带有续航能力约束的流需求服务设施选址定容规划研究
发布时间：2021-07-30 05:22
无人机、充电汽车、激光通信等当前热门技术,由于其续航能力或传播距离有限,使其大规模推广应用受到了严重的阻碍。部署合理且分布广泛的中继设施网络可以有效地扩展其覆盖的范围。由于部分中继设施的建设费用高昂,且可以服务的需求有限,因此,合理的选择中继设施建设的位置和规模,对于这些技术的发展和普及意义重大。中继设施的选址定容规划不同于经典的服务设施规划问题,其面向的是以从起点到终点的流需求为服务对象的新型规划问题。论文根据这类新型规划问题的特点和共性,针对带有续航能力约束的流需求服务设施选址定容规划问题的建模方法和具体应用场景开展了研究工作,论文的主要研究工作如下:1.分析了流需求服务设施选址问题中包含的实体的属性和主要活动,对规划问题中涉及的约束条件进行分类。具体研究了每类约束条件的可能应用场景和表现形式。对每一类约束条件涉及的不同应用场景和表现形式进行归纳,总结得到了流需求服务设施选址规划问题的模型框架。根据模型框架,将已有流需求服务设施选址规划模型进行归类,根据归类结果指出了当前已经解决和尚未解决的模型应用背景,并将尚未解决的较为复杂的三类选址定容规划问题作为论文的主要研究内容。2.提出并...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
经典25点选址问题在经典25点选址问题中，网络中不区分O-D点和备选点，所有点均可作为流需求的起点或终点，同时也可以建设服务设施
国防科技大学研究生院博士学位论文第36页边境管控手段依然比较落后单一。目前，主要依靠边防部队官兵乘车、马巡逻和徒步巡逻相结合的方式进行，且相近两次巡逻的时间间隔较长，敌对势力成员可能利用我巡逻间隙在边境地区越线侵犯我领土；“三股势力”以及偷渡分子可能利用我巡逻间隙在边境地区潜入潜出，破坏边境地区的和平与安宁。因此，仅靠人力巡逻，难以实时管控边境。由于人力巡逻无法满足边境监控的需求，边防部队曾尝试使用无人机进行巡逻。然而，由于边境地区的高海拔、极端气候、以及广阔的巡逻面积等问题，无人机巡逻的方法还未得到有效的方案支持，主要存在的问题是无法在无人机的有效续航时间内完成巡逻任务。因此，需要对无人机的巡逻路径和中继哨站进行合理的规划，才能有效的发挥无人机的空中巡逻优势，完成边境实时监控的任务。无人机在高原边境地区的巡逻问题具有其特殊性，主要体现在以下方面：（1）高原地区气候寒冷，无人机电池续航能力大大减少，单次有效的飞行距离有限。西帕米尔高原地区平均海拔在4000米以上，最高气温不超过20℃，最低气温可达-53℃，边境地区平均温度-10℃左右。普通的锂电池在-10℃的环境下只能保存10%的电量，即使是低温锂电池在-30℃时最多拥有其在20℃时80%的电量，而在极寒情况下（-50℃）只能有20%的电量[106]。目前也有根据极寒环境设计的锂电池，但这种电池在常温条件下发热严重，在不同温度下操作非常困难，不适合大规模推广[107]。图3.5西帕米尔高原边境地区及周边国家地形图
国防科技大学研究生院博士学位论文第37页（2）西帕米尔高原地广人稀，地形复杂，然而并不是所有的区域都需要监控，只有山间的峡谷形成的通道地区可以通行。如图3.6所示，这些通道呈网状分布。通道间存在多个哨站，哨站分布广泛且海拔较高，哨站没有电网支持，只依靠柴油发电机进行发电，柴油发电机型号不同，发电能力也有区别，能保障的无人机和其他设备数量也有区别。哨站可以为中小型无人机进行充电，但无法为大型无人机提供中继服务。同时，由于物资缺乏，对中继设备的保障较为困难，因此在选择中继节点时也不是无限的，已存在的哨站之间间隔在100km左右，如果保障中小型无人机的续航，需要增加哨站缩小哨站之间的距离，哨站的可建设位置由地形地势决定。在选择中继哨站的位置的同时，也需要确定该哨站配备发电机的型号。（3）西帕米尔高原地区属于敏感地带，多个势力犬牙交错。边境地区属于两国共有的防空识别区，因此在此区域飞行的大型服务器必须经过两国的协商和共同定位和制约[108,109]。此前就出现过印度对于中边境地区中国无人机巡逻的抗议，虽然后面证明并非我军放飞的军用无人机，但这个问题是存在争议的。同时，由于边境地区存在的恐怖势力，大型无人机的安全也会受到威胁。图3.6西帕米尔高原某地区通道地形示意图（4）监控需求会根据任务和突发状况不断变化，不同的监控区域巡逻周期不同。对于整个西帕米尔高原地区的监控存在重点监控和防护区域，这些区域往往巡逻周期短，需要密切关注。当出现突发事件时，甚至要对一个区域进行实时关注。这样就必须快速制定合理的巡逻计划，利用现有的无人机资源和中继哨站，完成特定的巡逻任务。（5）无人机设备存在部队保障和归属问题，需要遵循制定好的巡逻方案，也就是说某一个无人
本文编号：3310779
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
经典25点选址问题在经典25点选址问题中，网络中不区分O-D点和备选点，所有点均可作为流需求的起点或终点，同时也可以建设服务设施
国防科技大学研究生院博士学位论文第36页边境管控手段依然比较落后单一。目前，主要依靠边防部队官兵乘车、马巡逻和徒步巡逻相结合的方式进行，且相近两次巡逻的时间间隔较长，敌对势力成员可能利用我巡逻间隙在边境地区越线侵犯我领土；“三股势力”以及偷渡分子可能利用我巡逻间隙在边境地区潜入潜出，破坏边境地区的和平与安宁。因此，仅靠人力巡逻，难以实时管控边境。由于人力巡逻无法满足边境监控的需求，边防部队曾尝试使用无人机进行巡逻。然而，由于边境地区的高海拔、极端气候、以及广阔的巡逻面积等问题，无人机巡逻的方法还未得到有效的方案支持，主要存在的问题是无法在无人机的有效续航时间内完成巡逻任务。因此，需要对无人机的巡逻路径和中继哨站进行合理的规划，才能有效的发挥无人机的空中巡逻优势，完成边境实时监控的任务。无人机在高原边境地区的巡逻问题具有其特殊性，主要体现在以下方面：（1）高原地区气候寒冷，无人机电池续航能力大大减少，单次有效的飞行距离有限。西帕米尔高原地区平均海拔在4000米以上，最高气温不超过20℃，最低气温可达-53℃，边境地区平均温度-10℃左右。普通的锂电池在-10℃的环境下只能保存10%的电量，即使是低温锂电池在-30℃时最多拥有其在20℃时80%的电量，而在极寒情况下（-50℃）只能有20%的电量[106]。目前也有根据极寒环境设计的锂电池，但这种电池在常温条件下发热严重，在不同温度下操作非常困难，不适合大规模推广[107]。图3.5西帕米尔高原边境地区及周边国家地形图
国防科技大学研究生院博士学位论文第37页（2）西帕米尔高原地广人稀，地形复杂，然而并不是所有的区域都需要监控，只有山间的峡谷形成的通道地区可以通行。如图3.6所示，这些通道呈网状分布。通道间存在多个哨站，哨站分布广泛且海拔较高，哨站没有电网支持，只依靠柴油发电机进行发电，柴油发电机型号不同，发电能力也有区别，能保障的无人机和其他设备数量也有区别。哨站可以为中小型无人机进行充电，但无法为大型无人机提供中继服务。同时，由于物资缺乏，对中继设备的保障较为困难，因此在选择中继节点时也不是无限的，已存在的哨站之间间隔在100km左右，如果保障中小型无人机的续航，需要增加哨站缩小哨站之间的距离，哨站的可建设位置由地形地势决定。在选择中继哨站的位置的同时，也需要确定该哨站配备发电机的型号。（3）西帕米尔高原地区属于敏感地带，多个势力犬牙交错。边境地区属于两国共有的防空识别区，因此在此区域飞行的大型服务器必须经过两国的协商和共同定位和制约[108,109]。此前就出现过印度对于中边境地区中国无人机巡逻的抗议，虽然后面证明并非我军放飞的军用无人机，但这个问题是存在争议的。同时，由于边境地区存在的恐怖势力，大型无人机的安全也会受到威胁。图3.6西帕米尔高原某地区通道地形示意图（4）监控需求会根据任务和突发状况不断变化，不同的监控区域巡逻周期不同。对于整个西帕米尔高原地区的监控存在重点监控和防护区域，这些区域往往巡逻周期短，需要密切关注。当出现突发事件时，甚至要对一个区域进行实时关注。这样就必须快速制定合理的巡逻计划，利用现有的无人机资源和中继哨站，完成特定的巡逻任务。（5）无人机设备存在部队保障和归属问题，需要遵循制定好的巡逻方案，也就是说某一个无人
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