一种以碳排放为限制的危化品多车辆运输的路径优化方法技术

本发明专利技术涉及一种以碳排放为限制的危化品多车辆运输的路径优化方法，该方法包括如下步骤：综合考虑边缘人群、行驶距离、危化品等多方信息构建风险刻画模型；通过车辆运输路径来构建成本模型；利用燃料消耗率、CO2的排放率来构建碳排放模型；建立双目标优化模型，优化方向为两个目标同时最小化；将仓库、客户信息编码为网络图节点；构建混合智能算法来求解双目标优化模型，即基于模拟退火改进的混合蚁群算法：求得双目标帕累托最优解和最优路径。本发明专利技术主要在危化品多车辆运输的背景下，有效权衡风险、成本，并通过加入碳排放约束，提高了实际意义与参考价值。意义与参考价值。意义与参考价值。

【技术实现步骤摘要】
一种以碳排放为限制的危化品多车辆运输的路径优化方法


[0001]本专利技术为一种以碳排放为限制的危化品多车辆运输的路径优化方法，属于危化品运输车辆路径问题领域，特别是研究了定量碳排放约束下在车辆路径规划策略，建立了双目标优化模型。

技术介绍

[0002]化学产品应用广泛，在工业、农业、国防和人民日常生活中发挥着重要作用。随着经济的快速发展，化学产品的使用正在迅速增长。2021年，石油和化工行业规模以上企业26947家，累计实现营业收入14.45万亿元，实现利润总额1.16万亿元。通常，许多种类的化学产品由于其爆炸性、易燃性、毒性、腐蚀性和放射性特征而具有危险性。根据相关数据，中国危险化学品行业的总运输量持续增长，从2015年的13.6亿吨增至2020年的17.3亿吨。5000多种化学原料在我国的分布并不均匀，95％以上需要运输到不同的地方。在运输过程中一旦发生事故，将对人环境造成严重的后果。
[0003]在运输领域，车辆路径问题(Vehicle Routing Problem,VRP)受到人们的广泛关注，取得了许多研究成果。在危险化学品运输问题中，危险化学品车辆路径问题是在VRP问题上扩展的考虑了运输风险和运输距离的双目标问题。由于危险品的固有危险性和巨大的运输量，确保危险品的安全运输非常重要。近年来，全球变暖日益严重，减少碳排放的热点问题引起了全世界的关注。交通运输是碳排放的主要组成部分之一，占全球碳排放总量的14％。因此，危险化学品道路运输的目标不仅需考虑成本和危险风险，还应考虑CO2排放。
[0004]Pradhananga等(DOI:https://doi.org/10.1016/j.seps.2014.02.003)以最小化总行程时间和运输过程的总风险为目标，提出了一个基于帕累托的带时间窗口的危险品车辆路径和调度问题的双目标优化模型，设计了一种元启发式求解算法。Revelle等(DOI:https://doi.org/10.1287/trsc.25.2.138)结合暴露人群和危险品装载能力来衡量危险品运输的风险。袁文燕等(DOI:CNKI:SUN:SSJS.0.2016
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023)针对危险品车辆路径问题中车辆访问多个需求点的特性，在风险度量方式上考虑了运输过程中车辆载重量的变化，建立了最小化总运输距离以及最小化运输风险的双目标优化模型。采用改进的蚁群算法对模型进行求解并获得优化问题的非支配解。陈高华等(CN 113343575 A)提出了一种配送总成本最小和碳排放最少的多目标车辆路径优化模型，并设计改进的蚁群算法来求解该优化问题。唐慧玲等(DOI:10.16381/j.cnki.issn1003
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207x.2018.1405)考虑带有碳排放约束的车辆路径问题，以运输距离最短和碳排放最小为目标，构建了多目标车辆路径问题的非线性规划模型，通过引入一种混沌扰动机制提出了一种改进的蚁群算法对模型进行求解。
[0005]通过对上述文献的分析，可以发现尽管现有研究考虑了载重对危险品运输风险的影响，但在分析和评估过程中，载重量仅被视为一个常数。在危险品运输风险度量中鲜有考虑车辆载重量的动态变化；环境问题日益严重，旨在减少温室气体排放的绿色交通已经引起了极大关注，但是在危化品车辆路径问题中较少有研究涉及环境问题。
[0006]危化品运输是国民经济发展的一个重要环节。在权衡风险、成本的同时，通过加入
碳排放约束来研究危化品车辆路径问题，以提高实际意义与参考价值。
[0007]参考文献如下：Pradhananga,R.,Taniguchi,E.,Yamada,T.,Qureshi,A.G.Bi
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objectivedecisionsupportsystemforroutingandschedulingofhazardousmaterials[J].Socio
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EconomicPlanningSciences,2014,48(2),135
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148.DOI:https://doi.org/10.1016/j.seps.2014.02.003.
[0008]ReVelle,C.,Cohon,J.,&Shobrys,D.Simultaneoussitingandroutinginthedisposalofhazardouswastes.TransportationScience,1991,25(2),138
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145.DOI:https://doi.org/10.1287/trsc.25.2.138.
[0009]袁文燕,徐腾飞,杨丰梅等.基于新风险度量方式的危险品车辆路径双目标优化模型[J].数学的实践与认识,2016,46(14):275
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284.DOI:CNKI:SUN:SSJS.0.2016
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14
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023.陈高华,郗传松,周子涵等.基于改进蚁群算法的多目标车辆路径优化方法[P].山西省：CN113343575A,2021
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09
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03.
[0010]唐慧玲,唐恒书,朱兴亮.基于改进蚁群算法的低碳车辆路径问题研究[J].中国管理科学,2021,29(07):118
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127.DOI:10.16381/j.cnki.issn1003
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207x.2018.1405.

技术实现思路

[0011]本专利技术提出了一种以碳排放为限制的危化品多车辆运输模型与求解该问题的基于模拟退火改进的混合蚁群算法。本专利技术首先通过对危化品运输过程中的风险、成本、碳排放进行建模；同时为了契合该领域相关决策者的首要目标，提出了风险、成本双目标模型，并将碳排放加入到模型约束中；最终利用提出的混合智能算法求解该双目标模型，得出可以解决此问题的最优路径。本专利技术还通过设计算例验证了所提出的优化方法的有效性，更好的性能可以为决策者提供更优的选择方案。
[0012]本专利技术提出了一种以碳排放为限制的危化品多车辆运输的路径优化方法，包括以下步骤：
[0013]步骤一：确定决策变量x
ijk
，表示车辆k是否通过边(i，j)；
[0014]步骤二：建立风险量化模型，考虑车辆实际行驶距离来分析事故发生概率，并以车辆实际装载危化品的质量与周围边缘暴露人群数量来衡量事故的后果；
[0015]步骤三：建立成本量化模型，考虑不同车辆的在单位路径上的花费与路径长度作为成本，其中单位路径花费与车辆型号有关；
[0016]步骤四：设置约束条件，对于以碳排放为限制的危化品多车辆运输的路径问题，设置如下约束条件：限制车辆运输时二氧化碳的排放总量、保证车辆对每个客户的唯一性、限制路径中无回路、车辆的容量限制、车辆的总数限制；
[0017]步骤五：针对以碳排放为限制的危化品多车辆运输的路径问题，建立双目标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以碳排放为限制的危化品多车辆运输的路径优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：确定决策变量x
ijk
，表示车辆k是否通过边(i，j)；步骤二：建立风险量化模型，考虑车辆实际行驶距离来分析事故发生概率，并以车辆实际装载危化品的质量与周围边缘暴露人群数量来衡量事故的后果；步骤三：建立成本量化模型，考虑不同车辆的在单位路径上的花费与路径长度作为成本，其中单位路径花费与车辆型号有关；步骤四：设置约束条件，对于以碳排放为限制的危化品多车辆运输的路径问题，设置如下约束条件：限制车辆运输时二氧化碳的排放总量、保证车辆对每个客户的唯一性、限制路径中无回路、车辆的容量限制、车辆的总数限制；步骤五：针对以碳排放为限制的危化品多车辆运输的路径问题，建立双目标优化模型，将所有车辆运输过程的总风险与总成本的同时最小化作为优化目标；步骤六：构建混合智能算法来求解双目标优化模型，即通过模拟退火改进的蚁群算法，计算得到帕累托解集，并根据要求提供最优的路径规划方案。2.根据权利要求1所述的一种以碳排放为限制的危化品多车辆运输的路径优化方法，其特征在于：步骤二中，风险量化模型具体表述如下：定义符号说明：N＝(V,E)运输网络图V＝{0,1,2,
…
,n}图中的结点，即：客户E＝{(i,j)i,j∈V,i≠j}图中的边d
ij
＝d
ji
(i,j∈V,i≠j)i到j的距离q
j
客户需求Q车的总载重量K＝{1,2,
…
,m}车辆集合，m为车辆总数p
ij
(i，j)边上的事故发生概率c
ij
(i，j)边上的事故发生造成的后果ρ
ij
(i，j)边上边缘暴露人群数量ω
ijk
车辆k在(i，j)边上的实际载重量w
ij
车辆在(i，j)边上的实际载重量x
ijk
车辆k通过(i，j)边则为1，否则为0事故的风险是实时变动的，其与事故发生概率与事故发生后果有关，所以车辆k从客户i到客户j的风险可以表示为：因此所有车辆在运输路径上的总风险可以表示为：3.根据权利要求2所述的一种以碳排放为限制的危化品多车辆运输的路径优化方法，
其特征在于：步骤三中，成本量化模型构建如下：对于车辆k在边(i,j)上的成本可以表示为α
·
d
ij
·
x
ijk
，因此所有车辆在运输路径上的总运输成本可以表示为：其中α为车辆运输的单位成本。4.根据权利要求3所述的一种以碳排放为限制的危化品多车辆运输的路径优化方法，其特征在于：步骤四中，关于约束条件定义过程具体表述如下：定义符号说明：CERCO2的排放率r0空车时的燃料消耗率r
*
满载时的燃料消耗率r
ijk
车辆k在边(i，j)上的燃料消耗率e
ijk
车辆k在边(i，j)上的碳排放量车辆的载重量将会影响其在单位距离的燃料消...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军，梁梦坤，牛夏夏，袁文燕，闫白鹭，王青波，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：