求解不确定车辆数车辆调度问题的混合算法

针对不确定车辆数的车辆调度问题,建立了使用配送车辆数最少和总行驶距离最短的双目标数学规划模型.在分层序列法思想的框架内,提出一种分两阶段求解的混合算法.基于改进的粒子群算法进行车辆的分配,获得完成任务集所使用的最少车辆数,把粒子群的优化方案转化为禁忌算法的初始解进行路径的优化,以使车队完成给定的配送任务集所花费的成本最少.通过实例求解结果对算法进行了总结分析.     

考虑时空相异的危险品运输车辆安全调度

为确保危险品运输车辆间的安全距离, 从时空角度优化了危险品运输车辆的行驶路径和发车时间间隔; 分析了危险品运输车辆发生事故对其他车辆的影响及其与时空距离的关系, 提出了危险品运输车辆间时空安全距离评价方法, 并以时空安全距离为约束, 提出了车辆安全出发时间间隔计算方法; 建立了满足时空相异约束的危险品运输车辆调度模型, 设计了用于生成车辆调度时刻表的两阶段求解方法, 第1阶段采用NSGA-Ⅱ算法优化车辆行驶路径, 第2阶段分别设计了遗传算法和基于插入思想的近似算法以优化发车时间间隔; 为了验证车辆调度模型与算法的有效性, 对比了每个阶段中不同算法的优劣, 并分析了危险品事故影响系数和事故影响接受度对车辆调度结果的影响。研究结果表明: 提出的方法可针对不同危险品事故影响系数获得危险品运输车辆调度时刻表, 生成的车辆调度时刻能够保证车辆在行驶过程中始终保持安全距离; 遗传算法和近似算法获得的平均运输总时间分别为2.45和2.49 h, 表明近似算法获得的解劣于遗传算法, 但运行时间仅为遗传算法的1/10 000~1/5 000;危险品事故影响系数或事故影响接受度越小时, 车辆发车时间间隔越大, 导致运输总时间变长; 考虑时空相异性的车辆调度可以弥补相异路径方法仅从空间上考虑相异性的不足, 同时能够避免采用相异路径方法可能遗漏最佳运输路径的问题。      

一种基于时空距离的带时间窗车辆路径问题算法

带时间窗的车辆路径问题是典型的NP难题,一种常用的求解方法是先对顾客分组,后进行路径优化的两阶段启发式算法. 传统算法在顾客分组时主要考虑顾客的空间位置关系,但是忽略了顾客对服务时间窗口的要求. 本文同时考虑顾客的时间和空间特性,提出了一种基于时空度量的顾客分组方法. 在路径优化阶段,本文提出了一种禁忌搜索算法来进行求解,该算法中禁忌的对象不是解,而是这些解的目标函数值的区间,以便于提高收敛效率. 作为验证,本文以Solomon标杆问题集为算例进行演算,结果表明,在窄时间窗约束下,基于时空距离的两阶段启发式算法明显优于基于空间距离的算法,且部分算例的解达到了国内外已发表的最好解.     

公共自行车动态调度系统需求预测模型研究

基于交通出行理论,将公共自行车需求分为直接需求和间接需求,并研究需求等待、转移和消退的变化规律.根据各租赁点的历史出行OD和以往时段的借、还车信息,预测出调度车辆从当前位置到达任意租赁点时该位置的车辆数,从而确定调度车数并制定调度计划,建立租赁点短期多时段的需求预测模型.将需求预测模型与调度计划模型组合成具有迭代反馈特性的双层模型,并通过计算机仿真方法求解,得到最优动态调度方案下的需求预测结果.通过算例对模型进行了验证,结果表明:公共自行车动态调度系统需求预测模型与调度计划模型结合后能有效改善公共自行车实际运营中借车时无车可借、还车时车位已满的情况.     

考虑行驶时间不确定性的合乘路径鲁棒优化方法

为应对实际合乘过程中时间不确定性带来的负面影响,本文研究不确定行驶时间下的合乘问题。采用预算不确定集合描述时间变量,引入不确定性水平可调节的预算系数,构建以车辆总里程最短和车辆数最少为目标的合乘路径鲁棒优化模型。并设计两阶段算法求解,第1阶段以两乘客间的可行合乘路径为基础,从车辆总里程节省率和乘客时间窗匹配灵活性两方面设计公式量化合乘匹配机会,以匹配机会为权重构建乘客图网络并聚类乘客需求;第2阶段设计以顺序插入启发式方法构造初始解的禁忌搜索算法求解。案例数据实验结果表明：本文聚类方法能保证优化质量并提高85%以上的计算效率,同时能缩减乘客等车时间和绕行距离;增大预算系数时解的鲁棒性逐渐提高,但会增加10%~40%的车辆数并降低1%~10%的里程节省率;大规模乘客案例和窄时间窗案例的合乘路径对不确定时间的敏感性更高,宽时间窗案例无需增加过多额外车辆和总里程就能达到较高水平的路径鲁棒性。     

基于随机需求的城市公交车辆调度问题的研究

在公交车辆调度问题上,考虑到公交调度中客流需求的不确定因素,引入随机需求调度模型及其相关概念,然后对优化模型进行实例求解,结果证明该模型是可行的。     

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在对多配送中心车辆调度问题进行直观描述的基础上，建立了该问题的数学模型。提出了采用距离最近分配法将多配送中心车辆调度问题分解为多个单配送中心车辆调度问题进行求解的策略．基于求解单配送中心车辆调度问题的禁忌搜索算法，设计了求解多配送中心车辆调度问题的算法，并进行了实验计算．计算结果表明，用本文设计的算法求解多配送中心车辆调度问题，不仅可以取得很好的计算结果，而且算法的计算效率较高，收敛速度较快，计算结果也较稳定．     

基于启发性规则及关键路径调整的柔性作业调度优化算法

为克服传统进化算法求解较大型柔性作业调度问题计算时间长和结果不稳定的缺点,提出了一种启发性规则求解方法.该方法用一个启发性规则产生初始调度解,再利用一些启发式规则对初始调度过程中的关键工件及关键工序进行搜索,并对关键路径进行优化调整得到较优解,通过比较得到柔性调度问题的优化调度解.用本文方法对典型柔性调度问题进行求解,并与其他算法的求解结果进行比较,对于15×10问题,采用本文方法的计算结果与混合基因算法相同,计算时间为3.2 s,减少了42%;对于23×10及25×10的较大型问题,表明启发性规则的引入能提高求解效率,与传统进化算法相比,更适合求解较复杂的柔性作业调度问题.     

多车型多行程需求可拆分的应急疏散车辆调度

为解决应急疏散车辆紧缺条件下的多批次车辆调度问题,使受灾人员被迅速地疏散至避难所,在考虑应急车辆容量差异的基础上,构建了多目标的多行程、多时间窗、需求可拆分的应急疏散车辆调度模型.通过引入虚拟站点的方式,简化了延误损失计算过程,并总结了数学模型最优解的特征.结合最优解的特征设计了改进的遗传算法对模型求解,并进行了算例分析.结果表明:所提出的算法能够有效对数学模型进行求解且具有良好稳定性,能够为应急车辆的多批次调度问题提供一定的决策指导和参考.     

时效约束的高强度快递需求区域车辆调度模型

为提升高强度快递需求区域的车辆配送效率,在刻画移动仓库动态需求与点部收派件优先度的基础上,建立高强度快递需求区域的快递车辆调度模型.在满足收派件时效性约束的前提下,求解快递车辆配送路线,并对车辆调度模型进行优化,以符合点部与移动仓库收派快件实际需要.     

求解客户需求动态变化的车辆路径规划方法

对于集货过程中客户需求随时间变化的动态车辆路径规划问题,按时间段划分为一系列车辆已驶离中心车场的静态车辆路径问题,引入虚拟任务点与相关约束方法,将其进一步等价转化为普通的静态车辆路径问题,使用适用于静态问题的算法对其进行求解。应用此车辆路径规划方法,以改进的节约法为静态算法,对于客户数为20的动态路径规划问题进行求解,得到重新优化路径所用的时间为0.49s,说明这种规划方法可行。     

考虑线路输送能力利用的城市轨道交通列车开行方案优化方法

考虑线路输送能力利用的空间不均衡性,建立以线路输送能力利用率最大化、上线车组数和乘客出行费用最小化为目标,以交路形式、发车频率、列车编组为决策变量的多交路列车开行方案优化模型.设计线性加权法与遗传算法相结合的求解算法.结合算例,对比单一交路、嵌套交路和衔接交路最优开行方案下的列车运行效果及在不同客流特征下的适用性.结果表明,以输送能力利用率最大化为目标能够有效提升线路输送能力利用率及其空间均衡性,符合乘客和企业的共同利益;对于单峰型客流集中线路,保持最大客流断面位置及取值不变,当单峰内客流需求比例超过30%时,适宜开行多交路列车.     

基于VRP模型的两阶段物流网络路径优化模型

以基于VRP模型的两阶段三层次物流网络路径优化问题为研究对象,利用启发式算法中的分解法将问题分为选择物流中心与配送路径优化两个子问题,并与数理规划软件LINGO 8.0相结合给出了基于VRP模型的MSDL-RP问题——多供应商、多配送中心选址与路径优化问题的求解模型。利用所提出的模型可以求出商品从多供应商经过多物流中心到最终客户这一过程中能使费用最小的供应商的最佳位置与数量、物流中心的最佳位置与数量及从物流中心到客户的最佳配送路径,并通过实例进行了验证。对于小规模问题,运用所提出的方法能在很短的时间内求出问题的最优解,具有一定的实用价值。     

求解车辆路径问题的改进混合遗传算法

针对车辆路径问题提出一种新的混合遗传算法。在遗传各个阶段引入不同交叉、变异策略的扩大对解空间搜索,提高遗传算法的寻优能力,避免单一交叉、变异策略的遗传算法"早熟"收敛。在进化后期对个体进行低温退火,提高遗传算法的求解精度。通过对国际标准测试数据的仿真,表明该算法是有效的。     

基于优化模糊C均值算法的锚泊船聚集特性

针对模糊C均值算法随机选择初始聚类中心导致聚类结果对噪声样本点敏感性的不足, 采用局部密度加权的方法, 将初始聚类中心的选择范围限制在局部密度较高样本点区域, 优化初始聚类中心的选择方法; 利用样本点的局部密度改进目标函数, 提高局部密度较高的样本点在目标函数迭代过程中的影响力, 从而提升模糊C均值算法的聚类性能, 并采用人造数据集和鸢尾花真实数据集验证优化的局部密度模糊C均值算法的聚类效果; 通过计算锚泊船位置数据的局部密度, 分析了船舶锚泊偏好。试验结果表明: 对比模糊C均值算法, 优化的局部密度模糊C均值算法聚类精准率提高了2.9%, 召回率提高了3.8%, F度量值提高了3.9%, 说明优化的局部密度模糊C均值算法的性能优于模糊C均值算法; 在锚泊船位置数据上的聚类结果正确反映了天津港锚泊船的聚集特点和锚泊偏好, 其结果与船舶的常规做法一致, 说明优化的局部密度模糊C均值聚类算法是一种分析锚泊船聚集特性和锚泊偏好的有效方法。      

基于车载GPS轨迹的立体交叉口空间结构信息获取方法

为了识别立体交叉口中不同的行驶规则, 利用随机森林特征选择方法分析了车辆轨迹数据特征, 按照重要性评分对特征进行聚类; 利用戴维森堡丁指数衡量聚类结果, 获得交叉口最优聚类结果下的各个行驶规则的聚类簇, 并构建聚类簇范围约束的狄洛尼三角网; 利用骨架线提取与公共序列合并方法, 提取立体交叉口的几何结构与拓扑连通关系, 获取城市立体交叉口空间结构信息; 以武汉市2016年出租车轨迹为数据源, 选取了武汉市城区立体交叉口进行空间结构信息获取试验。研究结果表明: 立体交叉口中车载GPS轨迹特征重要性评分的前4项依次是终点角度、起点角度、起终点角度差、中间角度平均值, 其中利用终点角度与起点角度特征组合的聚类结果是最优的; 立体交叉口空间结构信息获取方法在直行、左转、右转方向下识别准确率分别为85.7%、85.4%、87.5%, 综合准确率为86.2%, 直行、左转、右转方向下信息召回率分别为91.5%、87.2%、85.9%, 综合召回率为88.2%, 因此, 较高的准确率与召回率说明本文提出的方法可以准确识别立体交叉口空间结构信息, 并提取立体交叉口中各个行驶规则的几何与拓扑连通关系。      

Network lifetime global optimization for multi-source and single-sink topology in wireless sensor networks

The multi-source and single-sink (MSSS) topology in wireless sensor networks (WSNs) is defined as a network topology, where all of nodes can gather, receive and transmit data to the sink. In energy-constrained WSNs with such a topology, the joint optimal design in the physical, medium access control (MAC) and network layers is considered for network lifetime maximization (NLM). The problem of integrating multi-layer information to compute NLM, which involves routing flow, link schedule and transmission power, is formulated as a non-linear optimization problem. Specially under time division multiple access (TDMA) scheme, this problem can be transformed into a convex optimization problem. To solve it analytically we make use of the property that local optimization is global optimization in convex problem. This allows us to exploit the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) optimality conditions to solve it and obtain analytical solution expression, i.e., the globally optimal network lifetime (NL). NL is derived as a function of number of nodes, their initial energy and data rate arrived at them.Based on the analysis of analytical approach, it takes the influence of data rates, link access and routing method over NLM into account. Moreover, the globally optimal transmission schemes are achieved by solution set during analytical approach and applied to algorithms in TDMA-based WSNs aiming at NLM on OMNeT<++> to compare with other suboptimal schemes.     

Improved Kernel Possibilistic Fuzzy Clustering Algorithm Based on Invasive Weed Optimization

Fuzzy c-means(FCM) clustering algorithm is sensitive to noise points and outlier data, and the possibilistic fuzzy c-means(PFCM) clustering algorithm overcomes the problem well, but PFCM clustering algorithm has some problems: it is still sensitive to initial clustering centers and the clustering results are not good when the tested datasets with noise are very unequal. An improved kernel possibilistic fuzzy c-means algorithm based on invasive weed optimization(IWO-KPFCM) is proposed in this paper. This algorithm first uses invasive weed optimization(IWO) algorithm to seek the optimal solution as the initial clustering centers, and introduces kernel method to make the input data from the sample space map into the high-dimensional feature space. Then, the sample variance is introduced in the objection function to measure the compact degree of data. Finally, the improved algorithm is used to cluster data. The simulation results of the University of California-Irvine(UCI) data sets and artificial data sets show that the proposed algorithm has stronger ability to resist noise, higher cluster accuracy and faster convergence speed than the PFCM algorithm.     

车辆路径问题的混沌粒子群算法研究

针对车辆路径问题中单仓库非满载这一基本类型的具体特性,设计了一种混沌粒子群算法;利用混沌系统的随机性、规律性和遍历性初始化粒子,大范围覆盖车辆路径问题的解空间,加强算法最优路径的搜索能力;通过在求解过程中的次优路径处施加混沌扰动,使算法放弃当前求解的路径,避免结果为次优解。并通过试验验证了该算法在车辆路径问题中具有很强的寻优能力。     

一种异构网络中的高效路由P2P覆盖网的设计

P2P覆盖网中存在着拓扑不匹配、负载不均衡等问题,会对资源查询效果造成不可忽视的影响。本文提出在节点度数为幂率分布的异构网络中实现高效路由的三层覆盖网设计思想,设计相关的节点分类、成簇和地址分配方法。针对查询路径长度、负载均衡程度、查询成功率等多个性能指标展开分析,并通过仿真实验验证了相比以往的层次化覆盖网,本文提出的方法在多个方面具有明显的优越性。