一种基于0-1规划和prim算法的地下物流系统网络规划方法技术方案

一种基于0‑1规划和prim算法的地下物流系统网络规划方法，包括以下步骤：一、二级节点及附属区域点的选取、prim算法构造一级节点和二级节点及其附属点路线和选择建设的隧道及轨道规格，并安排运输车型及车次，完成物流系统网络规划输出结果；本发明专利技术在满足服务范围、保证地面货运量收发和缓解交通拥堵程度等不同条件的基础上得到各级节点的目标规划表达式，并结合拥堵指数的高低和区域点分布均匀的原则，在保证交通拥堵区域全覆盖的要求下进行了调整。在建立轨道连接时采用prim算法，保证了总路线最短，成本最低。降低了交通拥堵，简化了求解过程，为地下物流系统网络构建提供了一整套方法，并可根据各目标地区货运分布特点进行推广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于0-1规划和prim算法的地下物流系统网络规划方法
本专利技术属于地下物流系统网络规划领域，特别涉及一种基于0-1规划和prim算法的地下物流系统网络规划方法。
技术介绍
2015年荷兰导航经营商TomTom发布了全球最拥堵城市排名，中国大陆有十个城市位列前三十名。据中国交通部2014年发布的数据，我国交通拥堵带来的经济损失占城市人口可支配收入的20％，相当于每年国内生产总值(GDP)损失5～8％。15座大城市的居民每天上班比欧洲发达国家多消耗28.8亿分钟。大量研究表明：“时走时停”的交通导致原油消耗占世界总消耗量的20％。高峰期，北京市主干线上300万辆机动车拥堵1小时所需燃油为240万～330万升。2015年城市交通规划年会发布数据显示：在石油消费方面，我国交通石油消费比重占到了消费总量的54％，交通能耗已占全社会总能耗10％以上，并逐年上升。高能耗也意味着高污染和高排放。导致城市交通拥堵的主要原因是交通需求激增所带来的地面道路上车辆、车次数量的巨增，其中部分是货物物流的需求增长。尽管货车占城市机动车总量的比例不大，但货运车辆体积一般较大、载重时行驶较慢，车流中如果混入重型车，会明显降低道路的通行能力。因此，其占用城市道路资源的比例较大。如北京，按常规的车辆换算系数(不同车辆在行驶时占用道路净空间的程度)，货运车辆所占用的道路资源达40％。因此，世界各国都在为解决城市交通和环境问题进行积极探索，而处理好货运交通已成为共识。大量目前实践证明，仅通过增加地面交通设施来满足不断增长的交通需求，既不科学也不现实，地面道路不可能无限制地增加。因此“统筹规划地上地下空间开发”，构建和完善一套合理的“地下物流系统”势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于0-1规划和prim算法的地下物流系统网络规划方法，以解决上述问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于0-1规划和prim算法的地下物流系统网络规划方法，包括以下步骤：步骤一：一级节点选取，根据规划地区交通拥堵指数和一级节点处理货运量上限t1，设置一级节点的数量n1；t1由地下运输车辆的运量及从地面收发货物总量上限S1计算得出；根据现状全天OD数据得到该目标地区区域点数N；各区域点全天共配送至物流园区的货运总量T吨，进而n1＝T/t1，再根据各区域点拥堵指数的高低和区域点分布均匀，以及保证交通拥堵区域全覆盖的原则下，设置和调整一级节点为N1，N2…NK；步骤二：根据步骤一和约束条件，并结合0-1规划的方法选取一级节点的附属区域点，附属区域点的货物通过地面转运至相应一级节点后，再通过管道运输至物流园区；记cj是一级节点j的地面收发货运量，wi是除一级节点外各区域点的地面收发货运量，p(xi,yi)和p(xj,yj)为区域点位置坐标，D1为一级节点地面转运半径，设置约束条件如下：[(xj-xi)2+(yj-yi)2]1/2≤D1，i＝1…Z-K，j＝1…Kcj+biwi≤S1按照目标规划地区交通拥堵指数高低，依次带入各节点转运量值，并根据上述约束条件构造的算法，得出各一级节点N1，N2...NK的附属区域点，其总数为n3；步骤三：二级节点选取，各二级节点及附属区域点货物需转运至相应一级节点后，再通过管道运输至物流园区，根据配送至物流园区货运总量T及二级节点处理货物上限t2，设置二级节点个数n2，其中n2＝(T-K*S1)/t2。再根据各区域点拥堵指数的高低和区域点分布均匀，以及保证交通拥堵区域全覆盖的原则，去除拥堵指数少于4的区域点，设置和调整二级节点为N′1，N′2...N′F。步骤四：根据步骤三和约束条件，并结合0-1规划选取二级节点的附属区域点，附属区域点货物通过地面转运至相应二级节点后，再通过管道运输至物流园区，记cj′是二级节点j的地面收发货运量，wi′是除一、二级节点及一级节点附属区外各区域点的收发货运量，p(xi,yi)和p(xj,yj)为区域点位置坐标，D2为二级节点的转运半径，并设置约束条件如下：[(xj-xi)2+(yj-yi)2]1/2≤D2，i＝Z-N-F-n3，j＝1…Fc′j+biw′i≤S2按照目标规划地区交通拥堵指数高低，依次带入各节点转运量值，并根据上述约束条件构造的算法，得出各二级节点N′1，N′2…N′k的附属区域点，其总数为n4；步骤五：采用prim算法构造最小生成树，构建一级节点的路线规划；首先构造连通赋权图G＝(V,E,W)，其中V为一级节点集{N1，N2…NK}，E是以上述连线为元素的边集{L1，L2…Lm}，W表示节点间的距离；设置两个集合P和Q，其中P用于存放G的最小生成树的节点，集合Q存放G的最小生成树中的边；令集合P的初值为点集中任意一点P＝{v1}，集合Q的初值为步骤六：从所有节点满足p＝P,v＝V-P的边中，选取最小权值的边pv，将点v放入集合P中，将pv边放入集合Q中，如此不断地重复，直到P＝V时，最小生成树构造完毕，这时集合Q中包含了最小生成树所有的边；连接所有的边并调整后，即得到所有一级节点的轨道连接。步骤七：在各一级区内，将所有附属二级节点及一级节点带入，并根据步骤六中prim算法构造最小生成树轨道连接，以此类推，构造所有一级节点区域的轨道连接，完成所有二级节点与一级节点的轨道连接。步骤八：分别计算各节点连接轨道的双向货物流量t3,t4，t3,t4分别代表流向物流园区和流出物流园区的货物流量，并根据双向流量中较大的选择建设的隧道及轨道规格，安排运输车型及车次，完成物流系统网络规划。步骤九：输出结果。进一步的，步骤一中的交通拥堵指数取值范围为0至10，每2单位值为一个等级，值越高表明交通越拥堵，近似认为区域交通拥堵指数与OD数据反映出来的区域总货运量进、出之和成正比。进一步的，步骤一、步骤三中一、二级节点选取是根据各区域点拥堵指数的高低和满足区域点分布均匀，以及保证交通拥堵区域覆盖的原则来设置和调整。进一步的，步骤二、四中各级节点及其附属区域点的选取是根据约束条件，并结合0-1规划够造循环算法选取。进一步的，步骤五、七中各级节点连接，采用prim算法构造最小生成树，其思想为：一个有n个结点的连通图的生成树是原图的极小连通子图，且包含原图中的所有n个结点，并且为保证图连通的最少的边组成。进一步的，步骤八中设置隧道及轨道规格包括：双向四轨、双向双轨、双向四轨和双向双轨；步骤八中设置隧道及轨道规格是根据双向流量中较大的原则来安排运输车型及车次。进一步的，一、二级节点为在目标规划地区，根据规划地区转运货运总量、交通拥堵指数和节点处理货运量上限选定。与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：本专利技术通过合理地使用0-1规划和prim算法应用在地下物流系统的节点选取及路线网络规划上。在满足服务范围、保证地面货运量收发和缓解交通拥堵程度等条件的基础上得到各级转运节点的目标规划表达式，并结合拥堵指数的高低和区域点分布均匀的原则，在保证交通拥堵区域全覆盖的要求下进行了调整。在采用prim算法建立轨道连接时，保证了总路线最短和成本最低。在满足货运量需求的前提下，降低了交通拥堵，简化了求解过程，为地下物流系统网络构建提供了一整套方法，可根据各目标地区货运分布特点进行推广。附图说明图1为一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于0‑1规划和prim算法的地下物流系统网络规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：一级节点选取，根据规划地区交通拥堵指数和一级节点处理货运量上限t1，设置一级节点的数量n1；t1由地下运输车辆的运量及一级节点从地面收发货物总量上限S1计算得出；根据现状全天OD数据得到该目标地区区域点数Z；各区域点全天共配送至物流园区的货运总量T吨，进而n1＝T/t1，再根据各区域点拥堵指数的高低和区域点分布均匀，以及保证交通拥堵区域全覆盖的原则下，设置和调整一级节点为N1、N2…NK；步骤二：根据步骤一和约束条件，并结合0‑1规划的方法选取一级节点的附属区域点；附属区域点的货物通过地面转运至相应一级节点后，再通过管道运输至物流园区；记cj是一级节点j的地面收发货运量，wi是除一级节点外各区域地面收发货运量，p(xi,yi)和p(xj,yj)为区域点位置坐标，D1为一级节点地面转运半径，设置约束条件如下：[(xj‑xi)2+(yj‑yi)2]1/2≤D1,i＝1…Z‑K,j＝1…Kcj+biwi≤S1

【技术特征摘要】
1.一种基于0-1规划和prim算法的地下物流系统网络规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：一级节点选取，根据规划地区交通拥堵指数和一级节点处理货运量上限t1，设置一级节点的数量n1；t1由地下运输车辆的运量及一级节点从地面收发货物总量上限S1计算得出；根据现状全天OD数据得到该目标地区区域点数Z；各区域点全天共配送至物流园区的货运总量T吨，进而n1＝T/t1，再根据各区域点拥堵指数的高低和区域点分布均匀，以及保证交通拥堵区域全覆盖的原则下，设置和调整一级节点为N1、N2…NK；步骤二：根据步骤一和约束条件，并结合0-1规划的方法选取一级节点的附属区域点；附属区域点的货物通过地面转运至相应一级节点后，再通过管道运输至物流园区；记cj是一级节点j的地面收发货运量，wi是除一级节点外各区域地面收发货运量，p(xi,yi)和p(xj,yj)为区域点位置坐标，D1为一级节点地面转运半径，设置约束条件如下：[(xj-xi)2+(yj-yi)2]1/2≤D1,i＝1…Z-K,j＝1…Kcj+biwi≤S1按照目标规划地区交通拥堵指数高低，依次带入各节点转运量值，并根据上述约束条件构造的算法，得出各一级节点N1，N2…NK的附属区域点，其总数为n3；步骤三：二级节点选取，各二级节点及附属区域点货物需转运至相应一级节点后，再通过管道运输至物流园区，根据配送至物流园区货运总量T及二级节点处理货物上限t2，设置二级节点个数n2，其中n2＝(T-K*S1)/t2；再根据各区域点拥堵指数的高低和区域点分布均匀，以及保证交通拥堵区域全覆盖的原则，去除拥堵指数少于4的区域点，设置和调整二级节点为N′1，N′2…N′F；步骤四：根据步骤三和约束条件，并结合0-1规划选取二级节点的附属区域点，附属区域点货物通过地面转运至相应二级节点后，再通过管道运输至物流园区，记c′j是二级节点j的地面收发货运量，w′i是除一、二级节点及一级节点附属区外各区域点的收发货运量，p(xi,yi)和p(xj,yj)为区域点位置坐标，D2为二级节点的转运半径，并设置约束条件如下：[(xj-xi)2+(yj-yi)2]1/2≤D2,i＝Z-N-F-n3,j＝1…Fc′j+biw′i≤S2按照目标规划地区交通拥堵指数高低，依次带入各节点转运量值，并根据上述约束条件构造的算法，得出各二级节点N′1，N′2…N′F的附属区域点，其总数为n4；步骤五：采用prim算法构造最小生成树，构建一级节点的路线规划；首先构造连通赋权图G＝(V,E,W)，其中V为一级节点集{N1，N2…NK}，E是以上述连线为元素的边集{L1，L...

【专利技术属性】
技术研发人员：李津，顾海军，王东，赵淑芝，程刚，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22