基于CPSS的无人机城市配送调度模型

任新惠; 于芳

交通信息与安全 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (3) : 128 -140.

基于CPSS的无人机城市配送调度模型

任新惠, 于芳

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摘要

无人机城市物流配送一方面提高了配送效率，另一方面也给社会带来了坠落伤人、隐私侵犯和噪声污染等风险。为了平衡物流无人机效率和社会价值，基于信息-物理-社会系统（cyber-physical-social system,CPSS）的框架分析无人机城市物流配送场景，探究物理和社会系统对无人机配送路径和调度的影响，并将其转化为信息系统的支持。基于此框架构建了以配送成本最小、碳排放量最小和第三方风险值最小为目标的城市物流无人机配送调度模型。该模型考虑“隐私保护层”的设置、禁飞区的设置、第三方风险的评估、噪声影响的衡量及潜在空中碰撞解决策略。设计多目标A*算法求解路径规划的Pareto最优解；设计改进的遗传算法进行调度安排求解，重点考虑存在重复路径段的客户，设置延迟时间，从而解决潜在的空中碰撞。以深圳星河World商圈5 km范围的飞行环境进行算例验证，结果表明：多目标A*算法求解仅需0.03 s，比多目标标签设置算法用时54.29 s更高效；相比于CPLEX求解器无法在有效时间完成求解，改进遗传算法用时2.16 s高效完成求解；与只考虑成本的路径相比，多目标A*算法规划的路径将第三方风险降低了18.71%，同时使能耗成本和碳排放增加了7.21%；无人机配送的最佳巡航高度层为去程30 m、回程60 m；无人机冲突解脱率达到100%；客户规模对各项指标均呈现正向效应，而客户分布类型的影响主要反映在重复路径客户组的数量和时间窗惩罚成本上。