基于变邻域禁忌搜索的共享汽车重新安置调度研究

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现如今共享经济已经成为一种流行的生活方式,随扫随用的单车、充电宝,租用闲置房间、物品为人们带来诸多便利。近几年来共享汽车行业逐渐壮大,汽车科技逐渐进步,电动汽车的投放使得行业间的竞争越来越激烈。由于城市地形、气候等因素的限制,电动汽车并不适用于全国范围的投放。东北地区使用燃油型汽车作为共享汽车的主要车型,与环保经济的电动共享汽车企业相比,燃油型共享汽车企业在关注能源消耗、环境保护的同时,需要更加合理的运营模式。当前共享汽车行业主要有两种还车方式:指定站点还车(双向模式)与任意站点还车(单向模式),为了提高自身竞争力,本文调研的燃油型共享汽车企业提出了运营区域内任意还车的服务模式(自由浮动模式),因此企业需要雇佣专员进行闲置车辆的调度。根据调研得知,企业的日常运维成本中调度成本占据了相当大的比重,亟需优化。本文根据企业调度共享汽车的具体工作方式,确定需要解决的问题为共享汽车重新安置问题,并将其抽象为一个取送问题。由于驾驶员同一时间内仅能驾驶一辆车、需先访问共享汽车之后才能将车辆调度回停车场空位、停车场可多次被访问等条件限制,本文最终提出一个路径节点有序访问的取送问题(Vehicle Routing Problem with Ordered Relocation Pickup and Delivery Problems,VRPORPD),目标在于通过优化工作人员重新安置共享汽车的调度路径,降低运维成本。对现有文献综述发现,目前基于员工的共享汽车重新安置问题中关于路径优化的文献多集中于单向运营模式的研究下,自由浮动模式下基于员工的共享汽车重新安置路径优化问题文献较少,多数文献通过需求预测确定企业的决策支持系统或改进数学模型,对最小化共享汽车调度路径距离鲜有研究。VRPORPD问题是一个单车场,单车型,车辆(指工作人员)载重约束为1,无软硬时间窗约束,停车场可多次被访问,顾客(共享汽车点与停车场空位点)具有严格访问顺序的取送问题。针对此问题,本文的主要工作内容为:(1)以最小化重新安置车辆时产生的成本为目标,在车辆路径问题的模型上添加相关约束,构建了 VRPORPD问题的组合优化模型。(2)设计变邻域禁忌搜索算法(Variable Neighborhood Tabu Search Algorithm,VNTS)对 VRPORPD问题进行求解。(3)对收集到的蜗享出行实际运维记录进行了数据清洗、需求赋予、标注经纬度坐标等处理,形成21种规模共30组蜗享出行算例。同时按照Solomon算例的三种分布,随机构造21组与蜗享出行算例相同规模的Solomon构造算例。本文以蜗享出行算例和Solomon构造算例作为研究的测试与实验算例,验证模型和求解算法的正确性及有效性。(4)利用三算子禁忌搜索算法确定两种效果理想的算子连接方式,并以此实验结果作为基准组,比较变邻域禁忌搜索算法能否对其进行改进。本文的主要贡献在于:(1)提出一种新的取送问题模型,VRPORPD模型。(2)构造了可以应用于VRPORPD的两类实验算例,为未来学者提供算例参考。(3)设计能够解决实际算例的变邻域禁忌搜索算法,通过三算子禁忌搜索算法对比,证明了 VNTS的有效性。(4)从工作人员调度共享汽车所要行驶的距离这一角度上,为共享汽车企业提供日常运维的决策参考,补充了“自由浮动共享汽车模式”与“取送问题”的相关研究。本文实验结果显示,根据三算子禁忌搜索确定的两种算子连接顺序构建VNTS框架,蜗享出行算例的平均改进程度为6.4203%与5.3249%,30组中仅有1组的路径规划结果未得到改善,原因在于各个共享汽车、停车场距离经纬坐标几乎没有差距,在三算子禁忌搜索的过程中已经找到较好的解。21组Solomon构造算例的解均得到了改善,平均改进程度为5.3409%和5.6997%,VNTS整体上改进效果明显。
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