带时间窗的电动车辆路径优化问题研究

论文摘要

随着全球环境问题和能源局势的日益严峻,使用清洁电能的电动汽车越来越受到重视,并在逐步替代传统内燃汽车成为物流领域的重要配送工具,电动车辆配送路径优化问题(EVRP)正成为车辆路径优化领域的研究热点。电动汽车在物流配送领域的大规模运用具有极其重要的现实意义,这是因为电动汽车相比于传统燃油汽车具有非常明显的优势:首先,使用电动汽车能实现有害气体和二氧化碳零排放,这样不仅能够改善城市空气质量,还能在一定程度上缓解全球温室效应;其次,电动汽车能量转化率比内燃汽车高,能降低配送成本。本文拟对带时间窗的电动车辆路径问题(EVRPTW)进行研究,针对该问题的研究能够丰富相关领域研究的内容,同时也能为后续研究者研究相关问题提供参考。目前电动汽车电池能量补充方式主要分为充电站式和换电站式,充电式相对于换电式建设成本更低,但受到目前汽车电池和充电技术的限制导致充电式所花费的时间成本更高,随着技术的发展,未来有望实现低成本高效率的充电技术,因此本文针对充电式的EVRPTW进行研究。为了建立EVRPTW数学模型,首先研究了带容量约束的车辆路径问题(CVRP)数学模型,接着在CVRP的基础上进一步研究了带时间窗的车辆路径问题(VRPTW)数学模型,最后结合EVRPTW特点建立了EVRPTW数学模型。模型约束条件包括车辆载重限制,客户服务时间窗限制,以及电动汽车行驶里程限制。电动汽车行驶过程中允许进入固定的充电站进行充电,在充电速率固定的条件下将电能充满后继续配送任务。问题的目标是安排最优路径,使总配送成本最低,配送成本包括电能耗费成本和车辆行驶损耗成本两个部分。为了探究影响EVRPTW配送成本的影响因素,基于遗传算法设计求解程序,通过带入小规模算例就不考虑充电的EVPTW、不考虑时间窗约束的EVRP、不同车速下的EVRPTW以及不同充电速率下的EVRPTW四种不同条件下的EVRP进行求解。实验结果表明:(1)考虑充电站的EVRP的配送成本要比不考虑充电站的EVRP更低;(2)时间窗约束的存在一定程度上会提高EVRP的配送成本;(3)电动汽车的行驶速度和充电速率越快,配送成本呈现越低的趋势。由于车辆行驶速度通常受到现实条件的约束不能随意变动,因此要降低考虑充电的电动车辆配送成本不仅需要优化车辆配送路径,更需要在电动车辆的充电技术上取得突破以提高充电速率,从而降低充电时间,继而降低电动车辆的配送成本。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 研究内容及框架
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 论文框架
• 2 车辆路径优化问题的相关理论
•   2.1 车辆路径优化问题
•   2.2 车辆路径问题的基本问题模型
•     2.2.1 带容量约束的车辆路径问题模型
•     2.2.2 带时间窗口的车辆路径问题模型
•   2.3 电动车辆问题与传统车辆路径问题的区别
•   2.4 电动车辆的电能补充模式
•   2.5 求解车辆路径问题的常用算法
•     2.5.1 精确算法
•     2.5.2 启发式算法
• 3 带时间窗的电动车辆路径问题的数学模型
•   3.1 问题定义
•   3.2 数学模型构建
• 4 带时间窗的电动车辆路径问题算法设计及求解
•   4.1 算法概述
•     4.1.1 种群与个体
•     4.1.2 基因与染色体
•     4.1.3 选择交叉与变异
•     4.1.4 适应度
•     4.1.5 搜索空间
•     4.1.6 局部最优
•     4.1.7 参数
•     4.1.8 基因表示
•     4.1.9 终止条件
•     4.1.10 搜索过程
•   4.2 算法设计
•     4.2.1 编码方式
•     4.2.2 种群初始化
•     4.2.3 适应度函数
•     4.2.4 遗传操作
•     4.2.5 算法结束条件
•   4.3 算例求解及分析
•     4.3.1 不考虑充电的EVRPTW的解
•     4.3.2 不考虑时间窗约束的EVRP的解
•     4.3.3 不同车速下EVRPTW的解
•     4.3.4 不同充电速率下EVRPTW的解
• 5 结论与展望
•   5.1 本研究的结论
•   5.2 未来研究展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 万勇平

导师: 魏丽军,熊建昌

关键词: 电动汽车,充电站,遗传算法

来源: 江西财经大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,汽车工业

单位: 江西财经大学

分类号: O221;U469.72

总页数: 55

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