2022年深圳杯数学建模竞赛C题

自动驾驶电动物料车换电站选址及调度方案

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   为了实现我国在 2030 年前“碳达峰”、在 2060 年前“碳中和”的目标，在物料运输中使用环保的自动驾驶电动车是发展趋势。在制订电动车调度方案时，必须考虑充、换电池的时间成本，从而提出了新的车辆运输选址及调度问题。

 

    问题 1 一批自动驾驶电动物料车将物料从 P 点运送到 D 点，然后空载返回， 如此循环往复运送物料。要求建立数学规划模型，在 P 点与 D 点之间确定一个双 向同址（像高速的休息站一样）的换电站位置，以及对应的车辆和电池组调度方 案，极大化指定时间段内运送物料量，满足资源约束与电池运行方式约束。根据 附录所给的数据，求解规划模型，给出换电站位置，并给出在 1000 小时中运送 的物料量，所使用车辆、电池组数量和车辆及其各电池组的具体调度方案。

    问题 2 在问题 1 中，将建站条件更改成为“在 P 点与 D 点之间每个方向分 别确定一个换电站位置”，其他条件与任务与问题 1 相同。

    问题 3 考虑峰谷电价、购置电池组、建设充、换电站等成本，制定保证每 日最低运输量，3 年结算周期投资运行成本最低的建站及电池组调度方案。根据 附录所给的数据（缺省的数据自行补充），给出具体算例。

    问题 4 对多个取料点、单个卸货点，研究上述换电站选址及车辆-电池组 调度问题。

 

附录：数据格式（限定）

算例数据在下列格式限定下自行编制，决赛前将发布统一测试算例数据。

(1) P 点到 D 点：里程 10 km，双向单车（轨）专用道，车距不小于 200 m

(2) 车辆：125 辆，速率 60 km/h, 每车额定装配 6 个电池组，初始位于换电站空载状态，且每个车载电池组的 SoC（荷电状态）都是 100%

(3) 电池：900 组，单个电池组独立计量，车载 6 个电池组一致消耗电量，空载车辆每行驶 3 分钟每个电池组的 SoC 都减少 1%，载货车辆每行驶 2 分钟每个电池组的 SoC 都减少 1%，车载电池组的 SoC 位于区间[10%,25%]时方可更换，备更换电池组的 SoC 为 100%

(4) 耗时：每更换一个电池组耗时 20 秒，每个电池组更换下来后充电、检测进入备用状态总耗时 3 小时，装卸货每次各需要 1 分钟

(5) 价格：峰谷电价，换电站地价，充电速率及充电桩造价，自动换电池设备价格，电池价格，车辆价格