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【6h】

基于低碳经济视角的车辆路径优化理论与方法研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究的理论与实践意义

1.2.1 现实意义

1.2.2 理论意义

1.3 研究内容及研究方法

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

1.3.3 本文研究技术路线

1.3.4 拟解决的重点问题及研究创新点

2 国内外研究现状及其分析

2.1 环境问题

2.1.1 温室效应

2.1.2 温室效应增强对环境的影响

2.2 绿色物流

2.2.1 绿色物流的定义及其内涵

2.2.2 物流能耗和CO2排放的测算与优化

2.2.3 降低物流CO2排放的主要措施

2.3 车辆路径问题

2.3.1 车辆路径问题的特征要素

2.3.2 传统车辆路径问题及其变体

2.3.3 绿色车辆路径问题

2.3.4 车辆路径问题的求解算法

2.4 本章小结

3 车辆能耗和CO2排放测算分析模型

3.1 运输环节CO2的测算

3.1.1 宏观测算

3.1.2 微观测算

3.1.3 温室气体(GHG)转化因子

3.2 影响道路运输环节能耗的因素

3.3 本文采用的能耗计算方法

3.3.1 车辆载重对车辆能耗的影响

3.3.2 行驶速度对车辆能耗的影响

3.3.3 道路角度对车辆能耗的影响

3.3.4 道路路面条件对车辆能耗的影响

3.4 CO2排放和能耗的关系

3.5 本章小结

4 考虑碳排放的单车型车辆路径问题

4.1 考虑碳排放的车辆路径问题建模

4.1.1 问题描述

4.1.2 模型假设

4.1.3 数学模型

4.1.4 求解算法

4.2 算例分析

4.2.1 算例数据及初值设定

4.2.2 车辆路径的方向性

4.2.3 最小碳排放与最短路径的关系

4.2.4 时间窗对车辆能耗的影响

4.3 灵敏度分析

4.3.1 车辆固定成本对解的影响

4.3.2 驾驶员工资对解的影响

4.3.3 油价以及碳排放成本对解的影响

4.3.4 行驶速度对解的影响

4.4 本章小结

5 考虑碳排放的多车型闭合式车辆路径问题

5.1 考虑碳排放的多车型车辆路径问题建模

5.1.1 问题描述

5.1.2 模型假设

5.1.3 数学模型

5.2 算例分析

5.2.1 车辆成本分析

5.2.2 多车型结果分析

5.3 灵敏度分析

5.3.1 车辆固定成本对解的影响

5.3.2 驾驶员工资对解的影响

5.3.3 油价及碳排放成本对解的影响

5.3.4 车辆行驶速度对解的影响

5.4 本章小结

6 基于时变速度的绿色车辆路径优化模型及其算法研究

6.1 时变速度的绿色车辆路径建模

6.1.1 问题描述

6.1.2 模型假设

6.1.3 数学模型

6.2 算例分析

6.2.1 拥挤因素对车辆碳排放的影响

6.2.2 出行时刻对车辆能耗的影响

6.2.3 车辆出行时刻的选择

6.3 灵敏度分析

6.3.1 车辆固定成本对解的影响

6.3.2 驾驶员工资对解的影响

6.3.3 油价及碳排放成本对解的影响

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 论文主要研究工作总结

7.2 有待进一步研究的问题

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果目录

致谢

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摘要

物流不仅是能源消耗大户,同时也是温室气体排放大户。在全球各国发展低碳经济的今天,绿色交通与绿色物流是一个重要且需要亟待解决的重要课题。国外研究表明:在物流中,其中运输环节占整个物流能耗的90%左右,因此如何在车辆调度方面研究物流节能减排,具有重要的实践价值和理论意义。
  本文首先对绿色物流和车辆路径问题的国内外理论与实践应用现状进行系统梳理,分析车辆能耗和CO2排放的影响因素,并归纳总结了相应的能耗和碳排放定量测算分析模型。在此基础上,重点对基于低碳经济视角的车辆路径优化问题进行系统研究,主要研究内容如下:
  (1)考虑碳排放因素的单车型车辆路径问题研究。
  构建了考虑碳排放因素的单车型车辆路径优化模型,给出基于遗传算法的求解算法,并对结果进行了相关分析。研究结果显示:当考虑到车辆的碳排放因素时,路径具有了方向性,即同一条路径的不同方向对应的能耗碳排放是不相同的,从而对应的成本也是不相同的;最短的路径并不一定是碳排放最小的路径,也不一定是成本最低的路径;时间窗的宽度对车辆运行成本有重要影响。
  (2)考虑碳排放因素的多车型闭合式车辆路径问题研究。
  构建了多车型绿色车辆路径问题的优化模型,分析了其求解算法,并通过相应的仿真算例验证了优化模型及其求解算法的有效性。研究结果显示:混合车辆由于可以提高车辆装载利用效率,其总配送成本、能耗和CO2排放相对单一车型更具有优势;同时,在考虑服务时间窗情景下,优势更明显。
  (3)基于时变速度的绿色车辆路径问题研究。
  考虑城市道路车辆的拥挤效益,根据道路车辆速度变化规律,提出了了阶梯型的速度变化分段函数,在此基础上,构建基于时变速度绿色车辆路径优化模型,并分析了其求解算法。仿真算例的结果显示:出发时刻的选择对车辆行驶的总体能耗和CO2有重要影响,最优出行时间较最差的出行时刻,将节约近8.5%左右的CO2排放量节约。因此,考虑道路交通的拥挤效率,合理安排配送车辆的出发时刻,是降低物流成本和CO2排放一个重要的节能途径。

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