考虑道路限制的建设场地内车辆调度问题研究

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20230047

山东科学 ›› 2024, Vol. 37 ›› Issue (3): 76-84.doi: 10.3976/j.issn.1002-4026.20230047

考虑道路限制的建设场地内车辆调度问题研究

李国俭¹(), 徐君², 吴海军², 沈磊²^,^*(), 王一夫², 李宪利², 郑汉坤³

1.国家电投集团内蒙古能源有限公司,内蒙古通辽 028011
2.内蒙古察哈尔新能源有限公司,内蒙古乌兰察布 011800
3.北京交通大学系统科学学院,北京 100044

收稿日期:2023-03-17 出版日期:2024-06-20 发布日期:2024-06-14
通信作者: *沈磊,男,工程师,研究方向为新能源发电。E-mail: 2733797096@qq.com
作者简介:李国俭(1977—),男,高级工程师,研究方向为能源电力技术。E-mail: lgjian77@126.com

The vehicle scheduling problem at a construction site considering road restrictions

LI Guojian¹(), XU Jun², WU Haijun², SHEN Lei²^,^*(), WANG Yifu², LI Xianli², ZHENG Hankun³

1. SPIC Nei Mongol Energy Co., Ltd., Tongliao 028011,China
2. Inner Mongolia Chahar New Energy Co., Ltd., Wulanchabu 011800,China
3. School of Systems Science,Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China

Received:2023-03-17 Online:2024-06-20 Published:2024-06-14

摘要/Abstract

摘要：

针对大型设备运输车辆进入建设场地后,在场内道路上的车辆调度和路径规划问题进行了研究。受场内道路宽度限制,车辆难以在同一道路上相向行驶;同时,由于不同车辆所运输的货物及运输任务的紧急程度不同,车辆的通行具有不同优先级。针对上述特性,利用时空网络技术构建整数规划模型,在考虑道路限制和不同车辆优先级情况下,对建设场地内的车辆进行调度和会车规避。模型的目标为最小化所有车辆在场内的总时间,包括行驶时间和会车等待时间;模型包含两类约束,即车辆流平衡约束和车辆会车避让约束。为快速有效地求解模型,设计基于时空网络的启发式算法得到各车辆的时空路径,为车辆的路径规划和会车避让提供指导。结合一个实际的大型风电场路网,构建多个算例,对模型和算法的有效性进行验证。结果表明,提出的算法能迅速对不同规模的问题进行求解;另外,算法可以在消除车辆时空冲突的同时,保证车辆在会车时不等待过长时间,最终的方案具有较高的车辆运输效率。

关键词: 建设场地, 道路限制, 车辆调度问题, 时空网络, 冲突规避

Abstract:

This study investigates vehicle scheduling and path planning problems on field roads after large equipment transportation vehicles enter construction sites. Due to road width limitations and varying task priorities, vehicles have difficulty traveling in opposite directions on the same road. Furthermore, the large equipment transportation vehicles have different priorities depending on their loads and urgency of the transportation. To address these challenges, this study constructs an integer programming model based on spatiotemporal network technology that minimizes the total travel time of all vehicles on the site by considering road restrictions and vehicle priorities. Furthermore, vehicle flow balance and meeting avoidance constraints are incorporated into the model. Moreover, a heuristic algorithm is designed to efficiently solve the model and obtain the spatiotemporal path of each vehicle, thereby providing guidance for vehicle path planning and passing each other. The effectiveness of the proposed model and algorithm is demonstrated through multiple cases based on an actual wind farm road network. The computational results show that the algorithm can quickly solve the vehicle path planning problem at various scales. Additionally, it can guarantee short waiting time to avoid vehicle meeting while eliminate spatiotemporal conflicts. Moreover, the proposed approach showed high transportation efficiency.

Key words: construction site, road restriction, vehicle scheduling problem, spatiotemporal network, conflict avoidance

中图分类号:

U492.33

李国俭, 徐君, 吴海军, 沈磊, 王一夫, 李宪利, 郑汉坤. 考虑道路限制的建设场地内车辆调度问题研究[J]. 山东科学, 2024, 37(3): 76-84.

LI Guojian, XU Jun, WU Haijun, SHEN Lei, WANG Yifu, LI Xianli, ZHENG Hankun. The vehicle scheduling problem at a construction site considering road restrictions[J]. Shandong Science, 2024, 37(3): 76-84.

图/表 10

图1

表1

符号定义"

符号	含义
$Ω$	拓扑网络中冲突边对的集合, $(l, l') ∈ Ω$
$T$	研究时段内离散的时间点集合, $t ∈ T$
$K$	研究时段内需入场的车辆集合, $k, k' ∈ K$
$N$	时空网络中点的集合, $i, j ∈ N$
$A$	时空网络中弧的集合, $(i, j) ∈ A$
$A r, A w$	时空网络中行驶弧,等待弧的集合, $A = A w ⋃ A r$
$A r l$	拓扑网络中边 $l$ 对应的行驶弧集合
$s (l), e (l)$	拓扑网络中边 $l$ 的起始/终点节点, $s (l), e (l) ∈ S$
$t l r u n$	车辆在拓扑网络中边 $l$ 上的运行时间
$o k, d k$	运输车辆 $k$ 的起点和终点, $o k, d k ∈ S$
$t k d e p$	车辆 $k$ 的入场时间
$q k$	车辆 $k$ 的优先级,值越大优先级越高
$Δ t p a s s$	两辆对向行驶的运输车辆在会车点处完成会车所需花费的时间
$M$	足够大的正数

表1

图2

图3

表2

表3

图4

图5

图6

图7

参考文献 12

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车辆编号	出发时间/min	起点	终点	优先级
1	0	M1	D10	1
2	13.7	D13	M4	2
3	16.0	M6	D7	1

车辆编号	途径节点	各节点等待时间/min	总等待时间/min	总运行时间/min
1	M1—D1—F8—D6—S6—F1—D9—F3—S2—D10	0—0—1.7—0—0—0—0—0—0—0	1.7	46.7
2	D13—S3—F7—D9—F1—S6—D7—S1—D8—M4	0—0—0—0—0—0—0—0—0—0	0	33.0
3	M6—S3—F7—D9—F1—S6—D7	0—0—2.7—0—0—0—0	2.7	33.7

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