上海鋇雲(yun) 網絡科技有限公司，成立於(yu) 2018年11月，是業(ye) 內(nei) 一家專(zhuan) 注於(yu) 物流“鏈接”與(yu) “優(you) 化”的國家高新技術企業(ye) 。公司長期為(wei) 製造企業(ye) 、銷售流通企業(ye) 、采購流通企業(ye) 、流通加工中心、第三方物流公司、中小物流車隊等提供物流信息化、數字化、自動化、智能化的解決(jue) 方案、產(chan) 品谘詢和實施服務，在OMS\TMS\WMS、車貨交易平台、車輛配載、車輛調度、路徑優(you) 化、通用智能算法（如神經網絡、蟻群算法、遺傳(chuan) 算法、模糊聚類等）方向擁有豐(feng) 富的落地經驗。

2、項目背景

雙碳背景下，工信部於(yu) 2021年印發了《關(guan) 於(yu) 啟動新能源汽車換電模式應用試點工作的通知》，決(jue) 定啟動應用試點工作，以國家電投、三峽電力、上汽、一汽、三一、中聯重科、寧德時代等為(wei) 代表的企業(ye) ，紛紛布局電動重卡領域。電動重卡已成“碳達峰”“碳中和”的重要解決(jue) 方案和發展趨勢。

受續航裏程限製，在物流短倒場景中使用換電重卡是當前重點的可行模式。電動重卡在這些場景（如礦山、電廠、鋼鐵廠等）中持續投入運營，電動重卡的調度問題隨之而來，而國內(nei) 在電動重卡調度算法、係統上缺乏成熟的研發成果。

本項目《基於(yu) 低碳運營的電動重卡智能調度算法及係統》，聚焦解決(jue) 電動重卡調度的以下問題：一、如何縮減短倒作業(ye) 的裝卸排隊時長；二、如何充分發揮換電站的服務能力；三、電動重卡在何時、何地進行換電以減少排隊時長和換電沿途的電力消耗；四、電動重卡運營中如何滿足短倒業(ye) 務的時效性、經濟性及其他方麵的述求。

針對上述問題，本項目建立了車貨匹配量化模型、電動重卡的換電模式與(yu) 換電站的選擇模型、業(ye) 務調度與(yu) 換電結合的多目標組合優(you) 化模型，並設計相應算法求解，推出電動重卡智能業(ye) 務調度與(yu) 換電管理的軟件產(chan) 品。

3、項目內(nei) 容

（1）車貨匹配規則

物流企業(ye) 運營電動重卡前，一般先采購電動牽引車頭，車廂或車板則需根據短倒場景中貨物特點進行定製購買(mai) （如中翻、側(ce) 翻的自卸車板等），再為(wei) 車板/車廂安裝輔助設備（如低隔熱圍擋、苫布等）。不同的車板/車廂、輔助設備所服務的貨物特征各有不同，因此需對電動重卡和貨物的特征以及車貨匹配規則進行定義(yi) 和研究。

（2）業(ye) 務調度與(yu) 換電的融合

受限於(yu) 續航能力，電動重卡在運輸任務執行的前（裝貨前）、中（運輸中）、後（卸貨後）階段，都可能需要換電。為(wei) 保證調度方案順利執行，需研究運輸任務與(yu) 換電站之間的關(guan) 係，將調度方案與(yu) 換電方案融合。

（3）業(ye) 務調度於(yu) 換電融合模式的量化決(jue) 策模型

換電站在地理位置上分布於(yu) 不同場所，換電站建設的服務能力不同（輛/小時），因此，需要研究：如何為(wei) 一個(ge) 具體(ti) 的運輸任務，量化、評價(jia) 最優(you) 的業(ye) 務調度與(yu) 換電的融合模式，並在具體(ti) 的模式下從(cong) 多個(ge) 備選換電站中選擇合適的換電站，以減少車輛無效排隊和無效行駛。

（4）電動重卡業(ye) 務調度的優(you) 化目標及數學模型

電動重卡的業(ye) 務調度，在滿足1）中車貨匹配規則的前提下，有如下常規優(you) 化目標：經濟性目標，如成本最低、車次最少等；效率性指標，如裝卸排隊時間最短、就近原則等；服務滿意度指標，如盡可能在規定時間送達、緊急任務優(you) 先等。也有其獨有的優(you) 化目標，如縮短電動重卡在換電站的無效排隊時間，減少因換電帶來的無效行駛距離，提高換電站的服務能力等。如何定義(yi) 、量化上述目標，並建立相應的數學模型，是研究重點。

（5）電動重卡的多目標智能調度算法

對4）中的多目標組合優(you) 化模型，設計一套在計算機求解時效上滿足實際調度需求（秒級以內(nei) ）的算法，使前述方法快速求解、輸出調度方案，是研究的另一重點。

（6）基於(yu) 低碳運營的電動重卡智能調度信息係統

針對1、2、3、4、5中的研究範圍和內(nei) 容，研發出一套電動重卡的智能調度係統是本項目的最終產(chan) 物。

4、關(guan) 鍵技術4.1電動重卡能力特征集合與(yu) 業(ye) 務需求特征集合

車貨匹配規則首先要解決(jue) 什麽(me) 樣的車能執行什麽(me) 樣的業(ye) 務問題，因此，本項目一方麵對車板/車廂的類型、輔助設備的類型、長寬高、電動卡車的續航裏程屬性等進行了定義(yi) 和編碼，以構建車輛的能力特征集合(Vehicle Capacity Set)；另一方麵，對調度任務所需求的車型、輔助設備類型、長寬高、重量、距離、裝卸點經緯度等進行了定義(yi) 和編碼，以形成任務的需求特征集合(Requirement Characteristics Set)，如下表所示。

4.2車貨匹配規則及應用

本項目構建了車輛的能力特征集合（Vehicle Capacity Set）和任務的需求特征集合（Requirement Characteristics Set），並將車貨匹配規則劃分兩(liang) 類：硬約束（based on hard constraints）規則和軟約束（based on soft constraints）規則。應用時，處理如下：

一、針對硬性約束（based on hard constraints）的規則，將車輛能力特征集合的元素與(yu) 任務需求特征集合的對應元素進行嚴(yan) 格匹配；

二、對於(yu) 軟性約束（based on soft constraints）的規則，則采取計算軟性約束的匹配滿意度。

4.3 業(ye) 務調度、換電融合模式及量化決(jue) 策模型

結合實際調研和邏輯推理，本項目定義(yi) 了三種業(ye) 務調度、換電的融合模式。

對於(yu) 任意一個(ge) 給定的具體(ti) 運輸任務，需要決(jue) 策兩(liang) 個(ge) 問題：一、選擇哪種模式？二、每種模式下有多個(ge) 備選換電站，選擇哪個(ge) 換電站？據此，本項目建立了如下的數學評價(jia) 模型。 

上述決(jue) 策模型目標為(wei) ：

一、減少電動重卡的電耗（空車行駛、重車行駛）；

二、減少車輛換電排隊等待時間。

模型中涵蓋了如下參數：目標一目標二的權重、各路段空車行駛距離、各路段重車行駛距離、空車行駛平均電耗、重車行駛平均電耗、各備選換電站的預計排隊時長、排隊時長-電耗轉換係數。

4.3 優(you) 化目標與(yu) 調度模型

除了建立車輛能力特征向量、任務需求特征向量的量化指標外，本項目研究了以下調度目標：一、優(you) 先滿足緊急任務；二、就近原則；三、避免裝卸貨擁堵；四、優(you) 先滿足任務的計劃精度；五、換電站車輛排隊時間最短。

結合調度優(you) 化目標、車貨匹配規則、換電融合模式、備選換電站的選擇等研究，本項目建立了上述的調度優(you) 化模型。

5、創新點

技術創新

（1）構建車輛的能力特征集合（Vehicle Capacity Set）和任務的需求特征集合（Requirement Characteristics Set），為(wei) 車貨匹配提供詳細依據；

（2）將車貨匹配規則，分為(wei) 硬約束（based on hard constraints）規則和軟約束（based on soft constraints），並研究各自的匹配和計算方法；

（3）提出電動卡車的3類業(ye) 務調度與(yu) 換電融合的模式，並建立給定具體(ti) 運輸任務時，各模式下的備選換電站選擇的數學模型；

（4）提出電動卡車在短倒運輸場景下的5類核心優(you) 化目標，並建立多目標組合優(you) 化的數學模型。   

應用創新

（1）設計相關(guan) 智能算法，並開發了一套基於(yu) 低碳運營的開放式調度軟件產(chan) 品，使業(ye) 務相關(guan) 方能夠在線協同，在國內(nei) 率先推出電動重卡的業(ye) 務調度係統。

（2）車貨匹配的量化決(jue) 策。

6、經濟社會(hui) 效益

（1）減少碳排放：在已試點的項目中，電動重卡因行駛距離節省帶來的平均碳排放減少：32.5噸/年；

（2）提升車輛運轉效率：電動重卡平均車次提升：0.5天/車次；電動重卡平均行駛距離減少15%：車輛運營成本降低4%，車輛營收增加20%；

（3）提升業(ye) 務協同效率：業(ye) 務執行無紙化，減少紙張使用；多角色在線協同，減少人員無效流動；

（4）改善調度管理：對業(ye) 務和車輛的定量化研究，係統實現自動匹配和調度優(you) 化，減少50%調度人力資源投入。