[發(fā)明專利]一種可實(shí)現(xiàn)避障的自導(dǎo)向電動物流車輛路徑規(guī)劃方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011257594.6
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112684790A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 刁利軍;范思源;苗春暉;梅偉耀;李偉杰;林文立;蔡道萌;陳浩;刁利堅(jiān)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京衛(wèi)平智業(yè)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11392
• 代理人: 張新利;謝建玲

本發(fā)明涉及了一種可實(shí)現(xiàn)避障的自導(dǎo)向電動物流車路徑規(guī)劃方法，融合兩種算法從而優(yōu)化路徑規(guī)劃模型。解決路徑規(guī)劃函數(shù)的算法是利用啟發(fā)式信息的模擬進(jìn)化算法，具有正反饋性和魯棒性，實(shí)現(xiàn)避障的算法通過建造虛擬力場，在不與障礙物碰撞的前提下尋找一條從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的較優(yōu)路徑。兩者結(jié)合所構(gòu)建的基于總體成本最優(yōu)的自導(dǎo)向電動物流車路徑問題模型，能夠綜合考慮電池容量、貨物裝載量等約束條件，使規(guī)劃結(jié)果滿足快速、耗能少、準(zhǔn)時(shí)的要求，在滿足上述條件下，最終繪制的路線還能夠避開環(huán)境中預(yù)設(shè)的障礙物。推廣無人自導(dǎo)向電動物流車的應(yīng)用不僅可以有效的緩解傳統(tǒng)物流車對化石燃料等不可再生能源的依賴，還能減少人為決策帶來的低效問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車輛路徑規(guī)劃領(lǐng)域，具體涉及一種可實(shí)現(xiàn)避障的自導(dǎo)向電動物流車路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)物流配送方式主要依賴經(jīng)驗(yàn)，不能對海量信息進(jìn)行有效處理，運(yùn)行效率低且配送成本高。研究純電動物流車輛路徑優(yōu)化問題被提上日程，配送路徑的科學(xué)決策能夠降低運(yùn)輸成本和時(shí)間、提高資源利用率、緩解環(huán)境污染、滿足人們對快捷高效的需求，從而帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益，推動綠色物流的發(fā)展。

目前，用于車輛路徑規(guī)劃的算法分為精確式算法和啟發(fā)式算法。其中用于解決路徑規(guī)劃的算法具有并行性、正反饋性和魯棒性，有很強(qiáng)的全局搜索能力，且易于與其他算法優(yōu)勢互補(bǔ)進(jìn)行融合。實(shí)現(xiàn)避障的算法的目的是：在不與障礙物碰撞的前提下，尋找一條從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的較優(yōu)路徑。它的特點(diǎn)是規(guī)劃效率高、結(jié)構(gòu)簡潔、計(jì)算量小、生成路徑美觀平滑、不需要對全局路徑搜索，適合實(shí)時(shí)性高的任務(wù)。

研究主要針對的是在倉庫或港口的集送電動物流車，此運(yùn)行環(huán)境的特點(diǎn)是，環(huán)境變量已知且不變，運(yùn)輸頻次高、服務(wù)性強(qiáng)、小批量、多目標(biāo)。針對以上特點(diǎn)，建立自導(dǎo)向電動物流車的車輛路徑規(guī)劃數(shù)學(xué)模型(Guided Electric Vehicle Routing Problem,GEVRP)，包括使用進(jìn)行最優(yōu)服務(wù)順序劃分、基于軟時(shí)間窗的總體最優(yōu)的評價(jià)策略、利用改進(jìn)斥力場的避障算法進(jìn)行避障。使用偽隨機(jī)概率規(guī)則和Ant-cycle模型對算法進(jìn)行改進(jìn)，并使用改進(jìn)算法來求解GEVRP模型。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)避障的自導(dǎo)向電動物流車路徑規(guī)劃方法。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是通過修改斥力場函數(shù)消除局部最小點(diǎn)，解決了算法存在的目標(biāo)不可達(dá)問題；改進(jìn)車輛路徑規(guī)劃模型，加入SOC約束使其能夠判斷電量并在電量不足時(shí)及時(shí)前往充電站充電；將避障算法與GEVRP模型結(jié)合，使規(guī)劃能夠在滿足電動物流車運(yùn)作的同時(shí)能進(jìn)行有效避障。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明建立電動物流車路徑規(guī)劃模型。以有載重量限制的車輛路徑問題(Capacitated Vehicle Routing Problem,CVRP)為基礎(chǔ)，考慮到配送中心離客戶點(diǎn)較遠(yuǎn)，在每個(gè)客戶需求較小而提出需求的客戶較多時(shí)，電動物流車的行駛距離長，電動物流車路徑規(guī)劃模型(Guided Electric Vehicle Routing Problem,GEVRP)增加了一個(gè)充電站，它鄰近客戶點(diǎn)所構(gòu)成的區(qū)域的中心，當(dāng)電動物流車在配送中出現(xiàn)電量不足的情況時(shí)，會自行去充電站充電。

GEVRP在CVRP的基礎(chǔ)上，需要滿足以下附加前提：

(1)在客戶點(diǎn)裝卸貨物時(shí)，電動物流車處于停車熄火狀態(tài)，不會耗電；

(2)因?yàn)檐囁俸愣ǎ约俣▎挝粫r(shí)間耗電量恒定，不考慮電動物流車供暖、控制系統(tǒng)等造成的額外供電；

(3)當(dāng)剩余電量達(dá)到所計(jì)算的預(yù)警線時(shí)，電動物流車才去充電站充電，每次充電都會充滿，且充電時(shí)間恒定；

(4)每輛電動物流車第一次從配送中心出發(fā)，開啟路徑規(guī)劃任務(wù)時(shí)處于充滿電的狀態(tài)，但是如果因?yàn)槌鱿拗囟祷嘏渌椭行男敦洉r(shí)，配送中心不負(fù)責(zé)充電；

(5)全部電動物流車都屬于同一種車型，即充電時(shí)間、電池容量、單位時(shí)間耗電量、電池參數(shù)等屬性均相同。