(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111174699.X (22)申请日 2021.10.09 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113898403 A (43)申请公布日 2022.01.07 (73)专利权人 中国矿业大 学 （北京） 地址 100083 北京市海淀区学院路丁1 1号 (72)发明人 葛世荣　张一辙　郭一楠　黄遥　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 张联群 (51)Int.Cl. E21F 13/02(2006.01) E21F 17/00(2006.01) E21F 17/18(2006.01)G06Q 50/02(2012.01) G06F 30/27(2020.01) 审查员 谢婷 (54)发明名称 一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型及方 法 (57)摘要 一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型及方 法， 属于煤矿井下辅助运输和物流配送领域。 包 括问题基础信息的确定， 优化模型的建立， 最优 路径的求解， 以及最优方案的显示， 用于实现满 足矿井生产需求的纯电动无轨胶轮车路径规划 问题。 首先根据矿井的辅助运输线路等信息设置 纯电动无轨胶轮车路径规划问题的基础信息， 接 着结合矿井特定环境及煤矿安全规程， 建立纯电 动无轨胶轮车路径规划模型， 利用蚁群算法求解 出模型的最优解， 最后将得出的最优解进行显 示， 构成完整的纯电动无轨胶轮车最优路径规划 方案， 本发 明将能量消耗问题 考虑进纯电动无轨 胶轮车的路径 规划问题中， 能量消耗受巷道条件 和煤矿安全规程的影响而变化， 更贴近实际情 况。 权利要求书3页 说明书10页 附图4页 CN 113898403 B 2022.07.01 CN 113898403 B 1.一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型的方法， 其特 征是： 包括以下步骤： 步骤1： 根据矿井的辅助运输线路信息、 工作任务信息和纯电动无轨胶轮车的车辆信 息， 设置纯电动无轨胶轮车路径规划的基础信息； 步骤2： 以纯电动无轨胶轮车运输的路径最短、 车辆使用数量最少为目标建立目标函数 和相关约束条件； 步骤3： 采用蚁群算法(Ant  Colony Optimization)对纯电动无轨胶轮车的路径进行蚁 群智能规划； 进行蚁群智能规划方法具体步骤如下： 步骤3.1： 初始化蚁群算法各变量， 包括蚂蚁数量MANT、 最大循环次数Itermax、 禁忌表 table、 信息素Ta、 信息素相对重要程度alpha、 启发式信息相对重要程度beta、 信息素蒸发系数 r0； 默认最开始的所有蚂蚁都在地 面货站； 步骤3.2： 构建出 所有蚂蚁的路径； 步骤3.3： 计算所有蚂蚁构建路径Route的目标函数值， 即对所有蚂蚁构建的路径计算 步骤2中所述的目标函数值， 找出最小的目标函数值所对应的路径， 即为本次循环的最优路 径bestroute； 步骤3.4： 根据蚁群算法模型和信息素 更新公式， 对信息素Ta进行更新； 步骤3.5： 判断循环次数是否超过最大值Itermax， 若没超过则清空禁忌表table并返回步 骤3.2， 否则进行步骤3.6； 步骤3.6： 输出最优解即最优路径。 2.根据权利要求1所述的一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型的方法， 其特征是： 步骤 1中， 所述的基础信 息包括： 各运输点的位置坐标Vts、 各运输点的位置编号V、 各运输点之间 的距离dis、 各运输点之间的滚动阻力系数f、 各运输点之间的坡度a、 各运输点之间的速度 v、 纯电动无轨胶轮车在各运输点的货物需求量dem、 纯电动无轨胶轮车在各运输 点的工作时 间p、 纯电动无轨胶轮车的辅助子系统功率Phyd、 纯电动无轨胶轮车的车辆附件功率Paux、 纯 电动无轨胶轮车的机械传动效率 ηt、 纯电动无轨胶轮车的驱动电机效率 ηm、 纯电动无轨胶轮 车的液压泵效率ηh_t、 纯电动无轨胶轮车的液压泵电机效率ηh_m、 纯电动无轨胶轮车的整备 质量m、 纯电动无轨胶轮车的最大载重 量Cap、 纯电动无轨胶轮车的可用数量K、 纯电动无轨胶 轮车的最大电量Q、 纯电动无轨胶轮车运行时的空气阻力系数CD、 纯电动无轨胶轮车运行时 的迎风面面积A、 纯电动无轨胶轮车运行环境的空气密度ρair、 纯电动无轨胶轮车旋转质量 换算系数δ。 3.根据权利要求1所述的一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型的方法， 其特征是： 步骤 2中， 所述的目标函数 具体如下： min M＝K(2) 式(1)表示第一个优化目标， 即纯电动无轨胶轮车运输路径最短； 式(2)表示第二个优 化目标， 即纯电动无轨胶轮车使用的数量最少； 其中， disij表示运输 点i到运输点j之间的距 离； 表示如果纯电动无轨胶轮车k从运输点i到运权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113898403 B 2输点j， 则 否则 所述目标函数式(1) ‑式(2)的相关约束条件具体如式(3) ‑式(10)所示： 0≤vij≤vmax,i,j＝0,1,2, …,n,i≠j(8) αmin≤αij≤αmax,i,j＝0,1,2, …,n,i≠j(9) 以上模型中， 式(3)表示纯电动无轨胶轮车到达各运输点的时刻约束； 式(4)表示纯电 动无轨胶轮车的运行路段约束； 式(5)表 示纯电动无轨胶轮车到达运输点j后的剩余电量约 束； 式(6) ‑式(7)表示纯电动无轨胶轮车在各运输点各车的载重约束； 式(8)表述纯电动无 轨胶轮车在各运输线路上的速度约束； 式(9)表示纯电动无轨胶轮车运输道路的坡度约束； 式(10)表示纯电动无轨胶轮车访问的运输点约 束； 其中， tτj表示纯电动无轨胶轮车到达运 输点j的时刻； tτi表示纯电动无轨胶轮车到达运输点i的时刻； tmij表示纯电动无轨胶轮车 从运输点i到运输点j的运行时间； Pi表示纯电动无轨胶 轮车在运输点i的工作时间； 表示 车辆k1从运输点i运行到运输点j的时间区间； 表示车辆k2从运输点j运行到运输点i的时 间区间； φ表示空集； R表示连接各个运输点边的集合； 表示第k辆纯电动无轨胶轮车到达 运输点j后的剩余电量； 表示第k辆纯电动无轨胶轮车从运输点j返回地面货站所需的电 能； 表示第k辆纯电动无轨胶轮车在运输点j的载重； Wik表示第k辆纯电动无轨胶轮车在 运输点i的载重； Dwj表示纯电动无轨胶轮车在运输点j的卸载量； Wmax表示纯电动无轨胶轮 车的最大载重； vmax表示纯电动无轨胶轮车的最 大速度； vij表示纯电动无轨胶轮车在运输点 i到运输点j之间的运 行速度； amin表示纯电动无轨胶轮车行驶道路的最小坡度； aij表示纯电 动无轨胶轮车在运输点i到运输点j之间路径的坡度； amax表示纯电动无轨胶轮车行驶道路 的最大坡度。 4.根据权利要求3所述的一种纯电动无轨胶轮车路径规划模型的方法， 其特征是： 步骤 2中， 相关约束条件式(5)所述第k辆纯电动无轨胶轮车从运输点i到运输点j的耗电量 的 计算方法如下： a.纯电动无轨胶轮车驱动电机提供 给车轮的功率Pe表示如下： 式(11)中， Pe表示纯电动无轨胶轮车 驱动电机提供给车轮的功率， 用于 克服车辆 行驶阻 力做功； LS表示纯电动 无轨胶轮车的负载状态， LS∈[0,1]， 其中空载为0， 满载为1； PL表示 纯电动无轨胶轮车的最大装载量； g表示重力加速度值；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 113898403 B 3