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考虑充电排队时延的电车配送路径规划方法

孟芸 张智文 代亮 苟新 刘赛男

孟芸, 张智文, 代亮, 苟新, 刘赛男. 考虑充电排队时延的电车配送路径规划方法[J]. 交通信息与安全, 2025, 43(5): 147-158. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.05.014
引用本文: 孟芸, 张智文, 代亮, 苟新, 刘赛男. 考虑充电排队时延的电车配送路径规划方法[J]. 交通信息与安全, 2025, 43(5): 147-158. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.05.014
MENG Yun, ZHANG Zhiwen, DAI Liang, GOU Xin, LIU Sainan. Route Planning for Electric Vehicle Delivery Considering Charging Queuing Delay[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2025, 43(5): 147-158. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.05.014
Citation: MENG Yun, ZHANG Zhiwen, DAI Liang, GOU Xin, LIU Sainan. Route Planning for Electric Vehicle Delivery Considering Charging Queuing Delay[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2025, 43(5): 147-158. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.05.014

考虑充电排队时延的电车配送路径规划方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.05.014
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2020YFB1600400

陕西省重点研发计划项目 2023-YBGY-212

陕西省交通运输科研项目 24-15R

详细信息
    作者简介:

    孟芸(1987—),博士,教授. 研究方向:智能交通. E-mail:mengyun@chd.edu.cn

    通讯作者:

    代亮(1981—),博士,教授. 研究方向:绿色货运配送. E-mail:ldai@chd.edu.cn

  • 中图分类号: U492.3

Route Planning for Electric Vehicle Delivery Considering Charging Queuing Delay

  • 摘要: 电车配送中负载以及传动等因素使得耗电呈现非线性,同时充电及排队时延将会影响路径规划的配送效率。针对此问题,研究了应用动态能耗模型的优化充电站选择与充电时间的配送路径规划方法。采用电车动态能耗率(energy consumption rate,ECR)模型,建立与货物载重相关的非线性能耗函数关系。针对电车排队充电过程,基于排队论模型分析电车到达率、服务率以及充电站容量与排队时延(charging queuing delay,CQD)的函数关系。结合上述ECR能耗与CQD时延分析,建立以最小化总行驶时间为目标的路径规划模型,联合访问约束、电车负载约束以及电量约束,以确保模型在多车辆、多任务以及多充电站场景下的可行性与精确性。为了高效求解上述模型,设计了基于深度强化学习(deep reinforcement learning,DRL)的优化算法。其中,针对排队与充电时机决策问题,设计利用充电站实时信息的动态决策算法,以降低DRL模型学习的难度,提高算法的计算效率。最后,通过多尺度算例仿真实验验证所提方法的有效性。实验结果表明:该方法有效优化了充电排队时间,平均减少每车配送总行驶时间0.14 h;与多种典型智能优化算法进行对比实验,对比结果为每车配送总行驶时间平均减少0.52 h,同时算法求解效率提升75.4%。

     

  • 图  1  电车配送路径规划示意图×彩印

    Figure  1.  Electric vehicle routing planning diagram

    图  2  策略网络结构

    Figure  2.  Policy network architecture

    图  3  编码器结构图

    Figure  3.  Encoder structure

    图  4  解码器结构图

    Figure  4.  Decoder structure

    图  5  DRL-CQD算法流程图

    Figure  5.  Flowchart of DRL-CQD algorithm

    图  6  DRL-CQD训练回报趋势图

    Figure  6.  Trend graph of DRL-CQD training

    图  7  20算例的路径规划结果×彩印

    Figure  7.  Path planning results for 20 instances

    图  8  30算例的路径规划结果×彩印

    Figure  8.  Path planning results for 30 instances

    图  9  50算例的路径规划结果×彩印

    Figure  9.  Path planning results for 50 instances

    图  10  不同问题规模下的平均行驶时间

    Figure  10.  Average travel time under different problem scales

    表  1  变量说明

    Table  1.   Variable description

    变量 释义
    C 客户点集合,$C={1, 2, \cdots, m}$
    o 仓库点
    D 仓库点和客户点集合,$D=C \bigcup o$
    K 充电站点集合,$K=\{1,2, \cdots, n\}$
    Z 所有点的集合,$Z=D \bigcup K$
    $\lambda^{i}$ 节点i的配送需求,其中$i \in D$
    V 电车集合$V=\left\{v^\eta \mid \eta=1,2, \cdots, u\right\}$
    $d(i, j)$ 节点$i, j$ 的欧式距离
    Q 电车的额定负载量
    $E^{ \eta}$ 电车返回仓库所需充电量
    $ \tau$ 电车充电效率
    $p_{e}$ 充电接口功率
    $e_{i}^{ \eta}$ 表示电车$ \eta$到达i节点的电量,$i \in Z$
    $ \delta_{i j}^{ \eta}$ 0/1决策变量,1代表电车$ \eta$经过边$(i, j)$ ,否则为0,其中$i, j \in Z$
    $ \theta^{ \eta}$   0/1决策变量,1代表电车$ \eta$需要充电,否则为0
    $T_{c}^{ \eta}$ 电车$ \eta$ 在充电站的总用时
    $T_{w}$ 电车充电站等待时间
    $T_{s}$ 所有电车的派送行驶时间之和
    $l_{i j}^{ \eta}$   电车$ \eta$离开客户点i到达客户点j 前的剩余负载,$i, j \in Z$
    f 车辆速度
    $C^{ \eta}$ 电车$ \eta$的消耗的总电量
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    表  2  ECR参数值

    Table  2.   Parameter values of the ECR

    符号 符号
    ρ 1.293 αD βD γD 0.044 8,0.250 2,65.542
    A 2.341 CD 375
    Cd 0.23 PA PB 2000,180
    W 2169 ϕ 2
    g 9.81 α 0
    Cr 0.013 M 0~1200
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    表  3  总平均行驶时间

    Table  3.   Average total travel time

    算法 20算例 30算例 50算例
    ACO-CQD 9.676 13.04 16.36
    DE-CQD 9.252 14.16 17.57
    DPSO-CQD 9.72 14.9 17.89
    DQSP-CQD 10.12 15.18 18.24
    GA-CQD 9.74 14.76 18.35
    DQL-CQD 9.18 12.78 15.55
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    表  4  算法平均运行时间

    Table  4.   Average algorithm runtime

    算法 20算例 30算例 50算例
    ACO-CQD 4.81 6.02 6.31
    DE-CQD 4.55 5.79 9.98
    DPSO-CQD 4.70 6.28 10.26
    DQSP-CQD 5.34 5.34 11.33
    GA-CQD 4.25 6.58 10.52
    DQL-CQD 1.48 1.52 1.65
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    表  5  不同速度和电池容量下的平均总行驶时间

    Table  5.   Average total travel time of different speeds and battery capacities

    速度(km/h) CB = 55 kW·h DRL - CQD CB = 55 kW·h DRL - wi th out - CQD CB = 65 kW·h DRL - CQD CB = 65 kW·h DRL - wi th out - CQD
    20 30 50 20 30 50 20 30 50 20 30 50
    45 8.36 11.51 13.82 8.45 11.74 14.33 8.14 11.13 13.47 8.28 11.54 14.06
    50 7.49 10.31 12.58 7.57 10.52 12.81 7.31 10.19 12.37 7.45 10.31 12.58
    60 6.32 8.74 10.56 6.47 8.96 10.87 6.61 8.58 10.21 6.71 8.73 10.51
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  • 收稿日期:  2024-11-11
  • 网络出版日期:  2026-03-05

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