一种卡车和无人机协同配送方法技术

本发明专利技术公开了一种卡车和无人机协同配送方法，应用于卡车和无人机协同配送网络，首先建立包括卡车配送成本和无人机配送成本的总配送成本目标函数，然后以卡车向量表示卡车访问固定停靠点的顺序，以客户向量表示无人机服务客户的顺序，以无人机向量表示无人机每次飞行所服务客户的数量，构建基于三维向量的卡车和无人机协同配送解决方案；最后采用改进的元启发式算法，逐次迭代寻找最优的卡车和无人机协同配送解决方案，直到达到迭代终止条件，输出最优的卡车和无人机协同配送解决方案。本发明专利技术技术方案大大减少了卡车的移动，同时利用无人机的配送潜力来降低了总成本。人机的配送潜力来降低了总成本。人机的配送潜力来降低了总成本。

【技术实现步骤摘要】
一种卡车和无人机协同配送方法


[0001]本申请属于物流配送
，尤其涉及一种卡车和无人机协同配送方法。

技术介绍

[0002]近年来，无人机作为一种具有广阔市场前景的新兴技术，已经逐渐应用到很多
在工业领域，无人机可用于基础设施的定期检查；在灾后救援中，无人机能实时地监测受灾地区，为风险评估提供信息；特别是在运输领域，无人机为物流公司提供了一种可以更有效地配送商品且不受交通拥堵影响的配送方式。因此，无人机技术在商品配送过程中的应用已经受到越来越多物流公司的关注。
[0003]与卡车等地面车辆相比，无人机可以采取任何路线配送商品，不受制于地面交通网路的影响，从而大大缩短了配送时间。其次，无人机由电力驱动，避免了配送过程中的碳排放。此外，无人机的配送成本比卡车低。然而，由于无人机存在飞行续航能力弱的缺点，因此无人机只适合小范围内的商品配送，仅使用无人机配送商品极大地限制了其在物流公司的应用场景。
[0004]为了克服无人机服务网络的缺点，载重能力强和续航能力强的卡车被用作与无人机性能互补的配送工具。在卡车和无人机协同配送网络中，卡车和无人机协同为客户服务。例如，当卡车为一个客户提供服务时，无人机从卡车顶部起飞，向其它客户运送商品。卡车具有拓宽无人机服务范围和执行商品配送任务的双重功能。虽然搭载在卡车上的无人机拓宽了服务范围后能为更远的客户提供服务，但其载重能力限制了每次飞行所能配送商品的数量。合理的做法是让卡车执行大部分的商品配送任务，并同时采用无人机配送的方法来尽量减少整体物流服务网络的总配送完成时间或总配送成本。现有的卡车和无人机协同配送网络大多是以卡车配送路线为主，无人机配送路线为辅，或者由两类路线均衡组成。
[0005]现有的研究主要考虑无人机给小范围内的客户服务，例如无人机的服务范围通常是以卡车停靠点为中心的区域或两个相邻卡车停靠点之间的连接区域；而且无人机每次飞行只能携带一种商品。因此，应进一步挖掘无人机的潜力，使其能够在卡车的支持下执行大范围的配送任务，并在每次飞行中携带多种商品为多个客户提供服务。
[0006]此外，在大多数现有的卡车和无人机协同配送网络中，通常假设卡车停在客户地点发射和回收无人机，或在配送途中执行操作。这就要求卡车和无人机的操作具有同步性。例如，若无人机比卡车先到达会合地点，无人机必须在空中盘旋，等待卡车的到来。反之，若卡车比无人机先到达会合地点，卡车必须等待无人机。然而，卡车并不总是适合在驾驶时或在客户地点进行无人机操作，因为在某些地区禁止停车。
[0007]因此，现有技术的卡车和无人机协同配送技术方案，还存在较多的问题，无法满足日益增长的配送需求。

技术实现思路

[0008]本申请的目的是提供一种卡车和无人机协同配送方法，以提高配送效率。
[0009]为了实现上述目的，本申请技术方案如下：
[0010]一种卡车和无人机协同配送方法，应用于卡车和无人机协同配送网络，所述卡车和无人机协同配送网络中配送工具由一辆卡车和一支无人机队组成，网络中网络节点包括一个仓库、固定卡车停靠点以及客户，所述卡车搭载着商品和所有无人机从仓库出发，穿过固定停靠点，最后返回仓库，在卡车行驶的沿途中，无人机在固定停靠点处装载商品并发射并向客户配送商品，商品配送给客户后，无人机被卡车在随后经过的固定停靠点收回，所述卡车和无人机协同配送方法，包括：
[0011]建立包括卡车配送成本和无人机配送成本的总配送成本目标函数；
[0012]以卡车向量表示卡车访问固定停靠点的顺序，以客户向量表示无人机服务客户的顺序，以无人机向量表示无人机每次飞行所服务客户的数量，构建基于三维向量的卡车和无人机协同配送解决方案；
[0013]采用改进的元启发式算法，逐次迭代寻找最优的卡车和无人机协同配送解决方案，直到达到迭代终止条件，输出最优的卡车和无人机协同配送解决方案；
[0014]所述改进的元启发式算法，在每次迭代时，包括：
[0015]步骤S31、预先设置K个邻域算子，所述邻域算子包括对客户向量邻域算子和无人机向量邻域算子，令k等于1，从K个邻域算子中选择第k个邻域算子；
[0016]步骤S32、对初始解决方案连续应用第k个邻域算子，生成一组新的解决方案，从新的解决方案中随机选择一个，作为第一解决方案；
[0017]步骤S33、检查第一解决方案是否在禁忌列表中，如果在则返回步骤S32，否则设置邻域集合为空，进入下一步骤；
[0018]步骤S34、对第一解决方案随机应用客户向量邻域算子，得到第二解决方案，如果第二解决方案满足约束条件，则将第二解决方案放入邻域集合中，否则将第二解决方案对应的总配送成本设为无穷大后，将第二解决方案放入邻域集合中；
[0019]步骤S35、对第一解决方案随机应用无人机向量邻域算子，得到第三解决方案，如果第三解决方案满足约束条件，则将第三解决方案放入邻域集合中，否则将第三解决方案对应的总配送成本设为无穷大后，将第三解决方案放入邻域集合中；
[0020]步骤S36、持续执行步骤S34和步骤S35，直到邻域集合的大小满足预设的大小，从邻域集合中找出总配送成本最小的解决方案作为候选解决方案；
[0021]步骤S37、判断候选解决方案是否优于初始解决方案，如果候选解决方案优于初始解决方案，则将候选解决方案记录到禁忌列表中，并将候选解决方案作为下一次迭代的初始解决方案进行下一次迭代；如果候选解决方案不优于初始解决方案且k小于K时，令k加1并返回步骤S32；如果候选解决方案不优于初始解决方且k大于等于K时，则进行下一次迭代。
[0022]进一步地，所述总配送成本目标函数如下：
[0023][0024]其中，ct表示卡车单位距离的行驶成本，V0代表包括卡车出发时所处的仓库在内的一组固定的卡车停靠点集合，V
+
代表包括卡车结束时返回的仓库在内的一组固定的卡车停靠点集合，s
ij
表示节点i到节点j的距离，x
ij
表示0
‑
1变量，D表示无人机集合，V表示除仓
库外的卡车停靠点集合，N表示除仓库外的节点集合，s
lm
表示节点l到节点m的距离，表示0
‑
1变量。
[0025]进一步地，所述邻域算子，包括：
[0026]第一种邻域算子：
[0027]在初始解决方案x的客户向量中随机选择元素i和j，并在元素j之前插入元素i以生成一个新的解决方案x'；
[0028]第二种邻域算子：
[0029]在初始解决方案x的客户向量中随机选择元素i和j，并将元素i与j交换以生成新的解决方案x'；
[0030]第三种邻域算子：
[0031]在初始解决方案x的客户向量中随机选择元素i和j，并反转元素i和j之间的所有元素以生成新的解决方案x'；
[0032]第四种邻域算子：
[0033]在初始解决方案x的无人机向量中随本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卡车和无人机协同配送方法，应用于卡车和无人机协同配送网络，其特征在于，所述卡车和无人机协同配送网络中配送工具由一辆卡车和一支无人机队组成，网络中网络节点包括一个仓库、固定卡车停靠点以及客户，所述卡车搭载着商品和所有无人机从仓库出发，穿过固定停靠点，最后返回仓库，在卡车行驶的沿途中，无人机在固定停靠点处装载商品并发射并向客户配送商品，商品配送给客户后，无人机被卡车在随后经过的固定停靠点收回，所述卡车和无人机协同配送方法，包括：建立包括卡车配送成本和无人机配送成本的总配送成本目标函数；以卡车向量表示卡车访问固定停靠点的顺序，以客户向量表示无人机服务客户的顺序，以无人机向量表示无人机每次飞行所服务客户的数量，构建基于三维向量的卡车和无人机协同配送解决方案；采用改进的元启发式算法，逐次迭代寻找最优的卡车和无人机协同配送解决方案，直到达到迭代终止条件，输出最优的卡车和无人机协同配送解决方案；所述改进的元启发式算法，在每次迭代时，包括：步骤S31、预先设置K个邻域算子，所述邻域算子包括对客户向量邻域算子和无人机向量邻域算子，令k等于1，从K个邻域算子中选择第k个邻域算子；步骤S32、对初始解决方案连续应用第k个邻域算子，生成一组新的解决方案，从新的解决方案中随机选择一个，作为第一解决方案；步骤S33、检查第一解决方案是否在禁忌列表中，如果在则返回步骤S32，否则设置邻域集合为空，进入下一步骤；步骤S34、对第一解决方案随机应用客户向量邻域算子，得到第二解决方案，如果第二解决方案满足约束条件，则将第二解决方案放入邻域集合中，否则将第二解决方案对应的总配送成本设为无穷大后，将第二解决方案放入邻域集合中；步骤S35、对第一解决方案随机应用无人机向量邻域算子，得到第三解决方案，如果第三解决方案满足约束条件，则将第三解决方案放入邻域集合中，否则将第三解决方案对应的总配送成本设为无穷大后，将第三解决方案放入邻域集合中；步骤S36、持续执行步骤S34和步骤S35，直到邻域集合的大小满足预设的大小，从邻域集合中找出总配送成本最小的解决方案作为候选解决方案；步骤S37、判断候选解决方案是否优于初始解决方案，如果候选解决方案优于初始解决方案，则将候选解决方案记录到禁忌...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，刘思亮，张文宇，金栋达，
申请(专利权)人：浙江财经大学，
类型：发明
国别省市：