以低碳为目标的接送机场服务的优化方法

The propose takes the vehicle routing and scheduling of pickup customer and delivery to airport service as the study object, and takes reducing carbon emissions of its operation process as the objective. We focus on the optimization method on vehicle routing and scheduling towards low-carbon under the models of multi-routing, multi-vehicle and centralization. Firstly, we analyze the influence factors of vehicle carbon emissions using mathematical statistics, correlation analysis, and actual measurement, and build the vehicle routing and scheduling model towards to low-carbon. Secondly, using mathematical programming and exact algorithm, we seek the optimal solution of vehicle routing and scheduling under the models of multi-routing and multi-vehicle, for maximizing the reduction of vehicle carbon emissions. Thirdly, using non-cooperation game and POA, we analyze the influence of centralization model for the reduction of vehicle carbon emissions. Using cooperation game, we design rational profits allocation mechanism to ensure the realization of the global optimal solution of centralization model. The project doesn't not only expand the theory and application range of vehicle routing and scheduling, low-carbon economy and centralized logistics, but also provides the method and technology support for reducing vehicle carbon emissions and protecting the city environment.

本项目旨在以接送机场服务中的低碳型车次分配与调度为研究对象，以降低其运营过程中的车辆碳排放总量为研究目标，重点研究多行程、多车型和集中式等模式下的低碳型车次分配与调度的优化方法。主要包括：1、利用数理统计与相关分析及跟车实测等方法，分析行驶距离、行驶速度、载客量等影响车辆碳排放量的因素对车辆碳排放量的影响，以构建低碳型车辆优化调度的数学模型；2、利用数学规划与优化算法，研究多行程、多车型等模式下接送机场服务中车辆优化调度的最优解，以最大限度的降低其车辆碳排放总量；3、利用非合作博弈论、POA等方法分析集中式对降低碳排放量的程度，并求解集中式下的全局最优解，利用合作博弈论设计合理的企业利益分配机制，以保证全局最优解的实现。在理论上，探索了低碳型和集中式物流配送的理论方法，拓展了车辆优化调度的应用领域；同时，最大限度的降低接送机场服务的碳排放总量，保护了城市生态环境，具有重要的社会意义。

针对以低碳为目标的车辆路径问题，以接送机场服务为案例背景，围绕影响车辆碳排放量的关键因素、车辆碳排放量的定量描述方法，以及低碳型车辆路径问题的建模、优化算法等问题开展研究。重点针对单行程模式、多行程模式、多车型模式、多目标、集中模式和协作模式的低碳型接送机场服务问题开展理论和方法研究，取得了比较丰富的研究成果。研究成果概括如下：构建了单行程下低碳型接送机场服务的数学模型，开发了求解该模型的扫描算法、双向扫描算法、基于集划分的精确算法和基于标签和集划分的精确算法；建立了多行程下低碳型接送机场服务的数学模型，开发了求解多行程问题的基于面向车次的集划分精确算法和基于改进标签和面向车次链集划分的精确算法，从理论角度推导出多行程相比于单行程降低碳排放量的上下界，分析了什么情况下多行程能更有效的减少碳排放量；建立了多车型下低碳型接送机场服务的数学模型，开发了求解多车型问题的启发式算法，基于实例计算得出多车型相比于单车型能降低16%的碳排放量，建立了多车型下多目标均衡数学模型和多车型协作接送机场服务数学模型，分别开发了精确算法和启发式算法，通过实例计算得出多车型比单车型在降低成本和节约行驶路径上更具优势；深入研究了多目标优化算法及多目标接送机场服务问题，开发了效果更好的多目标优化算法，开发了求解多目标均衡接送机场服务的精确算法，并针对接送机场服务中低碳目标和成本最低目标进行了比较分析；建立了集中式低碳型接送机场服务的数学模型，提出了求解集中式问题的启发式算法，从理论角度推导出集中式相比于非集中式碳排放减少的上下界，分析了实施集中式更有效节省碳排放量的场景，提出了求解集中式问题的基于分解方法的精确算法，基于该精确算法、合作博弈和Sharply值研究了合理分配集中式所获利润的方法；提出了协作式接送机场服务的数学模型，并分别针对车辆协作、顾客点协作和多车型协作三种模型，开发了各自的求解算法，验证了协作模式能减少大约16%的行驶路径；最后，设计开发了集成信息管理模块、模型库和算法库管理模块、实例库管理模块、结果分析与统计模块的接送机场服务的决策支持系统。研究成果丰富和扩展了车辆路径与调度优化的理论和应用范围，为低碳型车辆路径与调度提供了理论指导和技术支持。