基于时变拥堵和停车等待的城市配送车辆路径优化方法

本发明涉及数据处理，尤其涉及基于时变拥堵和停车等待的城市配送车辆路径优化方法。

背景技术：

1、城市物流配送是依托城市内部交通运输网络，以城市配送企业为主体，为城市及周边区域的企业和居民提供物品实体转移的活动，其具有配送需求点繁多且分布不均匀、单批需求量小、道路拥堵情况时有发生的特点。

2、而车辆在实际配送过程中往往不会主动选择停车来规避交通拥堵，所以学者在对城市配送车辆路径优化研究中，也较少考虑车辆在需求点处停车等待。城市配送路径问题是车辆路径问题的一个重要分支，城市配送路径问题与一般的车辆路径问题相比，最主要的区别在于城市配送路网情况更为复杂，城市路网拥堵频发，配送需求点多，少批量、多批次的配送特点也增加了求解城市配送车辆路径问题的难度。随着城市配送路网拥堵及环境污染问题日益严峻，城市物流配送作为碳排放的密集领域，针对碳排放、时变速度以及交通拥堵的车辆路径优化问题越来越引起学者的重视。然而现有的城市配送车辆路径优化方法不能同时综合考虑这几点，形成很好的配送路径优化，目前主要是基于其中的碳排放，即包括碳排放在内的总配送成本最小为目标进行优化，这种优化方法已经不能适应现在城市机动车数量急剧增加，道路拥挤情况日益严重的现状。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供基于时变拥堵和停车等待的城市配送车辆路径优化方法，从碳排放、企业运营成本及城市交通状况多方面综合考虑，获取城市配送车辆路径优化方法，不仅可以提高配送的准确性和时效性，增加顾客满意度，增强企业的竞争力，而且可以有效减少燃油消耗，节约企业运营成本，减少因车辆碳排放造成的环境污染。

2、本发明是通过以下技术方案予以实现：

3、基于时变拥堵和停车等待的城市配送车辆路径优化方法，其包括如下步骤：

4、s1：按照车辆到达顺序设置客户点数，并生成车辆访问客户点的顺序矩阵；

5、s2：以车辆访问客户点的顺序矩阵左边第一个客户点为车辆路径的起点，从起点开始配送中心派一辆配送车辆为客户点服务；

6、s3：判断起点所需配送量与下一个客户点所需配送量之和是否超出配送车辆最大载重，再判断从起点出发到达下一个客户点的时间是否满足下一个客户点的配送时间要求，根据是否满足这两种情况分别确定下一个客户点是否需要增加配送车辆，以及是否需要修改配送车辆离开时间，然后再以第二个客户点为起点按照车辆访问客户点的顺序矩阵依次判断，直至所有的客户点均有配送车辆访问为止；

7、s4：记录所有车辆访问客户点的个数及顺序作为一个访问解，并重复执行步骤s1至步骤s3,得到多个可行的访问解；

8、s5：以访问解的总费用作为目标函数计算每个可行的访问解的适应度；

9、s6：随机选取多个可行的访问解并按照适应度的大小进行排列，计算累计选择概率，然后随机生成一个位于相邻两个累计选择概率之间的数，求解出与这个数对应的访问解的位置，找到相应的访问解组成一个访问解集合，直到访问解集合中的访问解达到设定值；

10、s7：取出访问解集合里的访问解执行变异交叉算子，产生新的访问解，计算每一个新的访问解的总费用，得到不停车情况下成本最低的全局最优解；

11、s8：将步骤s5中的目标函数修改为可停车时间最大化，重复步骤s1-步骤s7，得到停车情况下成本最低的全局最优解；

12、s9：选取不停车情况下成本最低的全局最优解与停车情况下成本最低的全局最优解中较低的作为最终城市配送车辆路径最优解。

13、进一步，步骤s3中按照如下方法确定下一个客户点是否需要增加配送车辆以及是否需要修改配送车辆离开时间：首先判断起点所需配送量与下一个客户点所需配送量之和是否超出配送车辆最大载重，再判断从起点出发到达下一个客户点的时间是否满足下一个客户点的配送时间要求，若起点所需配送量与下一个客户点所需配送量之和不超出配送车辆最大载重且满足下一个客户点的配送时间要求，则这两个客户点用一辆配送车辆配送，然后按照车辆访问客户点的顺序矩阵继续进行下一个客户点的判断，若起点所需配送量与下一个客户点所需配送量之和不超出配送车辆最大载重且到达第一个客户点的时间早于客户点的配送时间要求，则不需要增加配送车辆且将配送车辆的离开时间修改为配送开始时间，再按照车辆访问客户点的顺序矩阵继续进行下一个客户点的判断，若起点所需配送量与下一个客户点所需配送量之和超出配送车辆最大载重，且从起点出发到达下一个客户点的时间迟于下一个客户点的配送时间要求，则新增一辆配送车辆为下一个客户点服务。

14、优选的，步骤s5中总费用的目标函数为式（1）：

15、（1）；

16、其中：表示配送车辆发车的固定成本，表示配送车辆序号,表示所有配送车辆的集合，和分别表示两个不同的客户点位置，表示配送车辆是否从配送中心出发到达客户点，表示配送车辆单位距离折旧成本，表示连接所有客户点的弧集，表示配送车辆是否从客户点出发到达客户点，表示客户点到客户点的距离，表示单位燃油价格，表示单位碳排放成本，表示碳排放与燃油消耗的转化系数，表示配送车辆到达客户点的时间，表示配送车辆到达客户点的时间，表示配送车辆到达客户点之后在服务客户之前停车等待的时间，表示配送车辆在客户点处的服务时间，表示配送车辆在服务完客户点之后在客户点处停车等待的时间，表示时间内配送车辆油耗量，表示时间，表示配送车辆的单位时间停车费用。

17、优选的，步骤s5中的适应度按照式（2）进行计算：

18、（2）；

19、其中：表示访问解的序号，表示第个访问解的适应度，表示第个访问解的目标函数。

20、进一步，步骤s7中按照下述方法执行变异交叉算子：

21、s71：在访问解集合里的一个访问解中随机选择一条车辆配送路径删除，然后把被删除车辆配送路径的客户点随机插入到该访问解中其他配送车辆访问路径中，再执行步骤s3至步骤s4，产生新的访问解；

22、s72：将步骤s71产生的新的访问解的客户点访问顺序反转形成新的配送车辆访问路径，再执行步骤s3至步骤s4，产生最终新的访问解。

23、优选的，步骤s8中可停车时间最大化的目标函数为式（3）；

24、（3）；

25、其中：为可停车时间最大化的目标函数值，表示可停车时间范围内从客户点到客户点路段中的最大速度，表示可停车时间范围内从客户点到客户点路段中的最小速度，表示能够停留的最长时间。

26、进一步，获得不停车情况下成本最低的全局最优解或者停车情况下成本最低的全局最优解的方法如下：在步骤s7获得的一个新的访问解中随机在一个客户点位置插入一个设定步长的停车时间进行试探，若插入设定步长的停车时间后，新的访问解依然可行，则记录最新访问解，并在该客户点位置继续插入一个设定步长的停车时间进行试探，直至新的访问解不可行，然后缩小步长，在客户点位置插入一个1/2设定步长的停车时间继续试探，直至设定步长小于终止步长，计算每次试探获得的最新访问解的总费用的目标函数，最低的最新访问解则为成本最低的全局最优解。

27、发明的有益效果：

28、本发明提供的基于时变拥堵和停车等待的城市配送车辆路径优化方法，从城市配送实际出发，不仅考虑了配送成本，而且采用更符合实际的时变拥堵速度来刻画城市配送网络，使得对城市配送车辆路径的优化更准确更高效。从企业的角度来看，根据时变拥堵速度优化车辆行驶路径，同时决策停车时间，以获得相对经济的行驶速度，不仅可以提高配送的准确性和时效性，增加顾客满意度，增强企业的竞争力，而且可以有效减少燃油消耗，节约企业运营成本；从社会环境的角度来看，本发明对于规避与缓解交通拥堵，减少因车辆碳排放造成的环境污染具有显著意义，这符合生态文明建设的目标。