[发明专利]一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型及方法

说明书

一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型及方法，属于煤矿井下辅助运输和物流配送领域。包括问题基础信息的确定，优化模型的建立，最优路径的求解，以及最优方案的显示，用于实现满足矿井生产需求的纯电动无轨胶轮车路径规划问题。首先根据矿井的辅助运输线路等信息设置纯电动无轨胶轮车路径规划问题的基础信息，接着结合矿井特定环境及煤矿安全规程，建立纯电动无轨胶轮车路径规划模型，利用蚁群算法求解出模型的最优解，最后将得出的最优解进行显示，构成完整的纯电动无轨胶轮车最优路径规划方案，本发明将能量消耗问题考虑进纯电动无轨胶轮车的路径规划问题中，能量消耗受巷道条件和煤矿安全规程的影响而变化，更贴近实际情况。

技术领域

本发明涉及煤矿井下辅助运输和物流配送领域，特别是一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型及方法。

背景技术

在煤矿辅助运输中，无轨胶轮车已经被普遍使用。纯电动无轨胶轮车与柴油无轨胶轮车相比，具有无污染、低噪声等优点，已逐步替代柴油无轨胶轮车并将成为煤矿辅助运输的重要设备。纯电动无轨胶轮车在辅助运输时，需要根据纯电动无轨胶轮车自身参数、辅助运输工作安排和巷道内运输环境参数等因素进行路径规划，是煤矿辅助运输中的重要问题。

车辆路径规划模型通常可以分为所有信息已知且保持不变的静态模型，以及相关信息发生变化的动态模型两种。相比于静态模型，动态模型更符合实际的要求，但复杂程度也相对较高。代表方法如《金属矿山》2010年第2期“基于改进蚁群算法的地下矿车辆生产调度路径优化研究”一文提出的针对地下矿电机车使用包含时间窗的路径规划模型；《Operations Research Proceedings》2012年“Energy-Optimized Routing of ElectricVehicles in Urban Delivery Systems”一文提出的针对电动汽车使用包含负载容量、时间窗和充电容量的实际能耗模型；2013年麻省理工学院博士学位论文“Optimal Routesfor Electric Vehicles Facing Uncertainty,Congestion,and Energy Constraints”一文提出的针对电动汽车使用电动汽车能耗模型；《Transportation Research Part E》2013年第49期“Amethodology to evaluate the competitiveness of electric deliverytrucks”一文提出的针对电动货车使用包含路径约束、能量消耗约束、真实速度曲线和车辆购置成本的模型；《The international Federation of Automatic Control》2014年“Energy-aware Vehicle Routing in Networks with Charging Nodes”一文提出的针对电动汽车使用包含交通拥堵影响、非线性形式车辆能量动力学模型的路径规划模型；2014年北京交通大学硕士学位论文“基于行驶工况的纯电动汽车能耗建模及续驶里程估算研究”一文提出的针对电动汽车使用能够反应能耗随交通参数动态变化的电动汽车能量消耗模型；《European Journal of Operational Research》2015年第245期“Routing a mixedfleet of electric and conventional vehicles”一文提出的针对混合动力汽车使用包含速度、坡度、时间窗和货物负载分布的实际能耗模型；《Electronic Notes in DiscreteMathematics》2015年第47期“A Variable Neighborhood Search Branching for theElectric Vehicle Routing Problem with Time Windows”一文提出的针对电动汽车使用包含时间窗、货运能力和电量消耗的路径规划模型；2016年电子科技大学硕士学位论文“纯电动物流配送车运营调度模型设计与实现”一文提出的针对电动汽车使用考虑交通变化时间性因素的调度模型；2018年东华大学硕士学位论文“生鲜配送电动冷藏车路径规划研究”一文提出的针对电动冷藏车使用包含货物载重、时间窗和用电量的能耗模型；2019年北京科技大学博士学位论文“纯电动矿车能量管理及节能技术研究”一文提出的针对纯电动矿车使用包含电池寿命和再生制动的能耗模型；《Journal of cleaner Production》2019年第225期“Development of energy consumption optimization model for the electricvehicle routing problem with time windows”一文提出的针对电动汽车使用包含单位距离的能量或电功率的能耗模型；《European Journal of Operational Research》2019年第274期“The role of operational research in green freight transportation”一文提出的针对电动汽车使用包含速度、道路坡度和车辆纵向动力学的路径规划模型；《Transportation Research Part D》2019年第69期“Energy consumption estimationintegrated into the Electric Vehicle Routing Problem”一文提出的针对电动汽车使用包含地形和实际速度曲线的能耗评估模型；2020年北京交通大学硕士学位论文“基于电动汽车的多温区冷链物流配送路径优化问题研究”一文提出的针对电动汽车使用包含电能消耗和成本问题的路径规划模型；2020年长沙理工大学硕士学位论文“考虑城市信号交叉口的电动汽车路径规划及能耗影响研究”一文提出的针对电动汽车使用包含信号灯因素、再生制动能量消耗和驾驶风格因素的路径规划模型；中国发明专利“基于道路信息的纯电动汽车能耗最优路径规划方法”(公开号：CN111753377A)提出的基于道路信息的纯电动汽车能耗最优路径规划方法。这些方法都在一定程度上提高了电动车的路径规划质量，但是，他们所考虑的场景没有考虑矿井下纯电动无轨胶轮车的工作环境，没有针对纯电动无轨胶轮车的自身结构及矿井辅助运输章程，一些仅使用没有考虑可变因素的简化能量模型。