考虑动态会遇的卡车无人机混合配送路径优化

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繁荣的电子商务催生了我国配送需求的蓬勃增长,但又因配送中存在的空间瓶颈导致城市配送过程效率低下;加之新冠肺炎疫情重大灾害的爆发所刺激的“无接触配送”需求,急需考虑新型配送模式以满足城市配送需求。近年来无人机技术发展成熟,采用“卡车+无人机”配送来提升配送效率已成为城市配送相关各方关注的焦点问题。当前国内外关于“卡车+无人机”配送问题的研究中,主要集中在单车单机、单车多机以及单一配送模式的研究,对于多车多机以及混合模式配送的研究较少。且现有研究中,均存在配送工具相互等待时间。因此,文章研究单个配送中心采用多车多机混合配送模式,设计动态会遇机制,优化配送路径方案;建立目标为配送时间最小的两阶段非线性混合整数规划模型;并设计两阶段的改进遗传算法进行求解,具体研究如下:首先,针对“卡车+无人机”混合配送模式的路径优化问题,设计配送过程的动态会遇机制,建立了配送时间最小为目标的两阶段非线性混合整数规划模型。第一阶段主问题为求解卡车配送方案可行解,第二阶段子问题为已知卡车配送方案可行解集的基础上,优化得到无人机配送方案可行解,通过主问题与子问题交互求得最优解。其次,在“卡车+无人机”混合配送路径优化模型的基础上,详细叙述基于遗传算法的求解步骤。详细介绍卡车、无人机配送对应的改进遗传算法,进而介绍配送集合预处理的详细步骤,其包括K-Means++聚类、轻重件分离、配送工具分离三个步骤。最后,基于某市区局部路网信息,设计算例数据代入算法,求得采用文章的路径优化方案。对比分析了采用多车多机协同配送模式的目标函数值,研究结果表明,采用考虑动态会遇的卡车无人机混合配送模式有效减少配送市场,提高配送效率;与GUROBI求解对比,验证算法的有效性;最后对离散程度、重件点占比进行敏感性分析,结果得重件点占比越小,所需无人机数量越大;配送任务离散程度越大,所需无人机数量越大;增加无人机数量可以一定程度减少配送时长,为现实场景的实际应用提供参考与建议。
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