无人机、充电汽车、激光通信等当前热门技术,由于其续航能力或传播距离有限,使其大规模推广应用受到了严重的阻碍。部署合理且分布广泛的中继设施网络可以有效地扩展其覆盖的范围。由于部分中继设施的建设费用高昂,且可以服务的需求有限,因此,合理的选择中继设施建设的位置和规模,对于这些技术的发展和普及意义重大。中继设施的选址定容规划不同于经典的服务设施规划问题,其面向的是以从起点到终点的流需求为服务对象的新型规划问题。论文根据这类新型规划问题的特点和共性,针对带有续航能力约束的流需求服务设施选址定容规划问题的建模方法和具体应用场景开展了研究工作,论文的主要研究工作如下:1.分析了流需求服务设施选址问题中包含的实体的属性和主要活动,对规划问题中涉及的约束条件进行分类。具体研究了每类约束条件的可能应用场景和表现形式。对每一类约束条件涉及的不同应用场景和表现形式进行归纳,总结得到了流需求服务设施选址规划问题的模型框架。根据模型框架,将已有流需求服务设施选址规划模型进行归类,根据归类结果指出了当前已经解决和尚未解决的模型应用背景,并将尚未解决的较为复杂的三类选址定容规划问题作为论文的主要研究内容。2.提出并研究了可控流需求服务设施选址定容规划问题,讨论了在流需求的中继方案可以由决策者控制的情况下,中继服务设施的选址定容规划问题建模方法。对问题中涉及的捕获需求限制、服务能力限制和建设和扩容成本限制进行了形式化的表达。根据复杂规划模型,设计了符合求解需求的模拟退火算法。并应用边境无人机巡逻网络实际背景,测试了模型和算法的可行性和灵敏度。3.提出并研究了不可控流需求服务设施选址定容规划问题。指出了当流需求存在对中继方案的不可控选择偏好时,关键问题是量化需求主体对中继方案的选择意愿。因此,我们根据网络中服务设施的负载情况,提出了需求主体选择意愿理论,并依此定义了当服务设施选址定容方案确定后的网络中流需求分布的平衡状态,并根据平衡状态的定义设计了不可控流需求服务设施选址定容规划模型。考虑到规划模型中流需求分配影响关系复杂,设计了可以在有限的时间内对规划问题求解的两阶段遗传算法和基于深度优先搜索的启发式算法。应用河北省高速公路实际案例和随机生成网络案例对模型和算法的可行性和求解效果进行对比,并通过管理学和灵敏度分析得到一些实际情况中服务设施建设的指导性建议。4.提出并研究了带有需求成本的流需求服务设施选址定容规划问题。讨论了追加成本和网络中流需求变化可能存在的影响关系,分别对流需求可控和不可控两种情况进行建模分析。设计了用于解决带有需求成本、不可控流需求分布和其他多种约束下的复杂规划模型的单阶段遗传算法和邻域搜索算法。应用湖南省高速公路充电汽车推广案例,对模型和算法的求解效果进行对比,并根据结果进行管理学分析。同时,考虑到智能优化算法对已知解的改进作用,探讨了启发式算法、遗传算法和邻域搜索算法三种算法之间结合应用的可能性和求解效果。