中北大学朔州学院 张志鑫 卫亚楠 侯鹏飞 白永峰 武斐 036000
摘要：近些年，随着社会发展，我国城市环境逐渐重视。为满足城市内多区域发展需求，提高车辆配送效率，降低碳排放量，实现低碳绿色出行。通过考虑碳排放环境下对多配送中心车辆路径规划问题的影响研究，基于化学反应优化算法对模型进行仿真求解，确定最优路径。首先，以碳排放量成本、惩罚成本等总成本最小为目标建立模型；其次，利用化学反应算法进行对比仿真求解，并对优化前后路径进行对比分析。
关键词：城市道路；碳排放量；车辆路径规划
引言
中国已成为全世界最大的碳排放国。在中国GDP高速增长的同时，中国的排放量也早在2012年就达到了97亿吨，是世界上头号雾霾大国，同时严重的雾霾天气，也引起了越来越多的呼吸系统疾病。近年来道路交通快速发展，城市流动车辆大量增加，车辆碳排放量也逐渐增加，对城市空气质量及全球气候产生了负面影响。通过调整道路交通模式，控制车辆排放来减少碳排放是中国当前的主要研究方向。物流技术的发展，采用电子物流配送的方法进行车辆配送路径的优化控制，建立车辆配送路径的自适应寻优控制模型，结合车辆配送路径的自适应寻优方法进行空间路径规划，提高车辆配送路径选址能力，研究车辆配送路径优化方法，在节约能量开销，降低碳排放量方面具有重要意义，相关的车辆配送路径优化方法研究受到人们的极大重视。对车辆配送路径的优化方法研究是建立在车辆配送路径的寻优控制基础上，结合空间路径规划技术，进行车辆配送路径的节点优化部署和空间规划设计。
1城市道路交通现状及存在的问题
1.1城市道路拥堵问题
随着城市化进程的加快，城市人口越来越多，道路的通行能力达到饱和，从而造成供需之间的不平衡，出现拥堵现象。截至2019年6月，全国机动车数量达到3.4亿，其中的汽车数量占比为73.5%；拥有机动车驾驶证约为4.2亿人，其中汽车驾驶人占比约为90%。城市道路空间有限，交通工具复杂，尤其是在早晚高峰时段，行驶速度降低，拥堵时间较长。
1.2碳排放对环境的影响
碳排放主要是温室气体的排放。其中影响最大的气体是二氧化碳。在地球的正常运转中碳以多种途径排放出来，但其中的大部分排放都是在正常范围内，属于生态系统物质循环的正常环节，但是超过地球自我调节能力的碳排放就属于异常现象，碳的过量排放主要与人类活动有关，人类的任何活动都有可能增加碳的排放，如农村蜂窝煤的燃烧、垃圾焚烧等。碳的过量排放会导致地球发生灾难性的变化。温室气体对可见光具有高透过性，但能高度吸收来自地球辐射中的红外线，导致地球温度上升，地球温度上升使冰川和冻土消融，导致海平面升高，直接威胁人类的生存地，同时水资源也会急剧减少。目前世界上很多国家和地区都将温室气体作为地球和人类带来灾难的重要影响因素，人们已将碳排放与国家经济之间进行了联系，将碳排放强度(单位国民生产总值的增长所产生的二氧化碳排放量)作为衡量国家经济同碳排放量之间的关系，以强调控制碳排放的重要性，因此减少碳排放，控制温室气体成为当前亟待解决的问题。
2.碳排放量对城市道路车辆路径规划
2.1合理设计道路断面与线形
在城市道路设计时既要考虑道路红线宽度、交通量与用地，又要考虑低碳环保的设计目标，这就需要在设计中对行车道与慢行交通、绿化带宽度进行合理的设计布置，道路两侧的绿化植被能缓解驾驶员的视觉疲劳、吸收汽车排放的尾气改善城市的空气质量，可将绿化设计成不同的样式，结合沿线地形设置自然变化的景色，那么这将给整个城市添加一道靓丽的风景，达到美化城市的目的。在道路系统的绿化设计时通过合理种植、养护和补植，可以通过植物的光合作用有效地降低碳排放量，模拟自然地带性植被的特征，并按有关植物固碳研究的成果，建立起多样性特征比较明显的群落，达到低碳高效的目的，增强植物景观的减排功能。
2.2交通拥堵规避方法
已有文献普遍采用车辆不停靠策略,即车辆k在从节点i行驶到节点j的过程中,无论遇到什么情况,车辆k都一直行驶,发动机都处于工作状态.在时变路网条件下,如果车辆k在从节点i行驶到节点j的过程中遇到严重交通拥堵,则采用车辆不停靠策略使得车辆k在交通拥堵时间段内以非常缓慢的速度行驶,使得车辆k行驶完路段(i,j)全程的行驶时间成倍延长,车辆油耗与碳排放量剧增。不停靠策略下车辆k行驶完路段(i,j)全程的车辆行驶时间、客户服务时间与车辆使用时间之间的关系如图1所示。
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随着交通技术与信息技术的发展,综合采用人工智能、交通大数据与智慧停车等方法,能有效识别并规避交通拥堵.例如2011年5月北京市发布了交通拥堵指数.该交通拥堵指数的最小计算时间单位是15min(即每15min发布一次),取值范围为0～10,一共分为5个级别.数值0～2对应“畅通”、3～4表示“基本畅通”、5～6表示“轻度拥堵”、7～8表示“中度拥堵”、9～10表示“严重拥堵”。交通拥堵指数的数值越高,表明交通拥堵越严重.据此,本文设计一种交通拥堵规避方法,即如果车辆在路段(i,j)上行驶时,车载设备接收到的交通拥堵指数表示当前时间段内路段(i,j)存在严重交通拥堵,车辆在路段(i,j)上短暂停靠,避开交通拥堵时间段,发动机在停靠时间段内关闭;否则车辆按已有路径规划方案继续行驶。车辆k采用交通拥堵规避方法行驶完路段(i,j)全程的行驶时间、停靠等待时间、客户服务时间与车辆使用时间之间的关系如图2所示。
对比分析图1与图2可知,相对于车辆不停靠策略,当遇到交通拥堵情况时,决策者采用交通拥堵规避方法能有效缩短车辆行驶时间,但在某些路段上可能会增加车辆停靠等待时间,车辆总使用时间将略有增加.基于节能减排视角,交通拥堵规避方法能有效降低车辆油耗与碳排放、减少环境污染。
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结语
针对城市多区域配送问题，本文以社区蔬菜直销点的配送中心为研究对象，主要研究碳排放量对车辆路径规划问题的影响，从而确定配送中心的最优配送路径。以碳排放量和时间为约束，建立以碳排放成本、惩罚成本等总成本最小化模型，采用化学反应优化算法对问题模型进行求解，得到优化的配送路径，并将优化前后的路径距离、碳排放成本进行对比。
参考文献
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