基于非线性充/耗能模型广义析取规划的电动汽车路由与调度问题研究

This proposal aims at the battery-powered electric vehicle routing & scheduling problem (EVRSP), and has proposed four phases of research content as follows. First, to study the non-linear charing function of electric vehicle (EV), and present a mixed-integer linear programming (MILP) model for the EVRSP considering non-linear charing function and using disjunctive convex programming techniques, as well as its solution approaches/algorithms. Second, to develop a general model of energy consumption rate (ECR) for the battery-powered electric vehicle, and present a mixed-integer convex programming model for the EVRSP with non-linear charing function and non-linear ECR function by using generlized disjunctive programming techniques, as well as its solution approaches/algorithms. Thirdly, based on the above researches, to study several application scenarios of the EVRSP in the fields of logistic distribution, including: (1) the EVRSP with hetergeneous EVs and multiple charging ways, e.g., fast charging, slow charging, battery exchanging, (2) the EVRSP with a hybrid fleet of EVs and fule-powered vehicles, (3) the EVRSP under an environment with time-varying traffic congestions, (4) the robust EVRSP under a stochastic environment, and (5) other scenarios, such as considering the affect of environmental temperature, utilizing the breaking/resting time of driver to recharge, with pickup & delivery requirements, etc. Forthly and finally, to carry out empirical studies to justificate the proposed theoretical models based on real-life data. Besides, computational experiments and data analysis based on actual data will be carried out through out all phases.

面向电动汽车路由与调度问题（EVRSP），提出四部分研究内容。首先，研究基于非线性充电函数的EVRSP问题，建立基于析取凸规划的混合整数线性规划模型，研究相应的求解方法/算法。然后，分析电动汽车的综合行驶能耗模型，建立基于广义析取规划的、考虑非线性行驶能耗函数和非线性充电函数的EVRSP问题的混合整数凸规划模型，研究相应的求解方法/算法。在此基础上，研究EVRSP问题在物流配送领域的典型应用场景，包括：考虑多混合车型和多充电模式的应用场景；电动汽车和燃油汽车组成混合配送车队的应用场景；城市/郊区时变性交通拥堵环境下的EVRSP问题；随机交通环境下面向稳健性规划的EVRSP问题；其它实际应用场景，如考虑环境温度影响，利用司机休息时间充电，考虑取货/送货交通要求等。最后，结合物流企业实际业务数据，对理论模型开展实证应用研究。此外，还有基于实际数据的计算实验和数据分析，并始终贯穿上述四个部分。

发展新能源汽车是我国的国家战略。国务院发布的《中国制造2025》披露了节能与新能源汽车产业发展的10年战略目标，将电池驱动的纯电动汽车作为未来汽车产业发展的重点领域。推广新能源电动汽车在物流行业应用，必将大幅度地降低整个物流行业的运输成本，且对于我国“双碳”目标实现具有非常积极的意义。.本项目所提出的研究问题被称为“电动汽车路由与调度/行程优化问题（Electric vehicle routing & scheduling problem, EVRSP）”。开展了四部分研究内容：（1）研究基于非线性充电函数的EVRSP问题，建立基于析取凸规划的混合整数线性规划模型，研究相应的求解方法/算法；（2）分析电动汽车的综合行驶能耗模型，建立基于广义析取规划的、考虑非线性行驶能耗函数和非线性充电函数的EVRSP问题的混合整数凸规划模型，研究相应的求解方法/算法；（3）研究EVRSP问题在物流配送领域的典型应用场景；（4）结合北京市交通实际数据模型，对理论模型开展实证应用研究。.围绕着所提出的研究目标，产生了以下四方面研究成果：（1）提出了新能源电动汽车的一般充电理论模型；（2）提出了新能源电动汽车的一般形式能耗理论模型；（3）提出了EVRSP问题的一般数学规划模型和几种典型应用场景下的扩展模型；（4）提出了模型的最优化求解理论方法、大规模求解算法和实证研究，包括“基于分式数的蜂群优化算法改进方法、基于动态循环偏优化（Dynamic Iterative partial optimization）的元启发式最优求解算法、动态交通环境下的车辆行程动态规划算法”等，并基于实际数据开展了计算实验。.本项目的科学意义和应用价值有：（1）在学术方面，所提出的EVRSP问题是一个较新的科学问题，开辟了新的学术研究领域，也是该领域的前沿性学术问题；（2）在应用方面，电动汽车可能在未来很长一段时间内都将是人们主要交通与运输工具之一，本项目的研究成果具有着长远的应用价值，对我国当前的新能源汽车发展具有积极促进作用；（3）在节油减排和环境保护方面具有非常积极的意义，研究成果有助于促进我国“双碳”目标实现。