[发明专利]一种甩挂运输协同路径规划方法

摘要

本发明公开了一种甩挂运输协同路径规划方法，其特征是，包括以下步骤：1、根据任意两节点之间的欧氏距离计算路径成本矩阵；2、运用所得路径成本矩阵对甩挂运输协同路径规划问题进行建模；3、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，获得最优解；4、以上述最优解所对应的方案作为甩挂运输协同路径规划问题的最优方案。本发明能对甩挂运输协同路径规划问题进行结构化决策，较为准确地给出牵引车与挂车协同路径规划的方案，提高制定协同路径规划方案的效率、合理性和准确性，从而提高物流配送运输能力。

主权项

1.一种甩挂运输协同路径规划方法，其特征是应用于由1个车场A、M个甩挂站点、N个汽车列车客户以及K个牵引车客户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原点o，将所述原点o的两条邻边分别设置为x轴和y轴，从而构成坐标系xoy；在所述坐标系xoy中，将M个甩挂站点记为S＝{S1,S2,…,Sm,…,SM}，1≤m≤M；Sm表示第m个甩挂站点；第m个甩挂站点Sm的位置记为(xm,ym)；将N个汽车列车客户记为VC＝{VCM+1,VCM+2,…,VCM+n,…,VCM+N}；1≤n≤N；VCM+n表示第n个汽车列车客户；第n个汽车列车客户VCM+n的位置记为(xM+n,yM+n)；第n个汽车列车客户VCM+n的需求记为DM+n；将K个牵引车客户记为TC＝{TCM+N+1,TCM+N+2,…,TCM+N+k,…,TCM+N+K}；1≤k≤K；TCk表示第k个牵引车客户；第k个牵引车客户TCM+N+k的位置记为(xM+N+k,yM+N+k)；第k个牵引车客户TCM+N+k的需求记为DM+N+k；定义车场A的位置为(x0,y0)；在所述车场中存在P辆牵引车和Q辆挂车，分别记为TK＝{TK1,TK2,…,TKp,…,TKP}和TL＝{TLP+1,TLP+2,…,TLP+q,…,TLP+Q}；1≤p≤P；1≤q≤Q；TKp表示第p辆牵引车；第p辆牵引车的容积记为Cap1；TLP+q表示第q辆挂车；第q辆挂车TLP+q的容积记为Cap2；将所述1个车场A、M个甩挂站点S、N个汽车列车客户VC以及K个牵引车客户TC记为点集V＝{A,S,VC,TC}；则所述车场A表示第0个节点；M个甩挂站点S表示第1个节点至第M个节点；N个汽车列车客户VC表示第M+1个节点至第M+N个节点；K个牵引车客户TC表示第M+N+1个节点至第M+N+K个节点；定义边集E＝{＜i,j＞|i,j∈V,i≠j}表示所述点集V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V中任意两个节点的距离矩阵为C，且C＝{Cij|i,j∈V,i≠j}；cij表示第i个节点和第j个节点之间的距离；假设第p辆牵引车TKp能访问N个汽车列车客户VC和K个牵引车客户TC；假设第q辆挂车TLP+q仅能访问K个牵引车客户TC；假设第p辆牵引车TKp和第q辆挂车TLP+q仅能在M个甩挂站点S中进行货物转移的甩挂操作；假设第p辆牵引车TKp和第q辆挂车TLP+q均为同型车辆，能互相拖带；假设第p辆牵引车TKp每次最多只能拖带一辆挂车；假设第p辆牵引车TKp和第q辆挂车TLP+q均是以车场A为起点和终点；所述甩挂运输协同路径规划方法是按如下步骤进行：步骤1、在所述坐标系xoy中，根据第i个节点的位置(xi,yi)和第j个节点的位置(xj,yj)，获得第i个节点和第j个节点之间的距离cij，从而获得距离矩阵C；步骤2：根据所述距离矩阵C建立甩挂运输协同路径规划的数学模型；所述步骤2中的甩挂运输协同路径规划的数学模型为：目标函数：约束条件：xAdp,xAbp,xiwp,xwjp,xdzp,xzbp,xijp∈{0,1}                 (10)式(1)表示所述牵引车集合TK经过的距离最小化；当xijp＝1时，表示第p辆牵引车TKp经过所述任意第i个节点和第j个节点之间的直线路径＜i,j＞，当xijp＝0时，表示第p辆牵引车TKp不经过所述任意第i个节点和第j个节点之间的直线路径＜i,j＞；式(2)表示所述牵引车从所述车场后出发后，完成配送任务后必须全部返回所述车场；d,b表示任意属于所述甩挂站点集S、所述汽车列车客户集VC或者所述牵引车客户集TC的节点；当xAdp＝1时，表示第p辆牵引车TKp经过所述第0个节点和第d个节点之间的直线路径＜0,d＞；当xAdp＝0时，表示第p辆牵引车TKp不经过所述第0个节点和第d个节点之间的直线路径＜0,d＞；当xbAp＝1时，表示第p辆牵引车TKp经过第b个节点和第0个节点之间的直线路径＜b,0＞；当xbAp＝0时，表示第p辆牵引车TKp不经过所述第b个节点和第0个节点之间的直线路径＜b,0＞；式(3)表示所述挂车从所述车场后出发后，完成配送任务后必须全部返回所述车场；当xAdq＝1时，表示第q辆挂车TLP+q经过所述第0个节点和第d个节点之间的直线路径＜0,d＞；当xAdq＝0时，表示第q辆挂车TLP+q不经过所述第0个节点和第d个节点之间的直线路径＜0,d＞；当xbAq＝1时，表示第q辆挂车TLP+q经过所述第b个节点和第0个节点之间的直线路径＜b,0＞；当xbAq＝0时，表示第q辆挂车TLP+q不经过所述第b个节点和第0个节点之间的直线路径＜b,0＞；式(4)表示所述牵引车客户和所述汽车列车客户只能被一辆所述牵引车访问且仅访问一次；w表示任意属于所述汽车列车集VC或者所述牵引车客户集TC的节点；当xiwp＝1时，表示第p辆牵引车TKp经过所述任意第i个节点与第w个节点之间的直线路径＜i,w＞；当xiwp＝0时，表示第p辆牵引车TKp不经过所述任意第i个节点与第w个节点之间的直线路径＜i,w＞；当xwjp＝1时，表示第p辆牵引车TKp经过所述任意第w个节点与第j个节点之间的直线路径＜w,j＞；当xwjp＝0时，表示第p辆牵引车TKp不经过所述任意第w个节点与第j个节点之间的直线路径＜w,j＞；式(5)表示在每个甩挂站点处的第p辆牵引车的出度等于入度；当xdmp＝1时，表示第p辆牵引车TKp经过所述任意第d个节点与第m个节点之间的直线路径＜d,m＞；当xdmp＝0时，表示第p辆牵引车TKp不经过所述任意第d个节点与第m个节点之间的直线路径＜d,m＞；当xmbp＝1时，表示第p辆牵引车TKp经过所述任意第m个节点与第b个节点之间的直线路径＜m,b＞；当xmbp＝0时，表示第p辆牵引车TKp不经过所述任意第m个节点与第b个节点之间的直线路径＜m,b＞；式(6)表示在所述第p辆牵引车行驶路径上的容积约束；表示第p辆牵引车TK_p到达第a个节点时携带的负载量；表示第p辆牵引车TK_p到达第e个节点时携带的负载量；E^p表示第p辆牵引车TK_p所经过的边集；式(7)表示在所述第p辆牵引车拖带所述第q辆挂车TL_P+q挂车行驶路径上的容积约束；t,u表示所述车场A、所述甩挂站点集S和所述汽车列车客户集VC中的任意一节点；W_t^p表示第p辆牵引车TK_p到达第t个节点时携带的负载量；W_t^P+q表示第q辆挂车TL_P+q到达第t个节点时携带的负载量；表示第p辆牵引车TK_p到达第u个节点时携带的负载量；表示第q辆挂车TL_P+q到达第u个节点时携带的负载量；E^P+q表示第q辆挂车TL_P+q所经过的边集；式(8)表示变量的约束范围；V^p表示第p辆牵引车TK_p所经过的点集；h表示所述第p辆牵引车TK_p所经过的点集中的任意一节点；式(9)表示变量的约束范围；V^p表示第p辆牵引车TK_p所经过的点集；V^P+q表示第q辆挂车TL_P+q所经过的点集；r表示所述第p辆牵引车TK_p所经过的点集与第q辆挂车TL_P+q所经过的点集的交集的任意一节点；式(10)表示对应引入的决策变量；步骤3：随机生成初始解X，对所述甩挂运输协同规划的初始解利用模拟退火算法进行迭代求解，获得最优解；所述步骤3的模拟退火算法求解过程是按如下步骤进行：步骤3.1、初始化模拟退火算法的控制参数：令初始温度为T0；温度衰减率为a；温度衰减次数为v；设定当前温度迭代次数为l；当前温度最大迭代次数为L；设定温度迭代次数为c；最大温度迭代次数为C；步骤3.2、初始化v＝0；步骤3.3、初始化c＝0；步骤3.4、初始化l＝0；步骤3.5、随机产生一个初始解X，令最优解Xbest为初始解X，最优目标函数值Fbest为obj(X)；步骤3.6、令初始解X为第c次循环的第l次迭代的当前解步骤3.7、利用2‑opt算法构造第c次循环的第l次迭代的当前解的邻域解Y_l^c；步骤3.8、将l+1赋值给l；步骤3.9、计算第c次循环的第l次迭代的差值并判断是否成立，若成立，则执行步骤3.10；否则，令第c次循环的第l次迭代的邻域解Y_l^c为第c次循环的第l+1次迭代的当前解并转步骤3.11；步骤3.10、判断是否成立，ε为(0,1)的随机数；若成立，则将第c次循环的第l次迭代的邻域解Y_l^c即为第c次循环的第l+1次迭代的当前解否则，转步骤3.7；步骤3.11、判断是否成立，如果成立，则将第c次循环的第l+1次迭代的当前解为最优解X_best，令第c次循环的第l+1次迭代的当前解的目标函数值为最优目标函数值F_best；否则转步骤3.12步骤3.12、判断l≥L是否成立，若成立，则表示获得第c次循环的第L次迭代的最优解，并执行步骤3.13；否则，返回步骤3.7；步骤3.13、将v+1赋值给v，并计算Tv＝T0×αv；步骤3.14、将c+1赋值给c，判断c≥C是否成立，若成立，则表示获得第C次循环的第L次迭代的最优解；否则，令l＝0；并返回步骤3.7执行；步骤4：以所述最优解所对应的方案作为所述甩挂运输协同路径规划的最优方案。