[发明专利]一种基于大规模领域搜索的多场站校车路径求解方法

说明书

本发明公开一种基于大规模领域搜索的多场站校车路径求解方法，以闭合MDSBRP为研究对象，并考虑校车容量和学生最大乘车时间等多种问题特征，寻找多场站运营模式下总成本最小的校车路径安排方案。首先建立MDSBRP的数学模型，然后使用LNS进行求解。本发明针对站点设计了三种求解的算子，对其进行操作寻找优解。针对场站，引入扰动机制，在搜索过程中采用场站调整、接受一定范围内的较差解等策略来提高算法的寻优能力。本发明能够寻找多场站运营模式下总成本最小的校车路径安排方案，优化校车数量和运营里程。

技术领域

本发明属于校车路径规划技术领域，尤其涉及一种基于大规模领域搜索的多场站校车路径求解方法。

背景技术

为中小学学生提供安全、高效的校车服务是教育主管部门的一项重要职能，也是教育发展面临的新要求。校车路径问题是在满足既定约束的条件下，合理地规划校车线路，将学生从乘车站点送到学校(或从学校送回乘车站点)，并达到特定目标的组合优化问题。校车路径规划是一项极其复杂的工作，涉及到学区道路状况、学生、学校以及校车等多种因素。受校车运营公司的资金配置、学生分布状况、道路等级等条件的影响，对校车场站的调度，能够减少校车数量，减少成本，更加符合实际应用的需求。

依据校车场站的数量，可以将校车分为单场站校车路径问题(Single depotschool bus routing problem,SDSBRP)和多场站校车路径问题(Multiple depot schoolbus routing problem,MDSBRP)。在SDSBRP中，场站只有一个，要求校车在服务完学生之后，返回场站。在MDSBRP中，场站数量有多个，分为开放性MDSBRP和闭合MDSBRP两类。前者指校车在服务完学生之后，可以返回其他场站，后者则必须返回原场站。对校车路径问题进行定义时通常会做一些限定和抽象。假设某个学区内已有若干校车场站、若干所学校、若干个乘车站点、学生和道路网络等数据。某校车服务公司有一组容量和成本相同的校车车队停放在校车场站，每个乘车站点均有一定数量的乘车学生，这些学生可以由到达不同学校的学生组成。场站、学校、乘车站点等任意两个站点之间的运行距离和运行时间已知。基于以上假设，要求：校车从场站出发经过乘车站点并在学校开学时间内将学生送到学校，每个学生在乘车站点上车有最早时间和最晚时间的限制。目标是找到总成本最小的路径安排。

目前，主要有精确算法和启发式算法两类优化算法用于求解校车路径问题。但由于校车路径问题属于NP难题，最优化算法在实际应用中有限，因此大多数研究致力于构造更高质量的启发式算法。校车路径问题自1969年提出后，学者便进行了大量的研究，其中以单场站SDSBRP的研究居多。MDSBRP要比SDSBRP更为复杂，求解程度也更加困难。虽然近年来对多场站的研究逐渐增多，但MDSBRP对于算法求解质量和求解效率仍然拥有较高的提升空间。本发明为构造更高质量的针对MDSBRP的启发式算法，考虑校车容量和学生最大乘车时间等多种问题特征，提出多场站运营模式下总成本最小的校车路径安排方案。

发明内容

本发明针对上述MDSBRP存在的求解质量差的问题，提出一种基于大规模领域搜索的多场站校车路径求解方法，能够寻找多场站运营模式下总成本最小的校车路径安排方案，优化校车数量和运营里程。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于大规模领域搜索的多场站校车路径求解方法，包括：

步骤1：构建MDSBRP模型的初始解：首先，针对每个学校，基于场站、目标学校为该学校的乘车站点、可用车型信息和最大乘车时间约束条件,使用广义插入法构造多条到达该学校的路径；然后，将针对每个学校构造的路径进行合并，即得到MDSBRP模型的初始解；

步骤2：使用LNS算法，通过站点操作算子对站点完成局部搜索，在局部搜索过程中，采用多点移动的方式对局部优解完成扰动，得到局部最优解；

步骤3：针对得到的局部最优解，采用场站操作算子对其进行扰动操作，得到全局最优解；