段[(n-1) At，（n+m) At]内第P辆牵引车的访 问序列巧'W的最后一个目标节点作为目的节点巧'>，从而形成更新的访问序列的。1;
[0107] 步骤14、根据第P辆牵引车所在初始位置节点>、配送成本矩阵Cn、访问序 列巧^、目的节点输入甩挂运输动态路径规划模型中；利用动态路径规划模型进行路径 规划需要预先获取4个参数信息；
[0108] 步骤15、随机生成第n次的初始解Xn,
[0109] 步骤16、利用模拟退火算法对第n次初始解Xn进行迭代求解，获得第n次最优解；
[0110] 步骤17、判断n = N是否成立，若成立，则表示所有牵引车K完成作业；否则，返回步 骤10。
【主权项】
1. 一种基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划方法，其特征是:应用于由1个车场 A、R个目标节点ΙΛ、ν个路网节点U2以及P辆牵引车所在位置节点S所组成的配送服务区域中， 将所述配送服务区域的外接正方形的一个顶点设为坐标原点〇,将与所述坐标原点〇相连的 水平和垂直方向上的两条邻边分别设置为X轴和y轴，从而构成直角坐标系xoy;在所述坐标 系x〇y中： 定义车场A的位置为(XQ，yQ)，定义所述P辆牵引车均从所述车场A的位置(XQ，y〇)中出发； 将所述P辆牵引车记为K= {K(1)，K(2)，…，K(P)，…，K(P)}，1彡p彡P，K (P)表示第p辆牵引车； 将尺个目标节点记为以广的⑴別^…別^…別^^:^^况^广表示第^^目标节 点，第r个目标节点l/f的位置记为(Xr，yr);将第r个目标节点广的最早访问时间记为e r; 将第r个目标节点听1的最迟访问时间记为lr;er和l r构成目标节点的时间窗[er，lr]; 将￥个路网节点记为^/2=^丨_,[/丨沿2),.'.,[/丨細,...,1^们卜！5以丨/,{7广 >表示第￥个 路网节点;第v个路网节点的位置记为(xR+v，yR+v); 将P辆牵引车K所在位置节点记为S = {S(R+V+1)，S(R+v+2)，…，S(R+V+P)，…，S (R+V+P)}，S(R+V+P^ 示第R+V+p个节点，表示第p辆牵引车K(p)所在位置;第p辆牵引车K(p)所在位置节点S (R+s+p)的 位置记为（XR+V+p，yR+V+p ); 将所述1个车场A，R个目标节点ΙΛ，ν个路网节点U2，P辆牵引车所在位置节点S，记为点集 U = {A，山，U2，S}，则所述车场A表示第0个节点;R个目标节点ΙΛ表示第1个节点至第R个节点； V个路网节点U2表示第R+1个节点至第R+S个节点;P辆牵引车所在位置节点S表示第R+V+1节 点至第R+V+P个节点； 定义边集E = {〈i，j> | i，jeu，i辛j}表示所述点集U中任意两个节点的直线路径集合，〈 i，j>表示任意第i个节点和任意第j个节点之间的直线路径;记所述点集U中任意两个节点 间的配送成本矩阵为C，且C= {cij I i，jeu，i辛j} ;cij表示第i个节点和第j个节点之间的配 送成本； 所述基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划方法是按如下步骤进行： 步骤1、将所有牵引车K的作业时间[0，maxlr]等间隔划分成N个连续的时间片段，记为 {[0, At], [At，2At]，···，[ (n-1) At, nAt]，···，[ (N-1) Δ t，maxlr]};其中[(η-1) Δ t，η Δ t]表示第n个时间片段；△ t表示所划分的间隔； 步骤2、令n=l;对第η到第n+m个时间段[(η-1) Δ t, (n+m) △ t]内车辆的实际行驶路线 进行规划;为时间片段总数； 步骤3、令第η至I」第n+m个时间段[(η-1) Δ t，（n+m) Δ t]内第p辆牵引车1((1))所在初始位置 节点Sf+s+p5 = 凡；);从而初始化所有牵引车所在初始位置节点； 步骤4、获得第η到第n+m个时间段[(η-1) Δ t, (n+m) △ t]内所述第i个节点和第j个节点 之间的配送成本if，从而获得配送成本矩阵Cn; 步骤5、根据第p辆牵引车K(p)所要访问的目标节点，按照所要访问的目标节点的最早访 问时间的先后顺序，将落入第η到第n+m个时间段[(n-1) At，（n+m) At]内的所有目标节点 依次组成第P辆牵引车K(p)的初始访问序列; 步骤6、取出第p辆牵引车K(p)的初始访问序列//;H>中的最后一个目标节点作为目的节 点，记为;从而形成更新的访问序列i^Bi; 步骤7、根据第p辆牵引车K(p)所在初始位置节点配送成本矩阵Cn、访问序列 、目的节点五P建立基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划模型； 步骤8、随机生成第η次初始解Xn; 步骤9、利用模拟退火算法对所述第η次初始解Χη进行迭代求解，获得第η次最优解； 步骤10、将η+1赋值给η; 步骤11、更新第η到第n+m个时间段[(11-1)八1(11+111)/^]内第?辆牵引车1((1))所在位置 节点配送成本矩阵Cn; 步骤12、在第n-1个时间段[(η-2) Δ t，（n-1) △ t]结束前，获取第p辆牵引车K(p)在第η到 第n+m个时间段[(11-1)八1(11+111)八幻内的访问序列沒^;所述访问序列//^包括:第1 1-1个 时间段[(n-2) At，（n-1) At]内未完成访问的目标节点以及第p辆牵引车K(p)所要访问的目 标节点的最早访问时间落入第nSJ第n+m个时间段[(η-1) Δ t, (n+m) △ t]的目标节点； 步骤13、取出第η到第n+m个时间段[(η-1) Δ t, (n+m) Δ t]内第p辆牵引车K(p)的访问序 列的最后一个目标节点作为目的节点，从而形成更新的访问序列; 步骤14、根据第p辆牵引车K(p)所在初始位置节点Sf+ip)、配送成本矩阵C n、访问序列 目的节点五；；1输入所述甩挂运输动态路径规划模型中； 步骤15、随机生成第η次的初始解Χη， 步骤16、利用模拟退火算法对所述第η次初始解Χη进行迭代求解，获得第η次最优解； 步骤17、判断η = Ν是否成立，若成立，则表示所有牵引车Κ完成作业;否则，返回步骤10。2.根据权利要求1所述的基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划方法，其特征是， 所述步骤7中的基于滚动时域优化的甩挂运输动态路径规划的模型为： (1)目标函数：式（1)为目称凼双，衣不所还牟引牛即y忍m达肷不爾，」、化；白$' = 1叮，衣不弟p辆牵引 车κ(ρ)经过所述第i个节点与第j个节点之间直线路径<i，j>，当= 0时，表示第P辆牵引车 κ(ρ)不经过所述第i个节点与第j个节点之间直线路径<i，j>; 式(2)表示第P辆牵引车K(p)必须从位置节点出发；当时，表示第P辆牵 弓丨车κ(ρ)经过位置节点巧1~1与第j个节点之间的路径(s, (,RtS+p)，i>;当 =〇时，表示第 P辆牵引车κ(ρ)不经过位置节点，与第j个节点之间的路径<sf+5+^; 式⑶表示第P辆牵引车必须到达目的节点￡^;当^1=1时，表示第口辆牵引车吵)经过 第i个节点与目的节点之间的路径当=〇时，表示第P辆牵引车K(p)不经过第 i个节点与目的节点Sj0之间的路径; 式（4)为时间窗约束，表示令第p辆牵引车K(p)在位置节点的时间为当前时间 Time^g二表示第p辆牵引车K(p)抵达位置节点~5的时间； 式(5)为表示当.xf =1成立时，获得第ρ辆牵引车Κ(ρ)在第j个节点上的访问时间，沿;W 表示表示第P辆牵引车K(p)抵达第i个节点的时间;Wl表示第p辆牵引车K(p)在第i个节点的等 待时间；表示第p辆牵引车K (p)从第i个节点出发到第j个节点间的行驶时间；.47^1表示表 示第P辆牵引车K (p)抵达第j个节点的时间； 式(6)为时间窗约束，表示第p辆牵引车K(p)到达第r个目标节点的时间在最早访问 er和最迟访问时间1:之间； 式(7)表示所有路网节点U2和访问序列中的目标节点满足出入平衡；_4? =1表示第 Ρ辆牵引车κ(ρ)经过所述第i个节点与第W个节点之间直线路径<i，w>，当gf1 =〇时，表示第ρ 辆牵引车K(p)不经过所述第i个节点与第w个节点之间直线路径<i，w>;当=1时，表示第p 辆牵引车K(p)经过所述第w个节点与第j个节点之间直线路径<w，j>，当.^40 _= 0时，表示第p辆 牵引车K(p)不经过所述第w个节点与第j个节点之间直线路径； 式(8)表示访问序列中节点的拜访次序约束;所述表示第p辆牵引车K(p)到达 访问序列中第Z个目标节点的时间；所述表示第P辆牵引车K(p)到达访问序列 中第ζ+1个目标节点的时间； 式(9)表示访问序列//^中的节点，仅被一辆牵引车次访问一次；当1 =1时，表示第ρ 辆牵引车K(p)经过所述第i个节点与第u个节点之间直线路径<i，u>，当= 〇时，表示第p辆 牵引车Κ(ρ)不经过所述第i个节点与第u个节点之间直线路径<i，u>;当时，表示第ρ辆 牵引车Κ(ρ>经过所述第u个节点与第j个节点之间直线路径<u，j >，当xg1 = 0时，表示第ρ辆牵 引车K(p)不经过所述第u个节点与第j个节点之间直线路径<u，j>; 式(10)表示决策变量的取值为"〇"或"Γ。
【文档编号】G06Q10/04GK105956681SQ201610241242
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】马华伟, 郝明治, 胡笑旋, 罗贺, 靳鹏, 夏维, 陶蕾, 胡明明
【申请人】合肥工业大学