一种基于网络流模型的运输线路规划方法、装置及系统与流程

本发明涉及运输线路规划，尤其涉及一种基于网络流模型的运输线路规划方法、装置及系统。

背景技术：

1、运输路线规划，是根据供应位点与需求位点的供需关系，设计运输路线方案，实现最优成本下资源调度的过程。运输路线规划任务是诸如露天矿排土运输作业、城市垃圾转运清理等诸多场景的关键任务。在运输路线规划任务中，生成的运输路线方案需要满足供应位点、需求位点和运输路线的基本需求和条件约束。在满足整体供需平衡的条件下，运输路线方案还需要保证供应位点的流出资源等于供应量，且全部运输至该资源的需求位点。同时，需求位点的总流入资源等于需求量。

2、为了降低运输成本，需要根据道路数据计算得出的单位运输成本规划每条可行运输道路的运输量，设计满足运输要求的运输成本最低的运输路线方案。在实际生产场景中，可行运输路线是基于复杂的运输网络生成的，运输路线中道路与咽喉区的空间条件会对运输产生限制，这导致传统的运输问题模型难以建立，也大大增加了算法求解的难度。

3、目前，实际生产场景仍依赖人工构造方案的方式规划运输路线，该构造方式要求人工具备丰富的产业知识和实操经验，并由此带来高昂的人工成本和时间成本。然而，现阶段相关学术研究中缺少能够直接高效的对该问题进行建模求解的方法，复杂的建模过程更是限制了学术研究中数学模型在实际场景中的使用率。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于网络流模型的运输线路规划方法、装置及系统，通过对场景对象的数学抽象，将目标函数与约束条件转换为适用于建立模型的数学表达式，建立了精确求解的优化模型，实现了对问题的精确求解，模型求解的方案的运输成本明显降低，并提高了问题的求解效率和适用性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于网络流模型的运输线路规划方法，包括以下过程：

3、根据运输场景对象数据和运输线路建立运输网络；

4、根据运输线路水平距离和海拔落差计算运输网络中边的单位运输成本；

5、根据运输线路的运输量限制计算运输网络图中边的容量上限；

6、根据运输网络图、边的单位运输成本和边的容量上限建立最小成本网络流模型；

7、计算最小成本网络流模型的最优解；

8、根据最小成本网络流模型得出场景对象间的最优运输方案。

9、进一步地，所述运输网络包括节点集、边集和边集上的成本函数和容量上限，其中运输网络设为g，节点集、边集和边集上的成本函数和容量上限分别设为v(g)、e(g)、c和u；

10、所述运输线路为采掘场、排土场、出入口和道路之间所存在的若干个运输线路。

11、进一步地，所述节点集v(g)为采掘场、排土场、出入口和道路所构成的节点的坐标点；

12、所述边集e(g)为所有以节点集v(g)中节点为端点的线段中存在运输线路的部分构成，边集e(g)由运输网络中的所有边构成，边为采掘场、排土场、出入口和道路之间所形成的运输线路；

13、所述边集e(g)上的成本函数c由运输线路的水平距离和海拔变化计算给出，根据运输线路的水平距离和海拔落差计算运输网络中每条边的单位质量(体积)运输成本；

14、所述边集e(g)上的容量上限u由运输线路的运输量限制给出，根据工期长度与运输线路单位时间内的可通行车辆数量及运输车辆的运输体积计算出图结构中每条边的容量上限。

15、进一步地，所述运输网络中引入用于保证节点的流量守恒的虚拟源点和汇点。

16、进一步地，所述运输场景对象数包括采掘场的块体数据、排土场的块体数据、采掘场出入口的数据、排土场出入口的数据以及出入口间的运输线路的数据；

17、所述采掘场的块体数据包括每个块体的质心坐标和每个块体的体积；

18、所述排土场的块体数据包括每个块体的质心坐标和容量上限；

19、所述采掘场出入口的数据包括出入口的坐标和与采掘场块体的对应关系数据；

20、所述排土场出入口的数据包括出入口的坐标和与排土场块体的对应关系数据；

21、所述出入口间的运输线路的数据为连通出入口的运输道路，包含运输道路的中间节点坐标数据和每条道路的水平距离和海拔变化。

22、进一步地，所述边的容量上限为运输网络中所对应运输线路的运输工程量限制。

23、进一步地，所述边的容量上限还包括运输线路节点容量上限。

24、本发明还提供了一种应用于上述运输线路规划方法的装置，包括：

25、运输网络建立模块，所述运输网络建立模块用于根据运输场景对象数据和运输线路建立运输网络；

26、单位运输成本计算模块，所述单位运输成本计算模块用于根据运输线路水平距离和海拔落差计算运输网络中边的单位运输成本；

27、容量上限计算模块，所述容量上限计算模块用于根据运输线路的运输量限制计算运输网络图中边的容量上限；

28、最小成本网络流模型建立模块，所述最小成本网络流模型建立模块用于根据运输网络图、边的单位运输成本和边的容量上限建立最小成本网络流模型；

29、最优解计算模块，所述最优解计算模块用于计算最小成本网络流模型的最优解；

30、最优运输方案得出模块，所述最优运输方案得出模块用于根据最小成本网络流模型得出场景对象间的最优运输方案。

31、本发明还提供了一种应用于上述运输线路规划方法的系统，包括：

32、处理器；

33、存储器；

34、以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在存储器中，并且被配置成由所述处理器执行，所述程序用于计算机执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。

35、借由上述技术方案，本发明提供了一种基于网络流模型的运输线路规划方法、装置及系统，至少具备以下有益效果：

36、1、本发明通过对场景对象的数学抽象，将目标函数与约束条件转换为适用于建立模型的数学表达式，建立了精确求解的优化模型，实现了对问题的精确求解，模型求解的方案的运输成本明显降低，并提高了问题的求解效率和适用性。

37、2、本发明通过将原问题的客观对象抽象为数学对象，可将问题转化为最小成本网络流模型可以精确求解的问题。通过最小成本网络流模型求解出的解是全局最优的，相比于传统人工构造方案的方式规划运输路线，基于模型求解的方式规划运输路线的方法能够极大提到设计运输方案的效率，同时确保方案在运输成本上的最优性。

38、3、本发明利用运输网络对真实应用场景进行科学合理的数学抽象，将运输路线上资源的运输过程抽象为运输网络中流的流动过程，建立网络流模型，设计算法求解抽象后的优化问题，构造出精确的成本最优的运输路线规划方案。

技术特征：

1.一种基于网络流模型的运输线路规划方法，其特征在于，包括以下过程：

2.根据权利要求1所述的运输线路规划方法，其特征在于：所述运输网络包括节点集、边集和边集上的成本函数和容量上限，其中运输网络设为g，节点集、边集和边集上的成本函数和容量上限分别设为v(g)、e(g)、c和u；

3.根据权利要求2所述的运输线路规划方法，其特征在于：所述节点集v(g)为采掘场、排土场、出入口和道路所构成的节点的坐标点；

4.根据权利要求1或2所述的运输线路规划方法，其特征在于：所述运输网络中引入用于保证节点的流量守恒的虚拟源点和汇点。

5.根据权利要求1所述的运输线路规划方法，其特征在于：所述运输场景对象数包括采掘场的块体数据、排土场的块体数据、采掘场出入口的数据、排土场出入口的数据以及出入口间的运输线路的数据；

6.根据权利要求1所述的运输线路规划方法，其特征在于：所述边的容量上限为运输网络中所对应运输线路的运输工程量限制。

7.根据权利要求1所述的运输线路规划方法，其特征在于：所述边的容量上限还包括运输线路节点容量上限。

8.一种应用于上述权利要求1-7任一项的运输线路规划方法的装置，其特征在于，包括：

9.一种应用于上述权利要求1-7任一项的运输线路规划方法的系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及运输线路规划技术领域，尤其涉及一种基于网络流模型的运输线路规划方法，包括以下过程：根据运输场景对象数据和运输线路建立运输网络；根据运输线路水平距离和海拔落差计算运输网络中边的单位运输成本；根据运输线路的运输量限制计算运输网络图中边的容量上限；根据运输网络图、边的单位运输成本和边的容量上限建立最小成本网络流模型；计算最小成本网络流模型的最优解；根据最小成本网络流模型得出场景对象间的最优运输方案。本发明通过对场景对象的数学抽象，将目标函数与约束条件转换为适用于建立模型的数学表达式，建立了精确求解的优化模型，实现了对问题的精确求解，模型求解的方案的运输成本明显降低，并提高了问题的求解效率和适用性。

技术研发人员：宋艳枝,杨路
受保护的技术使用者：合肥黎曼信息科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14