[发明专利]一种协同无人机配送的车辆路径问题的初始解构造

说明书

无人机不受地形影响，且由于其方便快捷的特性，能够很好的应用到某些特定的货物运送过程中。但无人机本身运载能力较小，且受电池能源的限制而不能长时间的飞行。近年来，一种协同无人机和货车的配送形式受到越来越多的关注，在该模式中，货车可以搭载大量货车，无人机随着货车一同行驶，必要时搭载小部分货物执行配送任务并在能量消耗完毕前返回货车补充能源，由此大大增加了无人机的配送能力。本文旨在构造一种协同无人机配送的车辆路径问题的初始解，保证了无人机和货车协同运作的合理性，并且尽可能提高解的质量，为后续在邻域范围内搜索更优提供基础，同时，一个好的初始解也可以当作决策方案进行实施。

技术领域

本发明涉及了协同无人机配送的车辆路径问题，涉及到无人机和货车之间协同配送货物的机理。利用无人机轻巧快速便捷的特性，为每辆货车配置一台无人机，无人机可以在货车上不断的补充能源并运送一部分货物，最终由无人机和货车共同完成所有顾客的配送任务。

背景技术

无人机配送货物具有方便快捷的优点，但其易受载货能力和电池能力的限制，往往不能配送长距离、大质量的需求。以货车为载体，无人机可以在货车行驶到相应位置时再起飞送货，并在一段时间内返回到货车上，大大增强了无人机的配送能力。另一方面，在无人机配送的过程中，货车也可以完成一定的配送任务。因此，一种结合货车和无人机的配送模式受到越来越多的关注，其货车及无人机的路径规划问题亟待研究。

发明内容

发明目的：设置好无人机和货车的协同配送路径，能够一定程度上避免以下存在的五个弊端(1)无人机受电池能源的限制，飞行一次需要即时充电；(2)当某些顾客的需求较大时，无人机不具备配送能力，而只能由货车配送；(3)无人机的线路安排不合理，易造成资源的浪费；(4)无人机和货车之间的协同不一致，易出现无人机执行任务无法返回的情形；(5)无人机和货车的协同配送问题是NP难问题，在有限时间内很难求得满意解。

技术方案：为实现上述设计要求，本发明采用以下技术方案：(1)构造货车配送路径；(2)枚举所有与货车路径相适应的无人机配送路线；(3)为单个货车路径配置尽可能多的无人机配送路线；(4)构造完整的协同路径满足所有顾客需求。

有益效果：本发明具有以下优点：(1)通过无人机和货车的路线规划，节省成本，提高效率；(2)无人机的方便快捷的优点得到更好发挥，同时其运送能力的限制也得到一定程度的避免；(3)通过优化模型的构建，可以为货车路径安排尽可能多的无人机配送路线。

具体实施方式

本发明的步骤如下：

(1)构造货车配送路径，具体包括：

(1-1)计算所有未被安排的顾客离场站的距离，并挑选出最远的点构建初始路径，具体表达如下：

其中V^s为未被安排的顾客点集，为货车在弧(i，j)的行驶时间，v_i为挑选的离场站距离最远的点，有了v_i，就可以构造初始路径v₀-v_i-v₀(v₀为场站)，V^s→V^s\{v_i}。

(1-2)计算所有未被安排的顾客离目前路径最后经过顾客点的距离，并挑选出最近的并且满足容量需求的点作为下个添加至路径的点，具体表达如下：

其中i是当前路径最后经过的顾客点的编号，q是当前路径配送的需求和，q_j是v_j点的需求，Q是货车最大容量，设置的限制是为了留有能力运载无人机配送的货物，α_j是固定的参数，对于达不到无人机配送条件而只能由货车配送的顾客α_j＜1，其余为1，表示只能由货车配送的顾客更容易在货车路径构建过程中挑选进来。