一種基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃方法，其特征是包含如下步驟：1、利用滾動式與優(yōu)化的方法將車隊作業(yè)時間劃分成若干個時間片段；2、在每個時間節(jié)點獲取未來幾個時間片的內配送成本矩陣；3、利用配送成本矩陣建立基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃模型；4、利用甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃模型求解未來幾個時間片內的最優(yōu)方案；5、隨機生成初始解，對初始解利用模擬退火算法進行迭代求解，從而獲得最優(yōu)解，并執(zhí)行。本發(fā)明能夠對甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃問題進行結構化決策，并快速給出動態(tài)路徑規(guī)劃的方案，提高路徑規(guī)劃方案的實時性、合理性和準確性，并降低運輸成本。
【專利說明】
-種基于滾動時域優(yōu)化的甩控運輸動態(tài)路徑規(guī)劃方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及滾動式與優(yōu)化方法，具體來說是一種基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動 態(tài)路徑規(guī)劃方法，屬于組合優(yōu)化、動態(tài)決策或動態(tài)規(guī)劃領域。
【背景技術】
[0002] 甩掛運輸是指牽引車在貨物裝卸作業(yè)點卸下自身攜帶的掛車，并換上其他掛車繼 續(xù)運行的物流組織方式。甩掛運輸已經在國際上得到了廣泛的推廣應用，實踐證明是一種 高效、綠色、先進的貨物運輸組織方式，對降低物流成本，推動現(xiàn)代物流發(fā)展，提高國家整體 經濟運行質量，都有重要意義。
[0003] 靜態(tài)甩掛運輸路徑規(guī)劃問題通楊可W描述如下：利用牽引車拖帶掛車，從車場出 發(fā)按計劃訪問甩掛運輸用戶，完成全部訪問要求后回到車場。其中甩掛運輸用戶的需求可 W分為兩類:單獨需要牽引車訪問和需要牽引車拖帶掛車共同訪問。同時，牽引車的拖掛操 作僅能在特定站點完成。問題旨在通過構造合適的車輛行駛路線和甩掛方法，在滿足相關 約束條件的同時，使總配送成本最小。
[0004] 目前，國內外對于集裝箱定掛運輸問題的相關研究較多，但專口研究甩掛運輸調 度問題的文獻相對較少；同時對于甩掛運輸調度問題的研究任主要W靜態(tài)的環(huán)境下的路徑 規(guī)劃及運輸模式設計為主，對于動態(tài)和不確定環(huán)境下的相關研究較少，對調度過程中配送 系統(tǒng)各部分間的協(xié)同性也未作充分考慮，因而研究成果難W有效應對實際配送環(huán)境變化帶 來的影響。而動態(tài)調度的核屯、人任務是在使調度方案在面對時變的、復雜的實際實施環(huán)境 時，能夠更好地實現(xiàn)方案與實施的協(xié)同，取得最佳的實際執(zhí)行效果。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明為了減少車隊實際運行過程中與路徑規(guī)劃方案產生的偏差，克服現(xiàn)有路徑 規(guī)劃方法存在的不足之處，提出一種基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃方法，W 期能對基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃問題進行結構化決策，并快速給出動態(tài) 路徑規(guī)劃的方案，從而提高路徑規(guī)劃方案的實時性、合理性和準確性、并降低運輸成本。
[0006] 本發(fā)明為解決技術問題采用如下技術方案：
[0007] 本發(fā)明一種基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃方法的特點是:應用于由 1個車場A、R個目標節(jié)點化、V個路網節(jié)點化W及P輛牽引車所在位置節(jié)點S所組成的配送服務 區(qū)域中，將所述配送服務區(qū)域的外接正方形的一個頂點設為坐標原點0,將與所述坐標原點 O相連的水平和垂直方向上的兩條鄰邊分別設置為X軸和y軸，從而構成直角坐標系xoy;在 所述坐標系xoy中：
[000引定義車場A的位置為(x0，y0)，定義所述P輛牽引車均從所述車場A的位置(x0，y0)中 出發(fā);將所述P輛牽引車記夫
i《p《p，kW表示第P輛牽引 車；
[0009]將R個目標節(jié)點記天
t示第r個目 標節(jié)點，第r個目標節(jié)點巧W的位置記為(xr，yr);將第r個目標節(jié)點巧W的最早訪問時間記為 er;將第r個目標節(jié)點聽偵最遲訪問時間記為lr;er和Ir構成目標節(jié)點的時間窗[er，lr];
[0010] 將V個路網節(jié)點化
I示 第V個路網節(jié)點;第V個路網節(jié)點CZfW的位置記為(XR+v，yR+v);
[0011] 將P輛牽引車K所在位置節(jié)點記為S= {s(R弗，s(R+v+2)，…，sfR+v+p;，…，s(R+vw}，s (R 表示第R+V+p個節(jié)點，表示第P輛牽引車KW所在位置;第P輛牽引車KW所在位置節(jié)點SW "+P)的位置記為（XR+V+p，yR+V+p);
[001^ 將所述1個車場A，R個目標節(jié)點Ui，V個路網節(jié)點U2，P輛牽引車所在位置節(jié)點S，記為 點集U= {A,Ui，化，S}，則所述車場A表示第0個節(jié)點；R個目標節(jié)點化表示第1個節(jié)點至第R個 節(jié)點;V個路網節(jié)點化表示第R+1個節(jié)點至第R+S個節(jié)點;P輛牽引車所在位置節(jié)點S表示第R+ V+1節(jié)點至第R+V+P個節(jié)點；
[0013]定義邊集E= Ki，j> I i jGU，i聲j}表示所述點集U中任意兩個節(jié)點的直線路徑集 合，<i，j>表示任意第i個節(jié)點和任意第j個節(jié)點之間的直線路徑;記所述點集U中任意兩個 節(jié)點間的配送成本矩陣為C，且C= kij I i，jGU，i刮'} ;ci康示第i個節(jié)點和第j個節(jié)點之間 的配送成本；
[0014]所述基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃方法是按如下步驟進行：
[001引步驟1、將所有牽引車K的作業(yè)時間[0，max Ir]等間隔劃分成N個連續(xù)的時間片段， 記為{[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個時間片段；A t表示所劃分的間隔；
[00W 步驟2、令n = l;對第n到第n+m個時間段[(n-1) A t, (n+m) A t]內車輛的實際行駛 路線進行規(guī)劃；為時間片段總數(shù)；
[0017]步驟3、令第ri到第n+m個時間段[(n-1) At, (n+m) At]內第P輛牽引車KW所在初始 位置節(jié)點Sf+S+W = ^ (X。，丸）；從而初始化所有牽引車所在初始位置節(jié)點；
[001引步驟4、獲得第ri到第n+m個時間段[(n-1) A t，（n+m) A t]內所述第i個節(jié)點和第j個 節(jié)點之間的配送成本沖|，從而獲得配送成本矩陣Cn;
[0019] 步驟5、根據第P輛牽引車所要訪問的目標節(jié)點，按照所要訪問的目標節(jié)點的最 早訪問時間的先后順序，將落入第n到第n+m個時間段[(n-1) A t，（n+m) A t]內的所有目標 節(jié)點依次組成第P輛牽引車K W的初始訪問序列巧f9;
[0020] 步驟6、取出第P輛牽引車的初始訪問序列^'中的最后一個目標節(jié)點作為目 的節(jié)點，記為;從而形成更新的訪問序列;
[0021] 步驟7、根據第P輛牽引車所在初始位置節(jié)點5fw+P；)、配送成本矩陣Cn、訪問序 列卻'"、目的節(jié)點勾;)建立基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃模型；
[0022] 步驟8、隨機生成第n次初始解Xn;
[0023] 步驟9、利用模擬退火算法對所述第n次初始解Xn進行迭代求解，獲得第n次最優(yōu) 解；
[0024] 步驟10、將n+1賦值給n;
[00劇步驟11、更新第n到第n+m個時間段[(n-1) At，（n+m) At]內第P輛牽引車所在 位置節(jié)點WW)、配送成本矩陣Cn;
[0026] 步驟12、在第n-1個時間段[(n-2) At，（n-1) At]結束前，獲取第P輛牽引車K<P>在 第n到第n+m個時間段[(n-l)At，（n+m) At]內的訪問序列巧所述訪問序列/乃"1包括:第 n-1個時間段[(n-2) At, (n-1) At]內未完成訪問的目標節(jié)點W及第P輛牽引車所要訪 問的目標節(jié)點的最早訪問時間落入第n到第n+m個時間段[(n-1) A t, (n+m) A t]的目標節(jié) 占.
[0027] 步驟13、取出第n到第n+m個時間段[(n-1) At, (n+m) At]內第P輛牽引車的訪 問序列片;的最后一個目標節(jié)點作為目的節(jié)點與;，，從而形成更新的訪問序列邸;
[002引步驟14、根據第P輛牽引車所在初始位置節(jié)點SfWW、配送成本矩陣Cn、訪問序 列、目的節(jié)點及；^^輸入所述甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃模型中；
[0029] 步驟15、隨機生成第n次的初始解Xn,
[0030] 步驟16、利用模擬退火算法對所述第n次初始解Xn進行迭代求解，獲得第n次最優(yōu) 解；
[0031] 步驟17、判斷n = N是否成立，若成立，則表示所有牽引車K完成作業(yè)；否則，返回步 驟10。
[0032] 本發(fā)明所述的基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃方法的特點是，所述步 驟7中的基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃的模型為：
[003；3] (1)目標函數(shù)：
[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)為目標函數(shù)，表示所述牽引車K的總配送成本最小化；當_4^=1時，表示第P 輛牽引車經過所述第i個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑〈i，j〉，當_4^ = 0時，表示第P輛 牽引車不經過所述第i個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑U J〉；
[0046] 式(2)表示第P輛牽引車必須從位置節(jié)點出發(fā)；當=1時，表示第P 輛牽引車KW經過位置節(jié)點皆~與第j個節(jié)點之間的路徑〈皆"Wj〉苗峨-S",J.= 0時，表 示第P輛牽引車K<P>不經過位置節(jié)點與第j個節(jié)點之間的路徑
[0047] 式(3)表示第P輛牽引車必須到達目的節(jié)點;當=1時，表示第P輛牽引車 經過第i個節(jié)點與目的節(jié)盧巧么間的路徑(/，邱)〉;當.堪1=0時，表示第P輛牽引車K(P>不經 過第i個節(jié)點與目的節(jié)點左之間的路徑<<'，￡；：>);
[004引式(4)為時間窗約束，表示令第P輛牽引車在位置節(jié)點皆的時間為當前時 間Time; 表示第P輛牽引車KW抵達位置節(jié)點"iW的時間.
[0049] 式(5)為表示當.Yf =1成立時，獲得第P輛牽引車KW在第j個節(jié)點上的訪問時間， ATi^表示表示第P輛牽引車抵達第i個節(jié)點的時間;Wi表示第P輛牽引車在第i個節(jié)點 的等待時間;ti康示第P輛牽引車從第i個節(jié)點出發(fā)到第j個節(jié)點間的行駛時間；.4巧''嗦 示表示第P輛牽引車K<P>抵達第j個節(jié)點的時間；
[0050] 式(6)為時間窗約束，表示第P輛牽引車到達第r個目標節(jié)點聽慚時間在最早 訪問er和最遲訪問時間L之間；
[0051] 式(7)表示所有路網節(jié)點化和訪問序列/^">中的目標節(jié)點滿足出入平衡；二1表 示第P輛牽引車KW經過所述第i個節(jié)點與第W個節(jié)點之間直線路徑〈i，w>，當.Tif j = 0時，表示 第P輛牽引車不經過所述第i個節(jié)點與第W個節(jié)點之間直線路徑<i，w>;當.Yif=I時，表示 第P輛牽引車經過所述第W個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑<W，j>，當xif = 0時，表示第 P輛牽引車不經過所述第W個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑；
[0052] 式(8)表示訪問序列好f中節(jié)點的拜訪次序約束;所述J表示第P輛牽引車K(P> 到達訪問序列/?"咕第Z個目標節(jié)點的時間；所述表示第P輛牽引車K<P>到達訪問序 列//；；"中第Z+1個目標節(jié)點的時間；
[0053] 式(9)表示訪問序列顆中的節(jié)點，僅被一輛牽引車次訪問一次;當=.1肘，表示 第P輛牽引車經過所述第i個節(jié)點與第U個節(jié)點之間直線路徑<i，u〉，當=0時，表示第 P輛牽引車不經過所述第i個節(jié)點與第U個節(jié)點之間直線路徑<i，u>;當時，表示第 P輛牽引車經過所述第U個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑如，。，當_^^^=0時，表示第口 輛牽引車不經過所述第U個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑<u，j>;
[0054] 式（10)表示決策變量的取值為"0"或"r。
[0055] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0056] 1、本發(fā)明相比于靜態(tài)甩掛運輸路徑規(guī)劃方法，提出了將滾動時域優(yōu)化方法運用到 解決動態(tài)的甩掛運輸車輛調度問題，突破了原有的靜態(tài)路徑規(guī)劃方法的局限性。基于滾動 時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃方法克服了其在路徑規(guī)劃方案執(zhí)行過程中的控制方面 的不足，從而能夠實時地、動態(tài)的生成路徑規(guī)劃方案，使路徑規(guī)劃方案能夠更好地滿足了實 際執(zhí)行環(huán)境。
[0057] 2、本發(fā)明提出了滾動時域優(yōu)化方法框架。滾動時域優(yōu)化方法采用的是滾動式有限 時域優(yōu)化策略，即全任務過程的優(yōu)化策略不是一次性離線完成的，而是隨著時間的推移反 復在線進行。具體的路徑優(yōu)化策略是在基于當前采樣時刻的未來有限時間片段(優(yōu)化時間 窗口）內進行，并在基于采樣時間的優(yōu)化時間窗口內執(zhí)行路徑優(yōu)化結果。當下一個采樣時刻 到來，運一優(yōu)化時間窗口會同時移動，因此本滾動時域優(yōu)化引入動態(tài)的配送成本，其動態(tài)性 體現(xiàn)在不同采樣時刻動態(tài)成本矩陣也會時刻發(fā)生變化。為了簡化模型，本發(fā)明規(guī)定從車隊 執(zhí)行任務開始，固定每間隔A t為一個采樣時刻。
[0058] 3、本發(fā)明設計并建立了甩掛運輸動態(tài)車輛路徑規(guī)劃方法模型，使得在每一個目標 優(yōu)化時間窗口內，該模型可W得到規(guī)范化求解。模型的求解算法選取的是模擬退火算法，模 擬退火算法具有強魯棒性、通用性的特點，從而可W快速的給出優(yōu)化的路徑規(guī)劃方案。
[0059] 4、本發(fā)明通過動態(tài)的生成配送成本矩陣，實現(xiàn)了基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動 態(tài)路徑規(guī)劃方法的動態(tài)性。在事先約定好路面通楊情況下的路面成本的基礎上，結合對未 來一段時間內路段的通行能力和狀況的預測系數(shù)，便可W得到滿足當前情況的動態(tài)路徑成 本矩陣。運用動態(tài)路徑成本矩陣可W很好地反應模型的動態(tài)性。
【附圖說明】
[0060] 圖1為本發(fā)明實施方法流程圖；
[0061 ]圖2為本發(fā)明基于滾滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃示意簡圖。
【具體實施方式】
[0062] 在本實施例中，一種基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃方法是應用于由 1個車場A、R個目標節(jié)點化、V個路網節(jié)點化W及P輛牽引車所在位置節(jié)點S所組成的配送服務 區(qū)域中，將配送服務區(qū)域的外接正方形的一個頂點設為坐標原點0,將與坐標原點O相連的 水平和垂直方向上的兩條鄰邊分別設置為X軸和y軸，從而構成直角坐標系xoy;在坐標系 xoy 中：
[0063] 定義車場A的位置為(XO，yo)，定義P輛牽引車均從車場A的位置(XO，yo)中出發(fā);將P 輛牽引車記為K=化W，k(2)，…，kW，…，kW}，i《p《p，kW表示第P輛牽引車;P輛牽引車與 P個牽引車所在位置節(jié)點一一對應；
[0064] 將R個目標節(jié)點記為^7l二的。パ2l，...パ"，…，t/^l}，l<パK，巧'')表示第r個目 標節(jié)點，第r個目標節(jié)點巧慚位置記為(Xr，yr);將第r個目標節(jié)點巧"的最早訪問時間記為 er;將第r個目標節(jié)點的''偵最遲訪問時間記為1。6沸^構成目標節(jié)點的時間窗[er，lr];
[0065] 將V個路網節(jié)點記為U;=護r"方f。，…瓜r'v..，巧化;乃，1如書八(/f…表示 第V個路網節(jié)點;第V個路網節(jié)點巧的位置記為(XR+v，yR+v);
[0066] 將P輛牽引車K所在位置節(jié)點記為S= {s(R弗，s(R+v+2)，…，sfR+v+p;，…，s(R+vw}，s (R 表示第R+V+p個節(jié)點，表示第P輛牽引車KW所在位置;第P輛牽引車KW所在位置節(jié)點SW "+P喻位置記為(邸+耐，71^葉）；口表示牽引車的數(shù)量，也表示牽引車所在位置節(jié)點的數(shù)量；
[0067] 將1個車場A，R個目標節(jié)點化，V個路網節(jié)點化，P輛牽引車所在位置節(jié)點S，記為點集 U= {A，Ui，U2，S}，則車場A表示第0個節(jié)點;R個目標節(jié)點化表示第1個節(jié)點至第R個節(jié)點;V個 路網節(jié)點化表示第R+1個節(jié)點至第R+S個節(jié)點；P輛牽引車所在位置節(jié)點S表示第R+V+1節(jié)點 至第R+V+P個節(jié)點；網絡中一共R+V+P個節(jié)點.
[006引定義邊集E = {< i，j〉I i，j G U，i聲j}表示點集U中任意兩個節(jié)點的直線路徑集合， U，j〉表示任意第i個節(jié)點和任意第j個節(jié)點之間的直線路徑;記點集U中任意兩個節(jié)點間的 配送成本矩陣為C，且0=山1山，^'￡1]4聲別如康示第1個節(jié)點和第^'個節(jié)點之間的配送成 本；
[0069] 本實施例中，如圖1所示，基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃方法是按如 下步驟進行：
[0070] 步驟1、將所有牽引車K的作業(yè)時間[0，max Ir]等間隔劃分成N個連續(xù)的時間片段， W牽引車訪問最后一個目標節(jié)點作為全部任務的結束，運里max Ir的表示了全部任務可能 的最晚結束時間，記為{[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個時間片段；A t表示所劃分的間隔；
[0071 ] 步驟2、令n = 1;對第n到第n+m個時間段[(n-1) A t，（n+m) A t ]內車輛的實際行駛 路線進行規(guī)劃；為時間片段總數(shù);m的取值表示每次滾動規(guī)劃m+1個時間段內的目 標節(jié)點；
[0072] 步驟3、令第n到第n+m個時間段[(n-1) A t，（n+m) A t]內第P輛牽引車所在初始 位置節(jié)點嚴SW = ^戶。，從而初始化所有牽引車所在初始位置節(jié)點；牽引車最開始停 靠在車場，此步將獲得所有牽引車所在初始位置節(jié)點；
[0073] 步驟4、獲得第ri至Ij第n+m個時間段[(n-1) A t, (n+m) A t]內第i個節(jié)點和第j個節(jié)點 之間的配送成本Cf，從而獲得配送成本矩陣Cn;獲得配送成本矩陣Cn的方法:在事先約定好 路面通楊情況下的路面成本護的基礎上，結合對未來一段時間內路段的通行能力和狀況的 預測系數(shù)，便可W得到能夠反應路段的通行能力和狀況的的動態(tài)路徑成本矩陣；
[0074] 步驟5、根據第P輛牽引車所要訪問的目標節(jié)點，按照所要訪問的目標節(jié)點的最 早訪問時間的先后順序，將落入第n到第n+m個時間段[(n-1) A t，（n+m) A t]內的所有目標 節(jié)點依次組成第P輛牽引車的初始訪問序列巧
[0075] 步驟6、取出第P輛牽引車的初始訪問序列中的最后一個目標節(jié)點作為目 的節(jié)點，記為怎fi;從而形成更新的訪問序列片堪在巧的基礎上，去掉了巧中的 最后一個目標節(jié)點所得到的；
[0076] 步驟7、根據第P輛牽引車所在初始位置節(jié)點&<,A+~配送成本矩陣Cn、訪問序 列、目的節(jié)點￡!,"1建立基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃模型;利用動態(tài)路徑 規(guī)劃模型進行路徑規(guī)劃需要預先獲取4個參數(shù)信息；
[0077] 步驟7中的基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃的模型為：
[007引 （1)目標函數(shù)：
[0079 H)
[0080
[0081 (2)
[0082 (3)
[0083 ㈱
[0084 (5)
[0085 (6)
[0086 巧
[0087 作）
[0088 餅
[0089 no)
[0090] 式（1)為目標函數(shù)，表示牽引車K的總配送成本最小化；當時，表示第P輛牽 弓陣經過第i個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑U J〉，當時，表示第P輛牽引車K W不經過第i個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑〈i，j〉；
[0091] 式(2)表示第P輛牽引車必須從位置節(jié)點出發(fā)；當時，表示第P 輛牽引車KW經過位置節(jié)點與第j個節(jié)點之間的路徑〈sT'~')，./〉進喘U,-O時，表 示第P輛牽引車不經過位置節(jié)點~'i與第j個節(jié)點之間的路徑
[0092] 式（3)表示第P輛牽引車必須到達目的節(jié)點怎;,"I;當=1時，表示第P輛牽引車K W經過第i個節(jié)點與目的節(jié)點蜂;之間的路徑{/，馬')〉;當錫=。時，表示第P輛牽引車K(P>不 經過第i個節(jié)點與目的節(jié)點居;，">之間的路徑;
[0093] 式(4)為時間窗約束，表示令第P輛牽引車在位置節(jié)點Sf+~的時間為當前時 間Time; 康示第P輛牽引車抵達位置節(jié)點倘時間；
[0094] 式(5)為表示當二1成立時，獲得第P輛牽引車在第j個節(jié)點上的訪問時間， ATi^表示表示第P輛牽引車抵達第i個節(jié)點的時間;Wi表示第P輛牽引車在第i個節(jié)點 的等待時間;ti康示第P輛牽引車從第i個節(jié)點出發(fā)到第j個節(jié)點間的行駛時間；嗦 示表示第P輛牽引車抵達第j個節(jié)點的時間；
[00對式(6)為時間窗約束，表示第P輛牽引車到達第r個目標節(jié)點巧'喻時間在最早 訪問er和最遲訪問時間L之間；
[0096] 式(7)表示所有路網節(jié)點化和訪問序列好咕的目標節(jié)點滿足出入平衡;誠')=慷 示第P輛牽引車經過第i個節(jié)點與第W個節(jié)點之間直線路徑〈i，w〉，當_4)= 〇時，表示第P 輛牽引車不經過第i個節(jié)點與第W個節(jié)點之間直線路徑〈i，w〉；當時，表示第P輛牽 弓陣經過第W個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑<w，j〉，當.、-1^1=0時，表示第P輛牽引車K W不經過第W個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑；
[0097] 式(8)表示訪問序列/jf*中節(jié)點的拜訪次序約束;康示第P輛牽引車到達 訪問序列巧f中第Z個目標節(jié)點的時間；康示第P輛牽引車K(P>到達訪問序列//;,"咕 第Z+1個目標節(jié)點的時間；WW表示訪問序列巧中的第Z個目標節(jié)點；
[009引式(9)表示訪問序列雌坤的節(jié)點，僅被一輛牽引車次訪問一次；當Xif3=I時，表示 第P輛牽引車經過第i個節(jié)點與第U個節(jié)點之間直線路徑U，u〉，當.rifl=0時，表示第P輛 牽引車不經過第i個節(jié)點與第U個節(jié)點之間直線路徑U，u〉；當誠"=1時，表示第P輛牽引 車經過第U個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑川，八，當_^>=0時，表示第P輛牽引車 不經過第U個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑〈11，j〉；
[0099] 式（10)表示決策變量的取值為"0"或"r。
[0100] 圖2為根據基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃的模型，在某時間節(jié)點處， 對未來若干個時間片段內的目標節(jié)點進行動態(tài)規(guī)劃。圖示為針對2個牽引車，相應的2個牽 引車所在位置節(jié)點，7個目標節(jié)點，W及路網節(jié)點產生的路徑規(guī)劃方案示意圖。
[0101] 步驟8、隨機生成第n次初始解Xn;
[0102 ]步驟9、利用模擬退火算法對第n次初始解Xn進行迭代求解，獲得第n次最優(yōu)解；
[0103] 步驟10、將n+1賦值給n;
[0104] 步驟11、更新第n到第n+m個時間段[(n-1) At，（n+m) At]內第P輛牽引車kW所在 位置節(jié)點皆+S+A)、配送成本矩陣Cn ; 哺Cn的獲得方法同步驟3，步驟4 ;
[0105] 步驟12、為了更好地對后續(xù)時間片進行規(guī)劃，運里可W設置一個提前期AT,即每 個時間片結束前，提前一個A T時長對后續(xù)時間片進行規(guī)劃，運里為了簡化模型，令A T = O; 在第n-1個時間段[(n-2) A t，（n-1) A t]結束前，獲取第P輛牽引車KW在第n到第n+m個時間 段[(n-1) At，（n+m) At]內的訪問序列巧;W;訪問序列巧;W包括:第n-1個時間段[(n-2) A t，（n-l) At]內未完成訪問的目標節(jié)點W及第P輛牽引車所要訪問的目標節(jié)點的最早訪 問時間落入第n到第n+m個時間段[(n-1) A t，（n+m) A t]的目標節(jié)點；此處//,'W的獲取方式 與步驟5中有所不同；
[0106] 步驟13、取出第n到第n+m個時間段[(n-1) At，（n+m) At]內第P輛牽引車的訪 問序列巧'W的最后一個目標節(jié)點作為目的節(jié)點巧'>，從而形成更新的訪問序列的。1;
[0107] 步驟14、根據第P輛牽引車所在初始位置節(jié)點>、配送成本矩陣Cn、訪問序 列巧^、目的節(jié)點輸入甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃模型中；利用動態(tài)路徑規(guī)劃模型進行路徑 規(guī)劃需要預先獲取4個參數(shù)信息；
[0108] 步驟15、隨機生成第n次的初始解Xn,
[0109] 步驟16、利用模擬退火算法對第n次初始解Xn進行迭代求解，獲得第n次最優(yōu)解；
[0110] 步驟17、判斷n = N是否成立，若成立，則表示所有牽引車K完成作業(yè)；否則，返回步 驟10。
【主權項】
1. 一種基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃方法，其特征是:應用于由1個車場 A、R個目標節(jié)點ΙΛ、ν個路網節(jié)點U2以及P輛牽引車所在位置節(jié)點S所組成的配送服務區(qū)域中， 將所述配送服務區(qū)域的外接正方形的一個頂點設為坐標原點〇,將與所述坐標原點〇相連的 水平和垂直方向上的兩條鄰邊分別設置為X軸和y軸，從而構成直角坐標系xoy;在所述坐標 系x〇y中： 定義車場A的位置為(XQ，yQ)，定義所述P輛牽引車均從所述車場A的位置(XQ，y〇)中出發(fā)； 將所述P輛牽引車記為K= {K(1)，K(2)，…，K(P)，…，K(P)}，1彡p彡P，K (P)表示第p輛牽引車； 將尺個目標節(jié)點記為以廣的⑴別^…別^…別^^:^^況^廣表示第^^目標節(jié) 點，第r個目標節(jié)點l/f的位置記為(Xr，yr);將第r個目標節(jié)點廣的最早訪問時間記為e r; 將第r個目標節(jié)點聽1的最遲訪問時間記為lr;er和l r構成目標節(jié)點的時間窗[er，lr]; 將￥個路網節(jié)點記為^/2=^丨_,[/丨沿2),.'.,[/丨細,...,1^們卜！5以丨/,{7廣 >表示第￥個 路網節(jié)點;第v個路網節(jié)點的位置記為(xR+v，yR+v); 將P輛牽引車K所在位置節(jié)點記為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個節(jié)點，表示第p輛牽引車K(p)所在位置;第p輛牽引車K(p)所在位置節(jié)點S (R+s+p)的 位置記為（XR+V+p，yR+V+p ); 將所述1個車場A，R個目標節(jié)點ΙΛ，ν個路網節(jié)點U2，P輛牽引車所在位置節(jié)點S，記為點集 U = {A，山，U2，S}，則所述車場A表示第0個節(jié)點;R個目標節(jié)點ΙΛ表示第1個節(jié)點至第R個節(jié)點； V個路網節(jié)點U2表示第R+1個節(jié)點至第R+S個節(jié)點;P輛牽引車所在位置節(jié)點S表示第R+V+1節(jié) 點至第R+V+P個節(jié)點； 定義邊集E = {〈i，j> | i，jeu，i辛j}表示所述點集U中任意兩個節(jié)點的直線路徑集合，〈 i，j>表示任意第i個節(jié)點和任意第j個節(jié)點之間的直線路徑;記所述點集U中任意兩個節(jié)點 間的配送成本矩陣為C，且C= {cij I i，jeu，i辛j} ;cij表示第i個節(jié)點和第j個節(jié)點之間的配 送成本； 所述基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃方法是按如下步驟進行： 步驟1、將所有牽引車K的作業(yè)時間[0，maxlr]等間隔劃分成N個連續(xù)的時間片段，記為 {[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個時間片段；△ t表示所劃分的間隔； 步驟2、令n=l;對第η到第n+m個時間段[(η-1) Δ t, (n+m) △ t]內車輛的實際行駛路線 進行規(guī)劃;為時間片段總數(shù)； 步驟3、令第η至I」第n+m個時間段[(η-1) Δ t，（n+m) Δ t]內第p輛牽引車1((1))所在初始位置 節(jié)點Sf+s+p5 = 凡；);從而初始化所有牽引車所在初始位置節(jié)點； 步驟4、獲得第η到第n+m個時間段[(η-1) Δ t, (n+m) △ t]內所述第i個節(jié)點和第j個節(jié)點 之間的配送成本if，從而獲得配送成本矩陣Cn; 步驟5、根據第p輛牽引車K(p)所要訪問的目標節(jié)點，按照所要訪問的目標節(jié)點的最早訪 問時間的先后順序，將落入第η到第n+m個時間段[(n-1) At，（n+m) At]內的所有目標節(jié)點 依次組成第P輛牽引車K(p)的初始訪問序列; 步驟6、取出第p輛牽引車K(p)的初始訪問序列//;H>中的最后一個目標節(jié)點作為目的節(jié) 點，記為;從而形成更新的訪問序列i^Bi; 步驟7、根據第p輛牽引車K(p)所在初始位置節(jié)點配送成本矩陣Cn、訪問序列 、目的節(jié)點五P建立基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃模型； 步驟8、隨機生成第η次初始解Xn; 步驟9、利用模擬退火算法對所述第η次初始解Χη進行迭代求解，獲得第η次最優(yōu)解； 步驟10、將η+1賦值給η; 步驟11、更新第η到第n+m個時間段[(11-1)八1(11+111)/^]內第?輛牽引車1((1))所在位置 節(jié)點配送成本矩陣Cn; 步驟12、在第n-1個時間段[(η-2) Δ t，（n-1) △ t]結束前，獲取第p輛牽引車K(p)在第η到 第n+m個時間段[(11-1)八1(11+111)八幻內的訪問序列沒^;所述訪問序列//^包括:第1 1-1個 時間段[(n-2) At，（n-1) At]內未完成訪問的目標節(jié)點以及第p輛牽引車K(p)所要訪問的目 標節(jié)點的最早訪問時間落入第nSJ第n+m個時間段[(η-1) Δ t, (n+m) △ t]的目標節(jié)點； 步驟13、取出第η到第n+m個時間段[(η-1) Δ t, (n+m) Δ t]內第p輛牽引車K(p)的訪問序 列的最后一個目標節(jié)點作為目的節(jié)點，從而形成更新的訪問序列; 步驟14、根據第p輛牽引車K(p)所在初始位置節(jié)點Sf+ip)、配送成本矩陣C n、訪問序列 目的節(jié)點五；；1輸入所述甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃模型中； 步驟15、隨機生成第η次的初始解Χη， 步驟16、利用模擬退火算法對所述第η次初始解Χη進行迭代求解，獲得第η次最優(yōu)解； 步驟17、判斷η = Ν是否成立，若成立，則表示所有牽引車Κ完成作業(yè);否則，返回步驟10。2.根據權利要求1所述的基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃方法，其特征是， 所述步驟7中的基于滾動時域優(yōu)化的甩掛運輸動態(tài)路徑規(guī)劃的模型為： (1)目標函數(shù)：式（1)為目稱凼雙，衣不所還牟引牛即y忍m達肷不爾，」、化；白$' = 1叮，衣不弟p輛牽引 車κ(ρ)經過所述第i個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑<i，j>，當= 0時，表示第P輛牽引車 κ(ρ)不經過所述第i個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑<i，j>; 式(2)表示第P輛牽引車K(p)必須從位置節(jié)點出發(fā)；當時，表示第P輛牽 弓丨車κ(ρ)經過位置節(jié)點巧1~1與第j個節(jié)點之間的路徑(s, (,RtS+p)，i>;當 =〇時，表示第 P輛牽引車κ(ρ)不經過位置節(jié)點，與第j個節(jié)點之間的路徑<sf+5+^; 式⑶表示第P輛牽引車必須到達目的節(jié)點￡^;當^1=1時，表示第口輛牽引車吵)經過 第i個節(jié)點與目的節(jié)點之間的路徑當=〇時，表示第P輛牽引車K(p)不經過第 i個節(jié)點與目的節(jié)點Sj0之間的路徑; 式（4)為時間窗約束，表示令第p輛牽引車K(p)在位置節(jié)點的時間為當前時間 Time^g二表示第p輛牽引車K(p)抵達位置節(jié)點~5的時間； 式(5)為表示當.xf =1成立時，獲得第ρ輛牽引車Κ(ρ)在第j個節(jié)點上的訪問時間，沿;W 表示表示第P輛牽引車K(p)抵達第i個節(jié)點的時間;Wl表示第p輛牽引車K(p)在第i個節(jié)點的等 待時間；表示第p輛牽引車K (p)從第i個節(jié)點出發(fā)到第j個節(jié)點間的行駛時間；.47^1表示表 示第P輛牽引車K (p)抵達第j個節(jié)點的時間； 式(6)為時間窗約束，表示第p輛牽引車K(p)到達第r個目標節(jié)點的時間在最早訪問 er和最遲訪問時間1:之間； 式(7)表示所有路網節(jié)點U2和訪問序列中的目標節(jié)點滿足出入平衡；_4? =1表示第 Ρ輛牽引車κ(ρ)經過所述第i個節(jié)點與第W個節(jié)點之間直線路徑<i，w>，當gf1 =〇時，表示第ρ 輛牽引車K(p)不經過所述第i個節(jié)點與第w個節(jié)點之間直線路徑<i，w>;當=1時，表示第p 輛牽引車K(p)經過所述第w個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑<w，j>，當.^40 _= 0時，表示第p輛 牽引車K(p)不經過所述第w個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑； 式(8)表示訪問序列中節(jié)點的拜訪次序約束;所述表示第p輛牽引車K(p)到達 訪問序列中第Z個目標節(jié)點的時間；所述表示第P輛牽引車K(p)到達訪問序列 中第ζ+1個目標節(jié)點的時間； 式(9)表示訪問序列//^中的節(jié)點，僅被一輛牽引車次訪問一次；當1 =1時，表示第ρ 輛牽引車K(p)經過所述第i個節(jié)點與第u個節(jié)點之間直線路徑<i，u>，當= 〇時，表示第p輛 牽引車Κ(ρ)不經過所述第i個節(jié)點與第u個節(jié)點之間直線路徑<i，u>;當時，表示第ρ輛 牽引車Κ(ρ>經過所述第u個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑<u，j >，當xg1 = 0時，表示第ρ輛牽 引車K(p)不經過所述第u個節(jié)點與第j個節(jié)點之間直線路徑<u，j>; 式(10)表示決策變量的取值為"〇"或"Γ。
【文檔編號】G06Q10/04GK105956681SQ201610241242
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】馬華偉, 郝明治, 胡笑旋, 羅賀, 靳鵬, 夏維, 陶蕾, 胡明明
【申請人】合肥工業(yè)大學