一种基于禁忌搜索算法的空中物资投送路径规划方法技术

本发明专利技术公开了物资运载技术领域的一种基于禁忌搜索算法的空中物资投送路径规划方法，旨在解决现有技术中依靠经验无法高效合理地提出物资空投路径规划路径的技术问题。所述包括如下步骤：基于预设的空投飞机或／和受灾点的约束条件，以所有空投飞机投放物资的总航程最短为目标函数，建立物资投送路径规划模型；基于所述约束条件设定禁忌搜索算法的解的形式，所述解的形式包括空投飞机的投送路径；采用所述禁忌搜索算法搜索物资投送路径规划模型中最优的目标函数，求取与最优目标函数相对应的禁忌搜索算法的最优解，作为空中物资投送路径。

【技术实现步骤摘要】
一种基于禁忌搜索算法的空中物资投送路径规划方法
本专利技术涉及一种基于禁忌搜索算法的空中物资投送路径规划方法，属于物资运载

技术介绍
自然灾害突发、多发、频发、易发，对应急救援的科学性、快速性、准确性提出了较高要求。空中物资投送作为战略投送的重要组成部分，是实施高效快速投送的核心，可突破地形地界障碍，在较短时间内将急需物资迅速投送至目标地点，对于组织实施前线支援、抢险救灾等行动任务具有重大意义。由于自然灾害影响的地域范围很大，空中物资投送需要考虑各个受灾点的位置和需求，做好空投飞机的路径规划和调度。空投飞机的物资投放路径规划和调度是一个多约束的组合优化问题。目前主要以人工分配空投飞机为主，依靠经验基于受灾点的位置和需求对空投飞机进行路径规划和调度，效率低下，成本较高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于禁忌搜索算法的空中物资投送路径规划方法，以解决现有技术中依靠经验无法高效合理地提出物资空投路径规划路径的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于禁忌搜索算法的空中物资投送路径规划方法，包括如下步骤：基于预设的空投飞机或/和受灾点的约束条件，以所有空投飞机投放物资的总航程最短为目标函数，建立物资投送路径规划模型；基于所述约束条件设定禁忌搜索算法的解的形式，所述解的形式包括空投飞机的投送路径；采用所述禁忌搜索算法搜索物资投送路径规划模型中最优的目标函数，求取与最优目标函数相对应的禁忌搜索算法的最优解，作为空中物资投送路径。进一步地，空投飞机的约束条件包括空投飞机最远航程约束或/和空投飞机物资投送能力约束，受灾点的约束条件包括受灾点覆盖约束。进一步地，空投飞机最远航程约束，其表达式如下：空投飞机物资投送能力约束，其表达式如下：受灾点覆盖约束，其表达式如下：式中，nk为第k架空投飞机规划路线上的受灾点数量，K为空投飞机的数量，m为受灾点数量，drj－1，rj为第j－1号受灾点至第j个受灾点的航程，dr0，rnk为机场至第nk个受灾点的航程，Dk为第k架空投飞机的最远航程距离，qrj为第k架空投飞机的投送路径上受灾点的物资总需求，Wk为第k架空投飞机的物资投送能力。进一步地，物资投送路径规划模型的目标函数，其表达式如下：式中，Z为所有空投飞机投放物资的总航程，nk为第k架空投飞机规划路线上的受灾点数量，K为空投飞机的数量，drj－1，rj为第j－1号受灾点至第j个受灾点的航程，dr0，rnk为机场至第nk个受灾点的航程。进一步地，所述禁忌搜索算法对应的邻域搜索操作，包括双向邻域搜索操作。进一步地，所述双向邻域搜索操作，包括：对禁忌搜索算法可行解中相邻的受灾点进行互换，采用正序和倒序2个方向同时进行搜索。进一步地，所述禁忌搜索算法对应的禁忌长度，其表达式如下：式中，S1为禁忌搜索算法的禁忌长度，m为受灾点数量。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：本专利技术将禁忌搜索算法应用于物资运载
，首先，基于预设的空投飞机和受灾点的约束条件，以所有空投飞机投放物资的总航程最短为目标函数，建立物资投送路径规划模型；接着，基于约束条件设定空投飞机的投送路径作为禁忌搜索算法的解的形式；然后，采用所述禁忌搜索算法搜索物资投送路径规划模型中最优的目标函数，求取与最优目标函数相对应的禁忌搜索算法的最优解，作为空中物资投送路径。针对一般禁忌搜索算法对初始解的依赖程度特别高的缺点，提出了双初始解的改进算法，将禁忌搜索算法对应的邻域搜索操作改进为双向邻域搜索操作，从而扩大了搜索范围，降低了对初始解的依赖程度。本专利技术方法能够克服凭借人为经验很难制定出高效的物资投送路径规划策略的缺点，提高了物资投送的工作效率和降低了投送成本。附图说明图1是本专利技术方法实施例的流程示意图；图2是本专利技术方法实施例中空中物资投送路径示意图；图3是本专利技术方法实施例中禁忌搜索算法搜索物资投送路径规划的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。目前，启发式算法求解路径规划调度问题已成为人们研究的一个重要的方向，包括遗传算法、蚁群算法、模拟退火算法、禁忌搜索算法等。禁忌搜索算法的出现为解决路径规划调度问题提供了一种新的思路，禁忌搜索的思想最早是由Glover提出的，该算法通过引进一个灵活的存储结构和相应的禁忌准则来避免迂回搜索，并通过收敛规则赦免一些被禁忌的优良状态，从而保证搜索的多样性，实现全局优化。基于上述技术思路，本专利技术具体实施方式提供了一种基于禁忌搜索算法的空中物资投送路径规划方法，同时针对一般禁忌搜索算法对初始解的依赖程度特别高的缺点，本专利技术方法所采用的禁忌搜索算法在原有基础上进行了改进，提出了双初始解的改进算法，从而可以扩大搜索范围，降低了对初始解的依赖程度。如图1所示，是本专利技术方法实施例的流程示意图，包括如下步骤：步骤一，基于预设的空投飞机和受灾点的约束条件，以所有空投飞机投放物资的总航程最短为目标函数，建立空中物资投送路径规划模型。空投飞机的约束条件包括空投飞机最远航程约束和空投飞机物资投送能力约束，受灾点的约束条件包括受灾点覆盖约束，设定nk为第k架空投飞机规划路线上的受灾点数量，K为空投飞机的数量，m为受灾点数量，drj－1，rj为第j－1号受灾点至第j个受灾点的航程，dr0，rnk为机场至第nk个受灾点的航程，Dk为第k架空投飞机的最远航程距离，qj为受灾点j的物资需求量，qrj为第k架空投飞机的投送路径上受灾点的物资总需求，Wk为第k架空投飞机的物资投送能力，Lk(r0,r1,r2…rnk,r0)为第k架空投飞机的投送路径，Z为所有空投飞机投放物资的总航程，则有：空投飞机最远航程约束，其表达式为：表示第k架空投飞机投送路径上受灾点的总航程小于或等于第k架空投飞机的最远航程距离；空投飞机物资投送能力约束，其表达式为：表示第k架空投飞机的投送路径上受灾点的物资总需求小于或等于第k架空投飞机的物资投放能力；受灾点覆盖约束，其表达式为：表示K架空投飞机投放物资的受灾点总数为m个受灾点。物资投送路径规划模型的目标函数，其表达式为：表示所有空投飞机投放物资的总航程尽可能短。步骤二，基于前述约束条件设定禁忌搜索算法的解的形式。本专利技术方法旨在规划空中物资投送路径，因而所述解的形式即空投飞机的投送路径。具体如图2所示，是本专利技术方法实施例中空中物资投送路径示意图，该示意图中共标记有3架空投飞机(空投飞机1～3)、10个受灾点(1～10)和1个机场中心(0)，其中，空投飞机1的投送路径为0-1-4-5-7-0，空投飞机2的投送路径为0-2-3-6-0，空投飞机3的投送路径为0-9-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于禁忌搜索算法的空中物资投送路径规划方法，其特征是，包括如下步骤：/n基于预设的空投飞机或/和受灾点的约束条件，以所有空投飞机投放物资的总航程最短为目标函数，建立物资投送路径规划模型；/n基于所述约束条件设定禁忌搜索算法的解的形式，所述解的形式包括空投飞机的投送路径；/n采用所述禁忌搜索算法搜索物资投送路径规划模型中最优的目标函数，求取与最优目标函数相对应的禁忌搜索算法的最优解，作为空中物资投送路径。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于禁忌搜索算法的空中物资投送路径规划方法，其特征是，包括如下步骤：
基于预设的空投飞机或/和受灾点的约束条件，以所有空投飞机投放物资的总航程最短为目标函数，建立物资投送路径规划模型；
基于所述约束条件设定禁忌搜索算法的解的形式，所述解的形式包括空投飞机的投送路径；
采用所述禁忌搜索算法搜索物资投送路径规划模型中最优的目标函数，求取与最优目标函数相对应的禁忌搜索算法的最优解，作为空中物资投送路径。


2.根据权利要求1所述的基于禁忌搜索算法的空中物资投送路径规划方法，其特征是，空投飞机的约束条件包括空投飞机最远航程约束或/和空投飞机物资投送能力约束，受灾点的约束条件包括受灾点覆盖约束。


3.根据权利要求2所述的基于禁忌搜索算法的空中物资投送路径规划方法，其特征是，空投飞机最远航程约束，其表达式如下：



空投飞机物资投送能力约束，其表达式如下：



受灾点覆盖约束，其表达式如下：



式中，nk为第k架空投飞机规划路线上的受灾点数量，K为空投飞机的数量，m为受灾点数量，drj－1，rj为第j－1号受灾点至第j个受灾点的航程，dr0，rnk为机场至第nk个受灾点...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海根，孙旺，李禄阳，李刚，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32