(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111557611.2 (22)申请日 2021.12.19 (71)申请人 浙江工业大 学 地址 310014 浙江省杭州市拱 墅区潮王路 18号 (72)发明人 裴植　翁克彪　 (74)专利代理 机构 杭州浙科专利事务所(普通 合伙) 33213 代理人 龚如朝 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/08(2012.01) G06N 3/12(2006.01) (54)发明名称 一种基于物联网技术的无人机配送网络优 化模型及其 求解算法 (57)摘要 本发明公开了一种基于物联网技术的无人 机配送网络优化模型及其求解算法， 模型的建模 过程包括： 1） 对无人机配送中的状态参数以及变 量进行定义； 2） 确定无人机配送网络优化模型的 目标函数： 建模中无人机完成所有订单的时间总 和最小， 使无人机在配送中能均匀服务每一个顾 客并且使总体服务时间最小 化； 3） 模型需满足一 定的约束条件， 对于无人机初始位置节点只存在 流出的弧， 对于无人机最终汇总节 点只存在流入 的弧； 对于取货节点和送货节点而言， 必须满足 流平衡约束。 本发明专利主要包含对 无人机配送 网络的优化 建模， 将无人机配送建模成一个混合 整数规划问题， 并提出了一种算法用于求解和优 化无人机配送网络， 使无人机配送网络实现更加 智能的运行。 权利要求书4页 说明书13页 附图4页 CN 114254822 A 2022.03.29 CN 114254822 A 1.一种基于物联网技 术的无人机配送网络优化模型， 其特 征在于建模过程如下： 1)基于无人机配送网络中， 对无人机配送中的状态参数以及变量进行定义， 参数符号 定义如下： K＝{1， 2， 3， . ..， k}： 无人机编号 集合； P＝{k+1， k+2， . ..， k+n}： 无 人机取货节点 集合； D＝{k+n+1， k+n+2， . ..， k+2n}： 无 人机送货节点 集合； K′＝{1， 2， 3， . ..， k}： 无人机初始位置节点 集合； S＝{k+2n+1}： 无 人机最终汇总节点 集合； N＝{K′， P， D， S}： 所有节点 集合； A＝{(i， j)|i∈N\{k+2n+1}， j∈N\K ′， i≠j}： 节点连接弧； G＝(N， A)： 节点图； n： 订单数； Z： 网络中无 人站节点集合； qi： 无人机网络节点 i的载重需求； di： 无人机网络节点 i的服务时间； [ai， bi]： 无人机网络节点 i的服务时间窗； Q： 无人机的最大 载重(kg)； W： 无人机空载起飞重量(kg)； v： 无人机飞行速度(m/s)； cij： 无人机从节点 i到节点j的飞行成本； tij： 无人机从节点 i到节点j的飞行时间(s)； Δt： 无人机自动换电所消耗的时间(s)； σ： 无人机锂电池 满电能量(k wh)； α： 无人机锂电池能量密度(k w/kg)； 如果无人机k从节点 i飞到节点j， 那么 否则 zi： 如果无人机在节点 i进行换电操作， 那么zi＝1， 否则zi＝0； Bi： 无人机离开节点 i的时间； Qi： 无人机离开节点 i的载重量； 无人机到达节点i的累计耗电量； 无人机离开节点 i的累计耗电量； 2)确定无 人机配送网络优化模型的目标函数： 建模中无人机完成所有订单的时间总和最小， 使得无人机在配送中能够均匀服务每一 个顾客并且使得总体服 务时间最小化， 目标函数表达式如下： 上述目标函数为最小化所有配送节点完成的时间和， 使得在求解 时算法不会只专注于 某一个订单， 算法会在求解过程中均匀对待每一个需要配送的订单， 使得总体配送 时间最 短；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114254822 A 23)模型需满足如下约束条件： 首先是每个节点的流入流出约束， 对于无人机初始位置节点(i∈k ′)， 这些节点只存在 流出的弧， 流向的节点是 取货节点P或者终点S； 对于无人机最终汇总节点， 这些节点只存在流入的弧； 对于取货节点和送货节点而言， 必须满足流平衡约束， 即流入的弧等于流出的弧， 且取 货对应的取货节点需在送货节点之前被同一架无人机访问， 由此在无人机配送网络中， 一 个顾客的订单是 由同一架无人机服务的， 并且满足先去取货再去送货， 模型建立过程中的 约束公式如下： 表达式(2)表示每一个顾客的服 务都有且只有一架无 人机进行服 务； 表达式(3)表示 一组取货节点和送货节点必须由同一架无 人机进行服 务； 表达式(4)表示每一架无 人机都只从一个初始位置节点出发； 表达式(5)表示对于取货节点和送货节点必须满足流平衡约束， 即流入的弧等于流出 的弧； 表达式(6)表示每一架无 人机最后回到最终汇总点。 2.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的无人机配送网络优化模型， 其特征在于 模型建模的过程中， 还包括无人机进行换电的约束过程， 由于无人机到一个节点后需要考 虑当前无人机剩余可用电量是否能满足无人机下一个路程的飞行， 如果无人机下一个飞行 路程所需要的电量大于当前可用电量， 那么无人机就需要在该节点进行换电操作， 此时就 会出现节点电量突变的现象， 对此换电约束的建模方式是： 在每一个节点都由到达该节点 的耗电量 和离开该节点的耗电量 表示， 当无人机不需要在当前节点进行换电操作时， 当无人机需要在该节点进行换电操作时， 用 来对应当前节点之前的耗电 量； 具体模型建立过程中进行 换电的约束公式如下： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114254822 A 3