本发明专利技术公开了一种考虑社会车辆的土石坝工程的土石方调配优化方法。通过收集路网信息和各种工程施工信息计算道路路阻函数，建立结合路径优化的土石方平衡规划模型，为求解模型，先遍历路径组合，对每种路径组合利用序列二次规划方法求解最优土石方平衡规划方案，比较得到最优解。上述求得的解作为机械配置的输入，从而考虑交通因素和社会车辆建立土石方机械配置模型。为求解该模型，在交通仿真软件设置仿真环境，并二次开发设计仿真控制器建立土石方调配运输的仿真系统，然后利用仿真控制器和粒子群优化算法相结合求得最优机械配置方案。该发明专利技术考虑了交通因素和社会车辆，精确高效的求解了土石方调配优化方案。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于调配优化领域，具体涉及一种考虑社会车辆的土石坝工程的土石方调 配优化方法。
技术介绍
在现代科技及经济社会迅猛发展的大背景下，随着资源、环境和经济的稳步协调， 我国的可再生能源体系尤其是水利水电事业，进入了一个蓬勃发展的时期。土石坝工程因 其坝型简单、可充分利用当地土石料且施工方法便捷、并具有安全性、经济性及适应性等特 性，现已成为国内外发展最广泛、最迅速的坝型之一。土石方调配工程是水利水电工程的核 心部分，合理的土石方调配安排是工程高效益、低成本完成的保障。土石方调配工程多在山 区，交通条件差，社会车辆和工程车辆公用道路，对土石方调配影响巨大。故合理的土石方 调配安排需要考虑交通运输。 目前对土石方调配的研宄集中在土石方平衡规划、土石方调配仿真和机械配置等 方面。在土石方平衡规划方面，研宄者们建立了多种模型优化求解土石方平衡规划问题，如 线性规划，模糊规划，大系统理论等，这些研宄都是基于运输路径确定的前提下进行的。在 确定路径的情况下进行土石方平衡规划会使更优的土石方调配可行方案在模型可行解的 范围之外，故将在进行土石方物料的平衡规划的同时进行路径的联合优化对高效、节省的 施工组织具有重大的指导意义。同时，道路建设的评估和土石方调配息息相关，在土石方调 配路径选择时考虑评估是否建设额外的备选道路来支持土石方调配。 机械配置也是土石方调配的重要部分，机械优化需要知道不同机械配置的生产 率，计算出不同方案的目标函数值，从而评估不同方案的优劣，并可通过优化算法求解。为 得到精确的生产率，现阶段的研宄者多进行计算机仿真土石方调配过程。如循环网络作业、 petri网、元胞自动机等。计算机模拟仿真是求解机械配置必不可少的工具，模拟土石方调 配过程的仿真模型都是基于离散机制的，以随机事件的时间分布模型作为基础。而交通运 输过程带有复杂的随机性，运用离散事件仿真会使目标求解带有一定的随机误差性。故考 虑运输过程的交通特性，运用高精确性交通仿真软件模拟运输过程，并和优化算法相结合 是非常有必要的。 上面提出土石方调配过程中交通运输中可能存在社会车辆对调配过程的影响，这 是不可避免的，在考虑运输路网时，已存在的社会道路是调配路径的首要选择。故优化不仅 要考虑施工场内交通系统的交通特性，还需要特别考虑在社会车辆和施工车辆公用道路时 社会车辆对工程车辆的运行产生的影响。本专利技术依据上述分析对土石方调配优化方法进行 设计，提出了一种详细的考虑社会车辆的土石坝工程的土石方调配优化方法。
技术实现思路
本专利技术旨在针对现有技术中缺少交通因素和社会车辆影响的考虑，提供一种土石 坝工程的土石方调配优化方法。考虑道路交通因素和社会车辆影响，首先，将不确定土石 方调配运输路网的路径优化和土石方平衡规划相结合，进行联合优化，从而得到每个时期 物料调配的方向、路径和物料量，并作为机械配置的输入。然后，利用交通仿真模型建立精 确模拟土石方调配运输的仿真系统，将其和粒子群优化算法相结合求得机械配置的优化方 案。 本专利技术方法应用于以下系统，该系统可以分为两大部分，第一部分为结合路径优 化的土石方平衡规划，第二部分为考虑社会车辆的机械配置优化。 在第一部分，主要包括以下模块：路阻计算模块、路径组合模块、模型求解模块和 数据库模块；路阻计算模块将路网交通信息和社会车辆信息转化为路段旅行时间，并列出 时间转化为费用的函数，与调运相应调配量的其他费用相加组成路阻函数。对于含有需评 估的建设道路，路段路阻还需加上道路建设费用；路径组合模型根据路网列出所有0D之间 的路径集合，作为路径备选，取得各路径路阻计算函数；模型求解模块首先根据土石方调配 施工计划表和路阻函数建立土石方平衡规划和路径优化联合的优化模型，该优化模型较为 复杂，采用遍历路径组合和序列二次规划方法求解；数据库模块存储土石方调配施工计划 表，路网信息，路阻计算模型结果和优化模型计算结果。第一部分的结果作为第二部分的输 入。 第二部分是考虑社会车辆的机械配置优化，主要包括以下模块：粒子群优化算法 模块，仿真控制器、交通仿真软件模块和数据库模块；粒子群优化算法模块用于粒子（机械 配置优化方案）的初始化，根据交通仿真软件模块求得的生产率计算目标函数，粒子（机械 配置优化方案）的更新；仿真控制器用于连接粒子群优化算法、交通仿真软件模块等其他 模块，并控制整个优化进程；交通仿真软件模块对粒子群优化算法模块提供的各种机械配 置进行仿真，求得各种机械配置的生产率；数据库模块存储机械配置优化的输入数据，优化 过程中产生的数据和机械配置的优化结果。 本专利技术的方法包括以下步骤： (1)获取土石方调配施工计划，收集各种施工场地信息，各种单位调配费用数据 和道路建设信息，对实际施工区域进行交通调查，全面了解交通路网信息，收集道路建设信 息，具体包括以下子步骤： (1. 1)获取土石方调配施工计划：所述土石方调配施工计划包含每个时间段开挖 项目需要完成的开挖工作量和填筑项目需要完成的填筑工作量；土石方调配施工计划是施 工组织者在施工前期根据多方面考虑安排好的宏观施工进度； (1. 2)收集各种施工场地信息和各种单位调配费用数据：所述施工场地包括开挖 点、填筑点、中转站、料场、弃渣场；开挖点是有开挖项目的施工场地，开挖料是其产物，开挖 料首选去向是填筑点，供给填筑点完成填筑任务，在现阶段填筑任务不需要时运往中转站 储存，或弃渣场弃渣；填筑点是填筑项目施工场地，填筑物料来自开挖项目、中转站和料场， 三种来源有优先级顺序；中转站用于临时存放现阶段用不到，在未来会用到的物料；料场 给填筑项目提供开挖项目的物料量不能满足时的剩余物料，料场的物料可以直接运往填筑 点，也可以先运往中转站，使用时再运往填筑点；弃渣场用于堆放没有利用价值的物料；施 工场地信息包括中转站的储存量，料场的最大出料量，弃渣场的容量；单位调配费用数据包 括料场物料的单位开采费用，施工车辆运输单价，车辆装载费用和存储费用； (1. 3)全面了解施工区域路网信息：所述路网信息包括静态路网信息和动态路网 信息，静态路网信息包括道路类型，道路几何信息，道路设施，道路限速，路径集合，动态路 网信息包括道路的流速曲线，红绿灯配时，社会车辆0D流量表； (1. 4)收集道路建设信息，确定需评估的建设道路，获取道路建设费用影响因素； (2)计算路阻函数：某路段的路阻函数即为选择该路段运输物料时所花费的费 用，包括静态费用、动态费用和道路建设费用；所述静态费用与开采费用、装载费用和存储 费用相关，所述动态费用与分配的物料流向和物料量相关；所述静态费用和动态费用的计 算公式如下： cijt= c 其中，Cijt是时间t内从料点i运输物料到料点j所花费的费用，为静态费用， 为动态费用； 所述的静态费用包括开采费用、存储费用和装载费用，具体计算视物料调运流向 而定，具体计算公式如下表： 其中，Cz为单位m 3的物料的装载费用；x ijt是决策变量，为t时间段内从料点i运 往料点j的物料量；cs为物料存储在中转站的单位存储费用；Cf为从料场i开采物料的单 位开采费用； 所述的动态费用指的是运输费用，运输费用并不是简单的用路程长度除以行驶速 度，影响运本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种考虑社会车辆的土石坝工程的土石方调配优化方法，该方法在土石方调配优化系统上实现，所述土石方调配优化系统包括两部分：第一部分包括以下模块：路阻计算模块、路径组合模块、模型求解模块和数据库模块；路阻计算模块将路网交通信息和社会车辆信息转化为路段旅行时间，并列出时间转化为费用的函数，与调运相应调配量的其他费用相加组成路阻函数，对于含有需评估的建设道路，路段路阻还需加上道路建设费用；路径组合模型根据路网列出所有OD之间的路径集合，作为路径备选，取得各路径路阻计算函数；模型求解模块首先根据土石方调配施工计划表和路阻函数建立土石方平衡规划和路径优化联合的优化模型，采用遍历路径组合和序列二次规划方法求解；数据库模块存储土石方调配施工计划表，路网信息，路阻计算模型结果和优化模型计算结果；第一部分的结果作为第二部分的输入；第二部分是考虑社会车辆的机械配置优化，包括以下模块：粒子群优化算法模块，仿真控制器、交通仿真软件模块和数据库模块；粒子群优化算法模块用于粒子（机械配置优化方案）的初始化，根据交通仿真软件模块求得的生产率计算目标函数，粒子（机械配置优化方案）的更新；仿真控制器用于连接粒子群优化算法、交通仿真软件模块等其他模块，并控制整个优化进程；交通仿真软件模块对粒子群优化算法模块提供的各种机械配置进行仿真，求得各种机械配置的生产率；数据库模块存储机械配置优化的输入数据，优化过程中产生的数据和机械配置的优化结果；该方法包括以下步骤：（1）获取土石方调配施工计划，收集各种施工场地信息，各种单位调配费用数据和道路建设信息，对实际施工区域进行交通调查，全面了解交通路网信息，收集道路建设信息，具体包括以下子步骤：（1.1）获取土石方调配施工计划：所述土石方调配施工计划包含每个时间段开挖项目需要完成的开挖工作量和填筑项目需要完成的填筑工作量；土石方调配施工计划是施工组织者在施工前期根据多方面考虑安排好的宏观施工进度；（1.2）收集各种施工场地信息和各种单位调配费用数据：所述施工场地包括开挖点、填筑点、中转站、料场、弃渣场；单位调配费用数据包括料场物料的单位开采费用，施工车辆运输单价，车辆装载费用和存储费用；（1.3）全面了解施工区域路网信息：所述路网信息包括静态路网信息和动态路网信息，静态路网信息包括道路类型，道路几何信息，道路设施，道路限速，路径集合，动态路网信息包括道路的流速曲线，红绿灯配时，社会车辆OD流量表；（1.4）收集道路建设信息，确定需评估的建设道路，获取道路建设费用影响因素；（2）计算路阻函数：某路段的路阻函数即为选择该路段运输物料时所花费的费用，包括静态费用、动态费用和道路建设费用；所述静态费用与开采费用、装载费用和存储费用相关，所述动态费用与分配的物料流向和物料量相关；所述静态费用和动态费用的计算公式如下：Cijt=Cijt1+Cijt2其中，Cijt是时间t内从料点i运输物料到料点j所花费的费用，为静态费用，为动态费用；所述的静态费用包括开采费用、存储费用和装载费用，具体计算视物料调运流向而定，具体计算公式如下表：物料流向计算公式开挖项目到填筑项目Cijt2=Cz*xijt开挖项目到中转站Cijt2=(Cz+Cs)*xijt开挖项目到弃渣场Cijt2=Cz*xijt中转站到填筑项目Cijt2=Cz*xijt料场到填筑项目Cijt2=(Cik+Cz+Cs)*xijt其中，CZ为单位m3的物料的装载费用；xijt是决策变量，为t时间段内从料点i运往料点j的物料量；CS为物料存储在中转站的单位存储费用；为从料场i开采物料的单位开采费用；所述的动态费用指的是运输费用，影响运输费用的因素包含动态因素和静态因素；静态因素包括道路的类型、长度，道路的设计速度，道路的弯曲程度，道路的陡度和陡坡长度；动态因素为分配在该流向的物料，所选路径和所选路径上的社会车辆流量；所以因素影响都可以转化为统一的行程时间，从而转化为费用；动态费用计算函数和行程时间计算函数如下：Cijt1=Ct*Timijt （2.1）Timijt=Σ1LijtbijtlΣrRarlErvrt---(2.2)]]>vrt=v((xijt+qrt),vsr) （2.3）其中Ct是单位行程时间所需运费，Timijt为在t时间段内从料点i到料点j的行程时间函数；r为路段编号，l表示路径编号；Lijt表示在t时间段内从料点i到料点j的路径集合，R为路段集合；bijtl是决策变量，表示在t时间段内从料点i到料点j是否通过路径l运输物料，是为1，否则为0；arl表示路段r是否在路径l上，是为1，否则为0；Er为路段r的长度，vrt为道路r在t时间段的平均行驶速度；v((xijt+qrt),vsr)为道路r的流速曲线，qrt为道路r上在t时间段内社会车辆平均流量，vs...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周瑞园，宋春跃，王慧，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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