【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及計算機科學、運籌學與管理科學，特別是涉及一種基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法。
技術(shù)介紹
1、土石方工程是復雜的系統(tǒng)工程，受多種因素影響，其施工組織設(shè)計與管理困難。實際施工中常見問題包括料源不足、運輸能力不足和施工強度不達標，導致工期延誤和成本增加。目前用于優(yōu)化土石方調(diào)配現(xiàn)有技術(shù)路線是對實際工程問題建立數(shù)學模型，采用優(yōu)化方法對數(shù)學模型進行求解，用于指導調(diào)配方案的優(yōu)化。以運輸成本為主要優(yōu)化目標針對土石方調(diào)配建立數(shù)學模型的主要方向有兩類：一、基于約束優(yōu)化問題數(shù)學模型；二、轉(zhuǎn)化類旅行商(tsp)問題數(shù)學模型。前者大多為線性規(guī)劃模型，著重考慮實際土石方調(diào)配優(yōu)化問題中的約束條件，對于中小規(guī)模問題，線性規(guī)劃求解效率、精度高，但其在大規(guī)模調(diào)配問題上泛用性較差。且該方法在面對非線性因素存在較大局限性，求解結(jié)果只能展示靜態(tài)方案，無法展示具體施工步驟，不利于工程人員組織安排后續(xù)任務(wù)；后者著重優(yōu)化了土石方調(diào)配的施工流程，能夠考慮非線性因素并且能展現(xiàn)施工方案的施工工序、運輸量和運輸方向，但其缺少對實際運輸過程中車載容量、車輛運輸距離限制、交通路況等因素的考慮，無法滿足實際施工過程中更多的要求。
2、因此，亟需一種基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，基于組合問題求解復雜問題土石方調(diào)配問題及施工優(yōu)化方法，成功解構(gòu)了復雜數(shù)學問題模型的功能組成，較大程度地降低了數(shù)學建模的難度，且組合框架
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了如下方案：
3、一種基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，包括：
4、獲取待處理土石方的施工節(jié)點信息、成本信息、車載容量信息；
5、以成本最少為目標，基于所述施工節(jié)點信息、成本信息構(gòu)建線性規(guī)劃模型并通過求解器求解，獲取靜態(tài)調(diào)配方案，并將所述靜態(tài)調(diào)配方案存儲為多叉樹，其中，所述多叉樹中根節(jié)點為施工區(qū)坐標編碼，葉子節(jié)點為施工工序編碼；
6、以路徑最短為目標，基于所述施工節(jié)點信息、成本信息、車載容量信息構(gòu)建類旅行商問題模型，并調(diào)用所述多叉樹中的數(shù)據(jù)，通過isabo算法求解，獲取路徑調(diào)配方案；
7、將所述靜態(tài)調(diào)配方案和所述路徑調(diào)配方案結(jié)合輸出，完成所述待處理土石方的調(diào)配優(yōu)化。
8、可選地，所述施工節(jié)點信息包括：施工屬性、待施工量、施工節(jié)點之間的距離；
9、所述成本信息包括：單位調(diào)配費用以及相關(guān)成本費用。
10、可選地，所述線性規(guī)劃模型包括土石方挖填平衡模型、土石方挖小于填模型、土石方挖大于填模型，其中，所述土石方挖填平衡模型為：
11、
12、所述土石方挖小于填模型為：
13、
14、所述土石方挖大于填模型為：
15、
16、其中，z為總運輸費用；cij為從挖方i到填方j(luò)的單位運費；xij為從挖方i到填方j(luò)的調(diào)配量；ai為挖方i的施工量；bj為填方j(luò)的施工量；i＝1，2，...，m，m為挖方總數(shù)；j＝1，2，…，n，n為填方總數(shù)。
17、可選地，將所述靜態(tài)調(diào)配方案存儲為多叉樹包括：
18、將所述靜態(tài)調(diào)配方案中的每個施工方案的挖方施工區(qū)和填方施工區(qū)進行坐標編碼；
19、根據(jù)所述車載容量信息計算每個施工方案的施工工序并按順序進行編碼；
20、將每個施工方案的坐標編碼存儲為所述多叉樹的根節(jié)點，將與所述施工方案對應(yīng)的施工工序編碼存儲為所述多叉樹的葉子節(jié)點。
21、可選地，所述類旅行商問題模型為：
22、
23、ct＝x·c·xt
24、s.t
25、
26、其中，et表示第t步運輸?shù)耐练搅浚籧t表示第t步施工相關(guān)的單位土方量的成本；為二進制變量(0,1)，表示i節(jié)點是否為第t步運輸?shù)钠鹗脊?jié)點，n為節(jié)點數(shù)目；c為成本矩陣，記錄節(jié)點之間單位運輸成本；si表示i節(jié)點初始土方施工量，si＞0代表i節(jié)點為挖方區(qū)，反之則為填方區(qū)；為第t步施工后i節(jié)點的剩余土方量，為第t步施工后i節(jié)點的輸入土方量，為第t步施工后i節(jié)點的輸出土方量，ri表示i節(jié)點的設(shè)計土方量，為為施工經(jīng)過s個有限步驟后i節(jié)點的剩余土方量。
27、可選地，所述isabo算法通過改進sabo算法的初始種群生成策略和更新機制獲得。
28、可選地，基于所述isabo算法的工作過程為：
29、步驟一、設(shè)置種群大小n、最大迭代次數(shù)t，基于混沌動態(tài)目標策略生成初始種群，記初代種群t＝0，并計算種群中所有個體適應(yīng)度；
30、步驟二、令i＝1，t＝1，計算第t代當前種群第i個搜索代理的適應(yīng)度，并通過交換學習機制計算搜索代理的更新位置，通過改進的metropolis準則對第t-1代個體選擇更新；若i<n，則設(shè)置i加1，繼續(xù)迭代計算搜索代理的適應(yīng)度，直至i＝n，記錄本次迭代的最佳粒子位置；
31、步驟三、若t<t，則設(shè)置t加1，進行下一輪迭代，直至t＝t，輸出所有迭代中的最佳粒子。
32、可選地，基于所述混沌動態(tài)目標策略生成初始種群的過程包括：
33、初始化工序節(jié)點的備選池，所述備選池中包含所有沒被選擇的多叉樹葉子節(jié)點；根據(jù)多叉樹根節(jié)點總數(shù)將區(qū)間切割成若干等份，并將區(qū)間離散化后把所有根節(jié)點映射在離散后的區(qū)間上；
34、采用piecewise混沌映射生成若干種群數(shù)目的混沌序列，并查找混沌序列對應(yīng)的映射離散區(qū)間，進而查找所對應(yīng)的根節(jié)點；將混沌序列對應(yīng)的根節(jié)點作為所有路徑的初始根節(jié)點，再從每個初始根節(jié)點中選取一個葉子節(jié)點作為路徑的初始工序節(jié)點，同時將所述初始工序節(jié)點從所述備選池中剔除；
35、種群中的每一個個體從所述初始工序節(jié)點開始，從所述備選池中選取與上一個施工節(jié)點所在根節(jié)點外距最近的根節(jié)點中任意一個葉子節(jié)點，再將選中的葉子節(jié)點加入到路徑中，直到所述備選池中所有葉子節(jié)點被選完，一條路徑生成完畢。
36、可選地，所述交換學習機制為：
37、
38、a-vb＝-sign(f(a)-f(b))(a-b)
39、其中，為新的搜索代理，xi為搜索代理，為由(0,1)區(qū)間隨機數(shù)組成的向量，是選擇交換算子的概率集合，表示當前搜索代理xi對種群的所有搜索代理進行交換學習，-sign(f(a)-f(b))為比較a和b適應(yīng)度的判斷函數(shù)，用a和b指代種群中不同的兩個搜索代理，a-vb為一個a向b進行交換學習的交換序列。
40、可選地，所述改進的metropolis準則為：
41、
42、其中，t是當前迭代次數(shù)，t是最大迭代次數(shù)。
43、本專利技術(shù)的有益效果為：
44、本專利技術(shù)基于組合問題求解復雜問題土石方調(diào)配問題及施工優(yōu)化方法，成功本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，所述施工節(jié)點信息包括：施工屬性、待施工量、施工節(jié)點之間的距離；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，所述線性規(guī)劃模型包括土石方挖填平衡模型、土石方挖小于填模型、土石方挖大于填模型，其中，所述土石方挖填平衡模型為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，將所述靜態(tài)調(diào)配方案存儲為多叉樹包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，所述類旅行商問題模型為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，所述ISABO算法通過改進SABO算法的初始種群生成策略和更新機制獲得。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，所述ISABO算法的工作過程為：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，所述交換學習機制為：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，所述改進的Metropolis準則為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，所述施工節(jié)點信息包括：施工屬性、待施工量、施工節(jié)點之間的距離；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，所述線性規(guī)劃模型包括土石方挖填平衡模型、土石方挖小于填模型、土石方挖大于填模型，其中，所述土石方挖填平衡模型為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，將所述靜態(tài)調(diào)配方案存儲為多叉樹包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合問題模型框架的土石方調(diào)配優(yōu)化方法，其特征在于，所述類旅行商問題模型為：<...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：葉錦華，王亮，王利偉，胡煜東，韓強，李博森，孫曉明，王洋洋，徐浪，王鐸霖，王祥，
申請(專利權(quán))人：北京市政路橋股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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