本發(fā)明涉及路徑規(guī)劃與物流配送領(lǐng)域，具體涉及一種考慮異構(gòu)機(jī)隊(duì)的車輛-異構(gòu)無(wú)人機(jī)協(xié)同配送路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、隨著電子商務(wù)的快速發(fā)展，現(xiàn)行短途貨運(yùn)體系有限的物流承運(yùn)能力與人們對(duì)物流配送日益增長(zhǎng)需求之間的矛盾日趨顯著，傳統(tǒng)以車輛為主的運(yùn)輸模式雖然承載量大，但是成本高，效率低，同時(shí)受到地形、交通設(shè)施限制。目前無(wú)人機(jī)技術(shù)正在逐漸被運(yùn)用到物流配送中，實(shí)現(xiàn)車輛無(wú)人機(jī)協(xié)同配送，以提高配送時(shí)效性，降低成本，同時(shí)也可以提高客戶滿意度。因此，本發(fā)明提出一種考慮異構(gòu)機(jī)隊(duì)的多車多無(wú)人機(jī)協(xié)同配送路徑規(guī)劃方法，旨在現(xiàn)有物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，采用多輛車輛和多架異構(gòu)無(wú)人機(jī)進(jìn)行配對(duì)進(jìn)而協(xié)同配送的模式，實(shí)現(xiàn)配送總時(shí)間最短和總成本較低的目標(biāo)，與現(xiàn)有其他基于機(jī)-車協(xié)同的空地物流配送方法相比，本方法所構(gòu)建模型可兼容不同型號(hào)無(wú)人機(jī)協(xié)同運(yùn)輸，從而面向不同運(yùn)輸需求配置相應(yīng)無(wú)人機(jī)機(jī)隊(duì)組合，進(jìn)一步節(jié)約運(yùn)輸成本，同時(shí)具備良好的機(jī)-車協(xié)同路徑規(guī)劃求解效率與路徑實(shí)施的可行性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種考慮異構(gòu)機(jī)隊(duì)的多車多無(wú)人機(jī)協(xié)同配送路徑規(guī)劃方法，以實(shí)現(xiàn)配送總時(shí)間最短和總成本較低的目標(biāo)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，其主要包括兩個(gè)階段與四個(gè)主要步驟：

3、考慮異構(gòu)機(jī)隊(duì)的車輛無(wú)人機(jī)低空協(xié)同配送路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包含以下步驟：

4、階段一、面向基本運(yùn)輸需求的車輛-異構(gòu)無(wú)人機(jī)運(yùn)輸資源分配

5、s1、獲取低空物流配送中心倉(cāng)庫(kù)、客戶需求節(jié)點(diǎn)的位置及需求數(shù)據(jù)，以及用于低空物流配送的車輛-異構(gòu)無(wú)人機(jī)組成的配送聯(lián)合體數(shù)據(jù)；

6、s2、基于客戶需求節(jié)點(diǎn)的位置及需求數(shù)據(jù)以及用于低空物流配送的車輛-異構(gòu)無(wú)人機(jī)組成的配送聯(lián)合體數(shù)據(jù)，根據(jù)客戶需求節(jié)點(diǎn)的位置分布及需求，實(shí)現(xiàn)初步配送資源分配；

7、階段二、基于詳細(xì)物流環(huán)境的車輛-無(wú)人機(jī)運(yùn)輸路徑規(guī)劃

8、s3、以滿足客戶所有需求配送時(shí)效性最高，即總配送時(shí)間最短，總成本較低為目標(biāo)，建立車輛-異構(gòu)無(wú)人機(jī)隊(duì)低空物流協(xié)同配送路徑優(yōu)化模型；

9、s4、對(duì)車輛-異構(gòu)無(wú)人機(jī)隊(duì)低空物流協(xié)同配送路徑優(yōu)化模型，采用改進(jìn)自適應(yīng)鄰域搜索算法求解。

10、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s1中低空物流配送的車輛與異構(gòu)無(wú)人機(jī)組成的配送聯(lián)合體數(shù)據(jù)的獲取包括：

11、s101、每輛車輛上裝配多個(gè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行協(xié)同配送，其中無(wú)人機(jī)類型不同，其負(fù)載能力和電池續(xù)航能力性能參數(shù)不同；

12、s102、獲取車輛的配送數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)的配送數(shù)據(jù)；所述車輛的配送數(shù)據(jù)包括：車輛從配送點(diǎn)m到配送點(diǎn)n所需要的時(shí)間、車輛服務(wù)配送點(diǎn)m所需要的時(shí)間；所述無(wú)人機(jī)的配送數(shù)據(jù)包括：g類型的無(wú)人機(jī)從配送點(diǎn)m到配送點(diǎn)n所需要的時(shí)間，g類型的無(wú)人機(jī)服務(wù)配送點(diǎn)m所需要的時(shí)間。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s1中低空物流配送的車輛-異構(gòu)無(wú)人機(jī)組成的配送聯(lián)合體數(shù)據(jù)的獲取包括：通過(guò)客戶需求節(jié)點(diǎn)的位置信息聚類，初步確定每輛車輛服務(wù)的需求點(diǎn)；根據(jù)需求點(diǎn)的物流配送需求，結(jié)合無(wú)人機(jī)的性能參數(shù)，確定每輛車輛裝載的無(wú)人機(jī)類別和數(shù)量，實(shí)現(xiàn)初步配送資源分配。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s3中車輛-異構(gòu)無(wú)人機(jī)隊(duì)低空物流協(xié)同配送路徑優(yōu)化模型的構(gòu)建步驟為：

15、s401、根據(jù)初步配送資源分配結(jié)果，各無(wú)人機(jī)隨車輛從中心倉(cāng)庫(kù)出發(fā)，從任意配送點(diǎn)起飛，完成另一客戶需求節(jié)點(diǎn)配送任務(wù)后，與車輛到其他客戶需求節(jié)點(diǎn)匯合；完成所有配送后，無(wú)人機(jī)和車輛共同返回中心倉(cāng)庫(kù)，總體配送時(shí)間最短，總成本較低；所述車輛-異構(gòu)無(wú)人機(jī)協(xié)同路徑問(wèn)題模型的目標(biāo)函數(shù)為總配送時(shí)間mint，總成本minr。

16、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述車輛-異構(gòu)無(wú)人機(jī)隊(duì)低空物流協(xié)同配送路徑優(yōu)化模型的約束條件包括：客戶服務(wù)屬性的約束、車輛的路徑約束和無(wú)人機(jī)路徑約束；

17、所述客戶服務(wù)屬性的約束包括：

18、利用公式，定義決策變量：用來(lái)判斷客戶是否在類型為g的無(wú)人機(jī)行程k∈k中并由該無(wú)人機(jī)進(jìn)行配送；判斷客戶是否由編號(hào)為z的車輛進(jìn)行配送，利用兩個(gè)決策變量和為1確保車輛或無(wú)人機(jī)服務(wù)的客戶集合僅被服務(wù)一次；

19、所述車輛的路徑約束包括：

20、約束車輛從配送中心出發(fā)一次，約束配送后車輛返回配送中心一次；約束每個(gè)客戶點(diǎn)車輛最多只服務(wù)一次；消除車輛行駛路徑子回路出現(xiàn)的約束；有且只有一輛車輛配送客戶點(diǎn)i，且客戶點(diǎn)i的屬性為只能由車輛配送，每個(gè)客戶點(diǎn)i被服務(wù)一次且車輛離開的時(shí)間大于車輛到達(dá)時(shí)間和服務(wù)時(shí)間之和，保證車輛完成客戶點(diǎn)服務(wù)需求后離開的約束；無(wú)人機(jī)返回車輛的時(shí)間早于車輛離開的時(shí)間，保證車輛-無(wú)人機(jī)之間的協(xié)同運(yùn)行約束；

21、所述無(wú)人機(jī)路徑約束包括：

22、判斷行程k∈k是否由類型為g的無(wú)人機(jī)沿弧(m,n)飛行；確定客戶點(diǎn)i是否由類型為g的無(wú)人機(jī)在行程k進(jìn)行配送服務(wù)，并確保類型為g的無(wú)人機(jī)在某一節(jié)點(diǎn)僅發(fā)射或收回僅一次；在類型為g的無(wú)人機(jī)的某一次行程中，所有客戶點(diǎn)的包裹重量集合不超過(guò)該類無(wú)人機(jī)的最大載重量；在類型為g的無(wú)人機(jī)的某一次行程中，無(wú)人機(jī)的剩余電量能夠完成整個(gè)行程并返回車輛；在類型為g的無(wú)人機(jī)的某一條飛行路徑中，無(wú)人機(jī)著落點(diǎn)和起飛點(diǎn)最多只有一個(gè)點(diǎn)是在車輛可以到達(dá)/離開的集合中；在類型為g的無(wú)人機(jī)的飛行路徑中，一條路徑僅能被無(wú)人機(jī)服務(wù)一次。

23、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述車輛-異構(gòu)無(wú)人機(jī)隊(duì)低空物流協(xié)同配送路徑優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)總配送時(shí)間mint和總成本minr的公式分為為：

24、

25、其中，i,j,b,f為客戶集合點(diǎn)的編號(hào)，c為客戶集合點(diǎn)的集合；u為無(wú)人機(jī)集合，g為無(wú)人機(jī)類型的集合；t為車輛集合；為編號(hào)為z的車輛從倉(cāng)庫(kù)到節(jié)點(diǎn)b所需要的時(shí)間；為編號(hào)為z的車輛從節(jié)點(diǎn)f到倉(cāng)庫(kù)所需要的時(shí)間；為編號(hào)為z的車輛從節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j所需要的時(shí)間；為類型為g無(wú)人機(jī)從節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j所需要的時(shí)間；為編號(hào)為z的車輛服務(wù)i點(diǎn)所需要的時(shí)間；為類型為g無(wú)人機(jī)服務(wù)i點(diǎn)所需要的時(shí)間；rt為車輛單位距離的耗油量；vtz為編號(hào)為z的車輛的平均速度；ug為類型為g的無(wú)人機(jī)的數(shù)量；rug為類型為g的單架無(wú)人機(jī)的成本；b為單輛車的固定成本。

26、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s4中采用改進(jìn)自適應(yīng)鄰域搜索算法求解，包括：通過(guò)兩階段改進(jìn)自適應(yīng)鄰域搜索算法求解車輛-異構(gòu)無(wú)人機(jī)隊(duì)低空物流協(xié)同配送路徑優(yōu)化模型，第一階段通過(guò)禁忌搜索生成初始解，第二階段通過(guò)遺傳模擬退火算法判斷準(zhǔn)則獲取局部最優(yōu)的車輛與無(wú)人機(jī)低空物流協(xié)同配送的路徑。

27、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的第一階段通過(guò)禁忌搜索生成初始解，包括：

28、s601、根據(jù)數(shù)據(jù)集對(duì)車輛-異構(gòu)無(wú)人機(jī)隊(duì)低空物流協(xié)同配送路徑優(yōu)化模型的相關(guān)參數(shù)預(yù)處理；

29、s602、添加所有客戶需求節(jié)點(diǎn)到未訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)集；

30、s603、判斷客戶需求節(jié)點(diǎn)是否被遍歷完成，若是，則執(zhí)行s606，否則執(zhí)行下一步；

31、s604、選擇一個(gè)合適的未訪問(wèn)客戶需求節(jié)點(diǎn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)屬性，包括當(dāng)前已選擇節(jié)點(diǎn)、與其他節(jié)點(diǎn)距離、是否能被無(wú)人機(jī)訪問(wèn)，選擇車輛或無(wú)人機(jī)進(jìn)行配送；

32、s605、根據(jù)s604的選擇結(jié)果，若符合無(wú)人機(jī)服務(wù)條件，則將該客戶需求節(jié)點(diǎn)加入到無(wú)人機(jī)服務(wù)路徑中；若不符合，則將其列入車輛服務(wù)路徑中；將該節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為已訪問(wèn)，返回s603；

33、s606、結(jié)束初步處理，生成初始解。

34、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的第二階段通過(guò)遺傳模擬退火算法判斷準(zhǔn)則獲取局部最優(yōu)的車輛與無(wú)人機(jī)低空物流協(xié)同配送的路徑，包括：

35、s701、采elimoperato鄰域搜索算法對(duì)初步解進(jìn)行擇優(yōu)；

36、s702a、在初始解中隨機(jī)選擇一個(gè)路徑上的無(wú)人機(jī)配送方案作為方案p1；

37、s702b、將方案p1刪除，重新選取該配送路徑方案上的無(wú)人機(jī)類型；

38、s702c、將路徑p1上的客戶依據(jù)貨物需求，服務(wù)時(shí)間窗，距離三要素計(jì)算重要度后重新排序，按照客戶的排序重新為這個(gè)路徑上的客戶選取無(wú)人機(jī)類型；計(jì)算該路徑的時(shí)間和成本得到當(dāng)前解，根據(jù)新解效果判斷是否用新解更新初始解和最優(yōu)解；

39、s702d、重復(fù)步驟702a到702c直到達(dá)到終止迭代條件。

40、本發(fā)明的有益效果在于：提出了一種基于車-機(jī)協(xié)同的空地聯(lián)合物流運(yùn)輸模型以及對(duì)應(yīng)快速求解方法。通過(guò)對(duì)各類無(wú)人機(jī)、地面車輛的運(yùn)輸能力與性能評(píng)估以及物流需求評(píng)估構(gòu)建協(xié)同配送模型，然后設(shè)計(jì)領(lǐng)域搜索算法快速求解獲得車機(jī)協(xié)同的物流配送方案。與現(xiàn)有其他基于機(jī)-車協(xié)同的空地物流配送方法相比，本方法所構(gòu)建模型可兼容不同型號(hào)無(wú)人機(jī)協(xié)同運(yùn)輸，從而面向不同運(yùn)輸需求配置相應(yīng)無(wú)人機(jī)機(jī)隊(duì)組合，進(jìn)一步節(jié)約運(yùn)輸成本，同時(shí)具備良好的機(jī)-車協(xié)同路徑規(guī)劃求解效率與路徑實(shí)施的可行性，有望彌補(bǔ)目前“最后一公里”終端物流運(yùn)輸時(shí)間成本、經(jīng)濟(jì)成本高的問(wèn)題。