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专利摘要

一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型及方法，属于煤矿井下辅助运输和物流配送领域。包括问题基础信息的确定，优化模型的建立，最优路径的求解，以及最优方案的显示，用于实现满足矿井生产需求的纯电动无轨胶轮车路径规划问题。首先根据矿井的辅助运输线路等信息设置纯电动无轨胶轮车路径规划问题的基础信息，接着结合矿井特定环境及煤矿安全规程，建立纯电动无轨胶轮车路径规划模型，利用蚁群算法求解出模型的最优解，最后将得出的最优解进行显示，构成完整的纯电动无轨胶轮车最优路径规划方案，本发明将能量消耗问题考虑进纯电动无轨胶轮车的路径规划问题中，能量消耗受巷道条件和煤矿安全规程的影响而变化，更贴近实际情况。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202111174699.X
申请日期:
2021-10-09
专利申请人:
中国矿业大学(北京)
分类号:
E21F13/02 ; E21F17/00 ; E21F17/18 ; G06Q50/02 ; G06F30/27
发明/设计人:
葛世荣，张一辙，郭一楠，黄遥
权利要求: 1.一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型的方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1：根据矿井的辅助运输线路信息、工作任务信息和纯电动无轨胶轮车的车辆信息，设置纯电动无轨胶轮车路径规划的基础信息；步骤2：以纯电动无轨胶轮车运输的路径最短、车辆使用数量最少为目标建立目标函数和相关约束条件；步骤3：采用蚁群算法(Ant Colony Optimization)对纯电动无轨胶轮车的路径进行蚁群智能规划；进行蚁群智能规划方法具体步骤如下：步骤3.1：初始化蚁群算法各变量，包括蚂蚁数量MANT、最大循环次数Itermax、禁忌表table、信息素Ta、信息素相对重要程度alpha、启发式信息相对重要程度beta、信息素蒸发系数r0；默认最开始的所有蚂蚁都在地面货站；步骤3.2：构建出所有蚂蚁的路径；步骤3.3：计算所有蚂蚁构建路径Route的目标函数值，即对所有蚂蚁构建的路径计算步骤2中所述的目标函数值，找出最小的目标函数值所对应的路径，即为本次循环的最优路径bestroute；步骤3.4：根据蚁群算法模型和信息素更新公式，对信息素Ta进行更新；步骤3.5：判断循环次数是否超过最大值Itermax，若没超过则清空禁忌表table并返回步骤3.2，否则进行步骤3.6；步骤3.6：输出最优解即最优路径。2.根据权利要求1所述的一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型的方法，其特征是：步骤1中，所述的基础信息包括：各运输点的位置坐标Vts、各运输点的位置编号V、各运输点之间的距离dis、各运输点之间的滚动阻力系数f、各运输点之间的坡度a、各运输点之间的速度v、纯电动无轨胶轮车在各运输点的货物需求量dem、纯电动无轨胶轮车在各运输点的工作时间p、纯电动无轨胶轮车的辅助子系统功率Phyd、纯电动无轨胶轮车的车辆附件功率Paux、纯电动无轨胶轮车的机械传动效率ηt、纯电动无轨胶轮车的驱动电机效率ηm、纯电动无轨胶轮车的液压泵效率ηh_t、纯电动无轨胶轮车的液压泵电机效率ηh_m、纯电动无轨胶轮车的整备质量m、纯电动无轨胶轮车的最大载重量Cap、纯电动无轨胶轮车的可用数量K、纯电动无轨胶轮车的最大电量Q、纯电动无轨胶轮车运行时的空气阻力系数CD、纯电动无轨胶轮车运行时的迎风面面积A、纯电动无轨胶轮车运行环境的空气密度ρair、纯电动无轨胶轮车旋转质量换算系数δ。3.根据权利要求1所述的一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型的方法，其特征是：步骤2中，所述的目标函数具体如下：min M＝K(2)式(1)表示第一个优化目标，即纯电动无轨胶轮车运输路径最短；式(2)表示第二个优化目标，即纯电动无轨胶轮车使用的数量最少；其中，disij表示运输点i到运输点j之间的距离；表示如果纯电动无轨胶轮车k从运输点i到运输点j，则否则所述目标函数式(1)-式(2)的相关约束条件具体如式(3)-式(10)所示：0≤vij≤vmax,i,j＝0,1,2,…,n,i≠j(8)αmin≤αij≤αmax,i,j＝0,1,2,…,n,i≠j(9)以上模型中，式(3)表示纯电动无轨胶轮车到达各运输点的时刻约束；式(4)表示纯电动无轨胶轮车的运行路段约束；式(5)表示纯电动无轨胶轮车到达运输点j后的剩余电量约束；式(6)-式(7)表示纯电动无轨胶轮车在各运输点各车的载重约束；式(8)表述纯电动无轨胶轮车在各运输线路上的速度约束；式(9)表示纯电动无轨胶轮车运输道路的坡度约束；式(10)表示纯电动无轨胶轮车访问的运输点约束；其中，tτj表示纯电动无轨胶轮车到达运输点j的时刻；tτi表示纯电动无轨胶轮车到达运输点i的时刻；tmij表示纯电动无轨胶轮车从运输点i到运输点j的运行时间；Pi表示纯电动无轨胶轮车在运输点i的工作时间；表示车辆k1从运输点i运行到运输点j的时间区间；表示车辆k2从运输点j运行到运输点i的时间区间；φ表示空集；R表示连接各个运输点边的集合；表示第k辆纯电动无轨胶轮车到达运输点j后的剩余电量；表示第k辆纯电动无轨胶轮车从运输点j返回地面货站所需的电能；表示第k辆纯电动无轨胶轮车在运输点j的载重；Wik表示第k辆纯电动无轨胶轮车在运输点i的载重；Dwj表示纯电动无轨胶轮车在运输点j的卸载量；Wmax表示纯电动无轨胶轮车的最大载重；vmax表示纯电动无轨胶轮车的最大速度；vij表示纯电动无轨胶轮车在运输点i到运输点j之间的运行速度；amin表示纯电动无轨胶轮车行驶道路的最小坡度；aij表示纯电动无轨胶轮车在运输点i到运输点j之间路径的坡度；amax表示纯电动无轨胶轮车行驶道路的最大坡度。4.根据权利要求3所述的一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型的方法，其特征是：步骤2中，相关约束条件式(5)所述第k辆纯电动无轨胶轮车从运输点i到运输点j的耗电量的计算方法如下：a.纯电动无轨胶轮车驱动电机提供给车轮的功率Pe表示如下：式(11)中，Pe表示纯电动无轨胶轮车驱动电机提供给车轮的功率，用于克服车辆行驶阻力做功；LS表示纯电动无轨胶轮车的负载状态，LS∈[0,1]，其中空载为0，满载为1；PL表示纯电动无轨胶轮车的最大装载量；g表示重力加速度值；b.纯电动无轨胶轮车的电池输出功率表示如下：式(12)中，Pbat表示纯电动无轨胶轮车的电池输出功率；Pe表示纯电动无轨胶轮车驱动电机提供的车轮功率，Pe≥0为牵引模式，Pe＜0为再生制动模式；c.利用纯电动无轨胶轮车的电池输出功率Pbat变换得出的第k辆纯电动无轨胶轮车耗电量表示如下：式(13)中，表示第k辆纯电动无轨胶轮车在运输点i到运输点j之间的耗电量；fij表示纯电动无轨胶轮车在运输点i到运输点j之间行驶道路的滚动阻力系数；表示第k辆纯电动无轨胶轮车在运输点i到运输点j之间的负载状态，空载为0，满载为1。5.根据权利要求1所述的一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型的方法，其特征是：步骤3.2中，构建蚂蚁路径方法具体步骤如下：a.每只蚂蚁在满足约束条件的情况下，即满足步骤2中所述模型约束条件的情况下，生成可访问的下一个运输点集合Ni＝{1,2,…,n}；b.根据状态转移概率公式计算出运输点集合Ni中的各运输点概率pti＝{pt1,pt2,…,ptn}，依据轮盘赌算法确定出下一个前进的运输点；c.修改禁忌表table中的指针，在确定出下一个运输点之后将蚂蚁移动到新的元素，并将该元素移动到该蚂蚁个体的禁忌表中，当遍历完所有运输点之后，生成相应蚂蚁的路径route；d.通过迭代的方式，以此构建出所有蚂蚁的路径