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考虑车辆调度和调度员分配的共享汽车混合车队规模优化

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交通运输系统工程与信息 2021年第6期21卷 145-152页

作者：蒋阳升吴佳媛胡路西南交通大学交通运输与物流学院成都611756 西南交通大学综合交通大数据应用技术国家工程实验室成都611756

针对电动汽车存在充电续航问题与传统燃油汽车存在环境污染问题的矛盾,本文提出共享汽车混合车队规模优化方法。首先,在不考虑成本条件下,分析动态车辆调度和实时调度员分配对共享汽车系统需求满足和车辆利用的影响。然后,针对由传统内... 详细信息

针对电动汽车存在充电续航问题与传统燃油汽车存在环境污染问题的矛盾,本文提出共享汽车混合车队规模优化方法。首先,在不考虑成本条件下,分析动态车辆调度和实时调度员分配对共享汽车系统需求满足和车辆利用的影响。然后,针对由传统内燃汽车、混合动力汽车、插入式混合动力汽车和纯电动汽车构成的混合共享汽车系统,考虑车辆调度和调度员分配,以运营商利润最大化为目标,CO_(2)排放量和道路拥堵为约束,构建混合车队规模优化模型。通过Matlab调用gurobi求解器求解上述混合整数线性规划模型。最后,以成都市为例,分析不同CO_(2)排放量约束,以及车辆调度对共享汽车运营商利润、不同类型的车队规模、车辆利用率和用户需求满足率的影响。同时,比较单一车队和混合车队共享汽车系统,结果显示,混合车队和单一插入式混合动力车队可以实现经济效益和环境效益的双赢,是目前最适合共享汽车系统发展的模式。

关键词：城市交通共享汽车混合车队车辆调度调度员分配 gurobi求解器

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客改货飞机载重平衡问题建模与Benders分解算法设计

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交通运输工程学报 2023年第2期23卷 199-211页

作者：赵向领李云飞中国民航大学空中交通管理学院天津300300 东北大学智能工业数据解析与优化教育部重点实验室辽宁沈阳110819

研究了民航客改货飞机的载重平衡问题,分析了客改货飞机与客机和纯货机在载重平衡问题所存在的差异,建立了具备主货舱指派问题和下货舱背包问题组合优化特性的客改货载重平衡问题的线性整数规划模型,实现业载量最大和配载重心偏离指定... 详细信息

研究了民航客改货飞机的载重平衡问题,分析了客改货飞机与客机和纯货机在载重平衡问题所存在的差异,建立了具备主货舱指派问题和下货舱背包问题组合优化特性的客改货载重平衡问题的线性整数规划模型,实现业载量最大和配载重心偏离指定目标重心最小的多目标函数,包含了实际操作中客改货机型的货舱及其位置约束、各种质量约束、上下舱联合约束与飞机重心包线约束等;设计了Benders分解算法对该模型求解,把原问题分为主问题和子问题两部分;设计了改进模拟退火算法求解主问题,改进了离散变量的编码、变异以及个体修正等策略;设计了基于逻辑检查的y-check算法,用于检查子问题的上下舱联合限重、重心包线等复杂约束,给出了Benders’Cut约束模型;设计了以B757-200客改货飞机为例的20组不同规模算例,基于gurobi、Lingo、人工配载和本文提出的算法对模型进行验证。研究结果表明:gurobi求解质量和速度最好,平均业载量为29 517.3 kg,重心偏差为0.02%,求解时间为0.13 s;人工配载方法最差,平均业载量为27 131.9 kg,重心偏差为5.26%,求解时间为581.75 s;本文提出的算法由于采用了智能启发式算法,平均业载量为28 379.1 kg,与gurobi和Lingo的最优解相比稍差,但重心偏差为0.05%,可以忽略不计,平均求解速度为20.33 s,远快于Lingo的7 370.65 s。

关键词：客改货飞机载重平衡多目标优化 Benders分解模拟退火 gurobi求解器

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基于再生制动能利用的高铁列车运行图优化

深圳大学学报（理工版） 2023年第5期40卷 539-545,I0001页

作者：革新张玉召黄志鹏兰州交通大学交通运输学院甘肃兰州730070

动车组列车在制动时会产生大量再生制动能源,可供同一供电分区牵引列车使用,充分利用再生制动能可以降低运营能耗并节约运营成本.利用列车始发站发车时刻及停车站停站时间的可控性,考虑多列车安全运行间隔与动车组交路中车次接续时间等... 详细信息

动车组列车在制动时会产生大量再生制动能源,可供同一供电分区牵引列车使用,充分利用再生制动能可以降低运营能耗并节约运营成本.利用列车始发站发车时刻及停车站停站时间的可控性,考虑多列车安全运行间隔与动车组交路中车次接续时间等约束条件,以再生制动能利用最大化为目标构建节能时刻表模型,使用gurobi求解器求解,并通过实例检验模型有效性.结果表明,优化后的列车运行图再生制动能利用率为49.3%,节约的牵引能耗可达14967.622 kW⋅h,节能效果显著;对比退火算法的模拟结果表明,使用gurobi求解器后的模型精度与效率均较优.研究结果可为铁路运输部门编制节能运行图提供参考.

关键词：交通规划运行图节能优化高铁列车再生制动能 gurobi求解器模拟退火算法

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基于产品的柔性SERU系统构建问题研究

运筹与管理 2024年第5期33卷 182-188页

作者：任玉红唐加福东北财经大学管理科学与工程学院辽宁大连116025

不断加剧的市场动荡性和环境复杂性,使得柔性成为制造企业保持竞争优势的关键。作为一种以高柔性著称的生产系统,SERU生产得到了业界和学术界的广泛关注。然而,柔性SERU系统构建问题却鲜有研究。本文综合考虑柔性投资成本和柔性损失成本... 详细信息

不断加剧的市场动荡性和环境复杂性,使得柔性成为制造企业保持竞争优势的关键。作为一种以高柔性著称的生产系统,SERU生产得到了业界和学术界的广泛关注。然而,柔性SERU系统构建问题却鲜有研究。本文综合考虑柔性投资成本和柔性损失成本,建立了柔性SERU系统构建(Flexible SERU System Formation Problem,FSFP)模型。分析了问题的复杂性,并将其转化为等价的线性模型以精确求解小规模问题。通过大量数值实验,从需求场景和成本参数的视角,对比了FSFP模型与现有文献中基于特定生产任务的SERU系统构建策略(Task-Oriented SERU Formation,TOSF),验证了FSFP模型的有效性。研究指出,FSFP模型考虑了需求动态变化的性质,能够根据需求变化产生不同层次的柔性,更加适用于动态需求环境。此外,相对于TOSF策略,FSFP模型对成本参数的变化更加敏感,并且随着成本参数的增大,FSFP模型的优势越来越突出。本研究不仅丰富了SERU生产相关研究领域,而且对优化构建方式,助力企业发挥SERU系统高柔性优势提供启示。

关键词： SERU系统柔性生产系统构建线性化处理 gurobi求解器

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考虑节能的高速列车运行图优化研究

考虑节能的高速列车运行图优化研究

作者：革新兰州交通大学

学位级别：硕士

目前我国“四纵四横”高速铁路网络已经全面建成,“八纵八横”高铁网络正在加密成型,但同时引起的运营能耗及成本逐年持续增加的问题也应引起足够的重视,高铁是现代化“绿色交通”的重要标志,是实现碳达峰、碳中和的关键领域,因此探究... 详细信息

目前我国“四纵四横”高速铁路网络已经全面建成,“八纵八横”高铁网络正在加密成型,但同时引起的运营能耗及成本逐年持续增加的问题也应引起足够的重视,高铁是现代化“绿色交通”的重要标志,是实现碳达峰、碳中和的关键领域,因此探究高速列车节能运营的方法具有重要的现实意义。在国内外学者关于节能运行图已取得研究成果的基础上,本文以高速铁路列车为研究对象,提出了高铁列车运行图的节能优化方法,分别构建了区间运行时分最优分配模型、基于再生制动能利用的列车节能时刻表模型、节能运行图与动车组运用计划协同优化模型,并且在Python环境下分别使用拉格朗日松弛算法、模拟退火算法以及gurobi求解器求解,最后以宝兰高铁线为背景进行了算例分析。论文的主要研究内容如下:(1)为了降低高速列车从始发站至终到站运行的牵引能耗,研究了针对多列车区间运行时分同步分配的列车运行图节能优化方法。基于高速列车在站间采用的“四阶段”操纵策略构建最优驾驶策略集,以牵引距离和巡航距离为变化因子,以牵引能耗和区间运行时分为计算目标,求解出最优驾驶策略集里牵引能耗与区间运行时分的线性关系。在此基础上构建多列车区间运行时分最优分配的节能运行图模型。模型以牵引能耗最低为目标,考虑了列车总运行时间约束、变量取值范围约束以及安全间隔时分约束。在模型求解方面,选取拉格朗日松弛算法,通过松弛把复杂约束吸收进目标函数之中,从而把原问题分解为各区间可独立求解的子问题,利用次梯度优化的方法得出精确解,实现了多列车区间运行时分同步分配的目标。以宝兰高速铁路为背景进行算例验证,结果表明:通过重新分配区间运行时分,10列车总共节约了595.958千瓦时(k Wh)牵引能耗,平均节能率达到了1.2%;从运行图的层面分析,该算例下通过调整区间运行时分的节能方法对其影响幅度较小,具有较强的现实意义;所提出的模型及算法的计算时间为10 s,针对列车开行对数较多的高速铁路,可有效提高求解效率。(2)高速列车在站间运行时采用“四阶段”驾驶策略,其中牵引阶段和再生制动阶段分别为“耗能”阶段和“产能”阶段,充分利用列车“产能”阶段产生的再生制动能量不仅可以有效降低列车运营能耗,而且可以减小接触网的网压波动。以高速列车首站发车时刻、经停站停站时间为决策变量,考虑了动车组交路约束以及运行图安全约束等,以再生制动能利用量最大为优化目标,构建了高速列车节能时刻表模型。以退火过程中扰动旧解产生新解为切入点,通过添加发车间隔前移破坏算子和发车间隔后移破坏算子,设计出了基于自适应大规模邻域搜索策略的模拟退火算法。最后,以宝兰高速铁路为背景进行实例验证,计算结果表明,在可接受的计算时间内文中提到的时刻表优化模型可以使再生制动能利用率达到49.3%,验证了模型及算法的有效性。(3)从降低牵引能耗、增加再生制动能利用率以及提高动车组使用效率三个角度出发,提出高铁列车节能运行图与动车组使用计划协同优化方法。首先以经停站为断点将列车运行过程划分为多个驾驶区间,通过调整工况转换点的位置得出驾驶区间内牵引能耗与区间运行时分的线性关系,在此基础上以牵引能耗最小化为优化目标,构建多列车区间运行时分最优分配模型,并利用KKT条件求解。其次以列车始发站发车时刻、停站时间以及动车组承接车次选择为决策变量,考虑了变量取值、列车安全运行间隔时间、动车组交路等约束条件,构建时刻表再生制动能利用量与动车组使用效率最大化协同优化模型,该模型为非线性多目标混合整数规划模型,选用gurobi求解器求解。最后以宝兰高速铁路为背景进行实例验证,计算结果表明:重新分配区间运行时分后所有列车牵引能耗总和降低1.2%,所求解的节能时刻表再生制动能利用率为68.3%,动车组平均使用效率为82.8%,节能效果显著。

关键词：高速铁路列车运行图节能优化拉格朗日松弛算法模拟退火算法 gurobi求解器

考虑风光水一体化互补运行的源网协调规划研究

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考虑风光水一体化互补运行的源网协调规划研究

作者：栗毓欣杭州电子科技大学

学位级别：硕士

可再生能源发展是实现我国“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”双碳目标、能源转型、低碳可持续发展的重要途径。我国在“十三五”期间可再生能源得到了快速发展。截至2020年底,水电、风电、光伏装机容量分别达到37016万千瓦、28153万... 详细信息

可再生能源发展是实现我国“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”双碳目标、能源转型、低碳可持续发展的重要途径。我国在“十三五”期间可再生能源得到了快速发展。截至2020年底,水电、风电、光伏装机容量分别达到37016万千瓦、28153万千瓦和25343万千瓦,可再生能源装机占比41%,预计到2030年,可再生能源装机容量将达16.4亿千瓦,占全国总装机容量的43%。另一方面,由于光伏、风电固有的波动性和随机性,随着风电和光伏的渗透率不断提高,弃风弃光问题越来越严重,给电力系统规划与安全稳定运行带来巨大挑战。可再生能源与水电、储能等灵活资源打捆形成一体化协调运行是近几年涌现出的重要新型发电系统,是应对以上挑战的有效措施,通过协调运行,可大幅提高可再生能源消纳,为电网提供可控、可调节和稳定的电力供应。本文针对风光水一体化运行的新型发电系统,研究其与电网协调规划方法,探索适应新型电力系统的源网协调规划技术,主要研究内容如下:（1）首先对国内外可再生能源的发展动态进行了简要的介绍,对含大规模可再生能源的电力系统规划研究现状及方法进行了系统的描述,分析了可再生能源消纳的关键性问题,总结了当前电源规划与电网规划之间缺乏协调性的因素。（2）分析了风光水的出力特性及其互补性,对于风电和光伏固有的波动性引入Sklar定理,采用Frank Copula函数描述风光之间的相关性并对其进行相关性测度检验,然后建立了风光联合出力相关性模型,最后采用聚类算法获得风光联合出力典型场景。（3）在风光典型出力场景下,通过水力发电平抑风电、光伏出力的波动性,将风光水作为一体化发电系统,建立了考虑风光水一体化互补运行的源网协调规划模型,该模型以总成本最小为目标函数,综合考虑经济型和可再生能源消纳等指标,在常规的约束条件当中加入一体化电站功率约束。（4）将模型中的非线性关系线性化后转化为混合整数线性规划模型,采用基于分支定界算法的gurobi求解器进行快速迭代求解,并通过改进的IEEE-24节点测试系统算例进行分析验证,算例结果表明,通过利用风光水可再生能源之间的互补特性,形成一个一体化协调运行的发电系统,不仅可以提高电力系统的稳定性,还能实现可再生能源消纳最大化的目的,能够对未来含大规模可再生能源的电力系统规划问题提供借鉴和参考。

关键词：可再生能源并网风光水一体化互补运行源网协调规划 gurobi求解器

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基于gurobi的输气管网运行优化研究

基于Gurobi的输气管网运行优化研究

作者：倪平中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

如何进行资源合理配置、优化天然气整体产业链是天然气运输单位和销售单位目前急需解决的问题,他们需要更加有效便捷的方法及工具来安排和调整生产销售计划,以确保获得最大的经济效益。本文模型基于全国范围内的大规模管网,综合考虑气... 详细信息

如何进行资源合理配置、优化天然气整体产业链是天然气运输单位和销售单位目前急需解决的问题,他们需要更加有效便捷的方法及工具来安排和调整生产销售计划,以确保获得最大的经济效益。本文模型基于全国范围内的大规模管网,综合考虑气源供应能力、用户消费能力、管道运输能力、气体输送过程中流量压力关系、节点压力限制和压气站的压比限制、以及管网流量进出平衡,以效益最大化以及压气站功率最小化为目标函数,以气源采购量、用户销售量、管输量以及各压气站的进出站压力为决策变量,所建模型为二次非线性非凸模型。由于管网规模庞大,前期设计了子网络生成算法将全国管网从业务角度切割成11个子网络分块求解,便于问题的筛查和定位。后期合并求解阶段设计了网络规模缩减算法,缩减掉全部网络节点的30%,可以使求解速度提升50%,并就缩减前后对目标函数的影响进行误差分析,误差控制在0.01%内。由于决策气体流向引入了大量整数变量,与管输量结合成大量乘积项,针对这类约束引入中间变量将其转化成线性约束,同时对管输气体的压力流量关系等非线性约束采用Mc Cormick松弛进行处理,降低多项式的次数,最后调用gurobi中的非凸二次混合整数规划求解器对模型进行求解,得到的生产销售方案与中石油已有的线性模型相比,效益更优。

关键词：输气管网数学模型非线性 gurobi求解器

基于两阶段蚁群算法的A公司路径优化问题研究

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基于两阶段蚁群算法的A公司路径优化问题研究

作者：赵越超东华大学

学位级别：硕士

商超配送问题一直以来整个物流运转的重要组成部分。通常来看,配送流程并不是一种在物流活动中的单一业务,而是与资金流,业务流,物流活动紧密结合的,主要包括资金流信息活动,业务流信息活动和最重要的物流信息活动,并且包括具有物流活... 详细信息

商超配送问题一直以来整个物流运转的重要组成部分。通常来看,配送流程并不是一种在物流活动中的单一业务,而是与资金流,业务流,物流活动紧密结合的,主要包括资金流信息活动,业务流信息活动和最重要的物流信息活动,并且包括具有物流活动所需大多数要素的业务信息表单。配送作为物流系统的一部分,包含了众多物流活动所包含的内容与活动,并且可以认为这是物流的缩影,或者可以认为说是在小区域内所有物流活动的总体表现。配送经过装载卸载,外围包装,即时存储和车辆运输于一体,通过这一系列活动,完成了货物的交付目的。A公司负责北京市内多个商超类型客户的运输配送业务,涉及米面粮油、日用百货等商品。考虑到部分客户的仓库距离较近,并且配送范围都在北京及周边地区,所以A公司采用多客户共同配送的模式来整合运力资源。对于A公司物流中心的实际作业而言,配送车辆路径的选择是最重要的组成部分。所以如何经济高效地求解配送车辆路径优化问题（VRP问题）,是提高企业运输效率以及企业节省成本的关键。当无法充足的利用运输资源时,在车辆路径中就会存在一些迂回运输路径问题以及存在车辆的无货行驶率较高的问题。现在大部分学者对车辆调度问题与VRP都集中在对算法效率优化的研究,因为随着顾客的增多,算法的计算时间也随着问题规模增长呈指数化增加。随着社会经济的不断发展,客户对物流配送提出了越来越高的要求。A公司服务的客户基本都是要求硬时间窗,如果未在规定的时限内送达,那么服务将会被拒绝。此外,北京的限行政策也越来越严格,在指定时间内（送货时间）会存在许多的限行区域。本论文结合目前国内商超物流配送的大环境以及路径规划问题的现有学者的研究,对A公司的实际问题进行探索挖掘与深入研究。首先针对A公司的常用行驶路线进行调查,得到了目前A公司配送的客户的基本信息以及A公司配送成本构成,并且找到现有的Solomon数据集,对其研究发现与A公司的配送大环境基本类似,由此选择Solomon数据集来模拟A公司的实际问题,不失一般性;其次找到A公司的配送模型与VRPTW模型和CVRP模型的结合后的模型类似,因此,A公司的问题转化为解决VRPTW模型和CVRP模型的结合后的模型,并且在研究中发现在启发式算法里蚁群算法相较于其它算法来说更适用于TSP模型（VRP模型简化版）,在使用蚁群算法的同时,还使用gurobi求解器进行求解,在调查研究后发现gurobi求解器相较于其它求解器来说速度更快;然后对蚁群算法展开研究,得到了一种基于传统蚁群算法的两阶段并行优化蚁群算法,对其展开研究后,使用python语言对精确解法（gurobi求解器）,蚁群算法,改进蚁群算法进行模拟和数值分析,并且在其它学者的文献中找到两种类似的改进蚁群算法,最后将上述的所有算法得到的最小成本结果与运行时间结果进行横向对比得出本文算法的可行性。

关键词：商超配送路径优化蚁群算法时间窗 gurobi求解器

基于ALNS算法混合车队大规模配送路径优化研究

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基于ALNS算法混合车队大规模配送路径优化研究

作者：杜佳伟北京交通大学

学位级别：硕士

2021年10月,国务院办公厅发布的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中提出要加速促进低碳交通运输体系的建立,努力发展高效、低碳交通,积极推动交通运输领域低碳发展,为实现“碳达峰、碳中和”目标,提供了... 详细信息

2021年10月,国务院办公厅发布的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中提出要加速促进低碳交通运输体系的建立,努力发展高效、低碳交通,积极推动交通运输领域低碳发展,为实现“碳达峰、碳中和”目标,提供了更坚实的保障。近年来越来越多的新能源汽车出现在商用领域方面,使得其应用在物流配送领域成为可能,随着越来越多的新能源电动汽车进入到物流领域,将不可避免的出现新能源电动汽车和传统燃油车组成的混合车队进行配送的情况,因此对于这种情况的研究具有较强的理论和现实意义。本文主要研究新能源电动车和传统燃油车混合车队配送模式,考虑新能源电动车运输途中部分充电的混合车队配送路径优化问题,具体研究内容如下:(1)相关理论概述。首先对电动车配送优缺点进行介绍,其次对路径优化的相关算法进行总结,包括精确式算法、启发式解法以及机器学习算法,并选择适合本文问题特征的算法进行求解,最后介绍了电动车充电模式以及燃油车行驶速度对混合车队配送所产生的影响。(2)考虑部分充电策略的电动车和燃油车组成的混合车队路径优化问题建模。建立了包含固定成本、可变成本、工人工资成本、充电成本、违反时间窗成本以及CO排放成本的混合整数规划模型,允许电动车可以充电站部分充电。在此模型基础上对电动车充电函数进行改进,使充电函数改变为非线性充电;同时根据传统燃油车到达顾客的时间进行最优速度的选择,以减小时间窗成本以及CO排放成本。(3)设计算法对所构建的模型进行求解。本文选择自适应大邻域搜索算法(Adaptive Large Neighborhood Search,ALNS)求解电动车和燃油车混合车队路径优化模型,并针对该问题特殊性构造了聚类算法、改进的节约算法生成初始解,使用ALNS算法对初始解进行优化,共设计8个破坏算子和6个修复算子,以有效应对大规模(顾客点为100个)求解问题。(4)算例验证分析。对算例进行改进,在Solomon算例中随机增加充电站,使之成为符合油电混合车队配送模型的算例。首先使用gurobi商业求解器在小规模算例上对模型进行有效性验证,并与ALNS算法进行效率对比。其次使用ALNS算法对大规模算例进行求解,比较其与采用最优速度、非线性充电时间函数时的配送成本差异,最后对模型的关键参数进行灵敏度分析,得出混合车队配送时的最优的车辆配置、路线以及充电策略。图26幅,表18个,参考文献82篇。

关键词：混合车队配送自适应大邻域搜索算法碳排放车辆路径问题 gurobi求解器