道路改造项目中碎石运输的设计(3)

2019-08-30 16:42

1. 修路总费用:15.41亿元;

2. 从S1采石厂取碎石101.72万立方米。从S2采石厂取碎石48.28万立方米。

3. 需要修建码头数:7个 坐标分别为: 表2

码头 1 2 3 4 5 6 7

横坐标 18.72 9.92 22.96 34.22 86.08 50 106.12 纵坐标 115.72 118.23 114.23 108.11 76.57 100 68.55 4.码头分布及临时道路的具体线路图如下: Fig4(疑问:为何不运到中点再铺开?) 6.4非线性规划模型

6.4.1 s1与s2碎石供应区域分界点的确定

要向AB上任意一点运送碎石,可以选择从s1经陆路运送,从s1经水路运送,从s2经陆路运至,从s2经水路运至(显然,在题目中所给特定条件下,为了保证总费用最低,这种方式几乎不被利用到)。

在空间位置上,公路AB上碎石来自采石点s1和s2的区域存在一个分界点。显然某点越靠向B端,就越适合于从s2运碎石到该点,当从s1运送碎石到某点的费用与从s2运送碎石到该点的费用相当的时候,该点就可以作为s1供应区域与s2供应区的分界点。

经过计算点P(133,100)应为s1与s2供应区的分界点,P点以右的区域(133,100)--(200,100)适合于由s2采石点供应碎石。P点以左(0,100)--(133,100)的区域适合与有采石点s1供应碎石。

这样,从s2出发的应该大致有三条运输线路,从s1出发的大致应该有5条运输线路。

6.4.2 s1采石点供应方式的确定

显然从点A到点m4的区域应该由s1经过水路来运输碎石,因为建桥的费用认为是无穷大,在从m4到点P的路段该由什么方式来运输碎石呢? 先来看看以下数据: 表3

公里数(n) 20万立方米碎石n公里运输费 新修n公里临时公路费用 10 4e6 4e5 15 4e7 9e5 20 8e7 16e5 25 1e8 25e5 30 1.2e8 36e5 35 1.4e8 49e5 40 1.6e8 64e5 45 1.8e8 81e5 50 2e8 1e7

由上表可以看到,在我们将会使用到的范围内,运送碎石的运费远远大于为运送碎石所需修建的临时公路的费用,因而在比较运输方案的优劣时,在极大程度上取决于运送石料的运费,故我们可以只考虑运费。 下面,我们将会证明,AB上m4到P段的碎石也需要从s1经过水路运到。也就是说,不需要从s1运出的直接修建临时道路到AB上,这就意味着从s1运出的碎石都应该要经过水路。

证明:

显然,在不修建桥的情况下,从s1适合A m4段的碎石都应该经过水路。 对于m4 P段上的任意一点Q(x,100)沿着陆路运输m立方米的碎石到该处所需最小运费c为:

而设水路运输n立方米的碎石到该处所需的 为: 取R为切点, 当 :

因此,从s1运出的碎石都要经过水路运输。 6.4.3 模型建立

设从s1出发的5条道路进入水路的点分别为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5)。

从s1出发的5条道路由水运转陆运得码头的修建点分别为(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x10,y10)。

从s1出发的5条道路与AB的交点为(x11,100),(x12,100),(x13,100),(x14,100),(x15,100)。

从s2出发的3条道路与AB的交点为(x16,100),(x17,100),(x18,100)。 从s1出发的5条道路的运量分别为n1,n2,n3,n4,n5。 从s2出发的3条道路的运量分别为n6,n7,n8。 则原问题转化为如下的非线性规划模型:

其中,改造AB路所需石料的成本:改造AB路所需石料的运费:修建临时道路的费用: 修建码头的费用: S.t.

轨迹约束: (i=1,…,10) 碎石总量约束: 铺完约束:

(i=1,…,7;j=i+10) 位置约束: (i=1,…,7) (i=1,…,7)

(i=8,9,10,13,14,15) (i=8,9,10) (i=16,17,18) 6.5模型求解

该问题是典型的有约束非线性规划问题。采用罚函数法搜索的得到的结果。

1.总费用:15.82亿元; 2.需要修建码头数:7个 码头位置 表4

码头 1 2 3 4 5 6 7

横坐标 18.72 10.12 23.26 37.22 85.8 50 106 纵坐标 116 117.83 114.63 110.11 75.57 100 69.45 3.码头分布及临时道路的具体线路图如下: Fig5

4.临时堆放点 表6

临时堆放点 1 2 3 4 5 6 7 8

X坐标(km) 6.12 19.26 34.22 94.13 114.33 141.5 162.51 187.45 5.运量分配: 表7 运输

线路 1 2 3 4 5 6 7 8

运量(百万立方米) 0.09 0.105 0.18 0.4125 0.21 0.1275 0.1875 0.1875 七 结果分析 7.1逆流运输

观察上述结果,我们可以发现,存在一条逆流而上的道路,即我们在Fig4中用红色表示出来的部分,此道路用于从s1运输碎石到靠近A处进行道路改造。

此道路的存在,显然是必要的。要改造A点附近的道路,应该由s1经水路运送碎石到该段。经济起见,碎石应该被运至离A处较近的一点。这样一方面碎石的运费比较低,另一方面,改造这段路所需费用也会比较低。也就是说,碎石应该朝向A点运输,逆流而上,而非顺流而下。 7.2最小费用估计

为了对我们的结果进行一个定量的检验,下面我们来对总费用的区间作一个估计。我们希望找出总费用的一个下界。

前面,我们已经提到s1与s2供应分界点大致应该为P(133,100),P点右边的区域应该都由s2供应,显然这部分碎石被运至AB上,所需修建的


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