История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
Топ:
Основы обеспечения единства измерений: Обеспечение единства измерений - деятельность метрологических служб, направленная на достижение...
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства...
Устройство и оснащение процедурного кабинета: Решающая роль в обеспечении правильного лечения пациентов отводится процедурной медсестре...
Интересное:
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными...
Принципы управления денежными потоками: одним из методов контроля за состоянием денежной наличности является...
Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...
Дисциплины:
2019-11-19 | 2303 |
5.00
из
|
Заказать работу |
При планировании перевозок возникает необходимость в определении кратчайших расстояний между АТО, пунктами потребления и пунктами отправления грузов. Кратчайшие расстояния между пунктами являются основой для оплаты клиентами транспортных услуг, для учета расхода топлива, определения грузооборота АТО, расчета заработной платы водителей и т.д.
Определение расстояний перевозок осуществляется несколькими практическими способами.
1) Непосредственный замер расстояний по местности. Этот метод мало пригоден из-за значительных расстояний, на которые перевозятся грузы.
2) Обкатка маршрутов на автомобиле может производиться на основании показаний штатного спидометра или специального измерителя расстояний, который представляет собой дополнительное колесо с устройством для фиксации числа оборотов.
3) Замер по карте (плану) города или района с помощью курвиметра.
Всем этим способам присущ один серьезный недостаток: нет гарантии, что выбранный путь будет кратчайшим. Этот недостаток особенно сказывается при густоразветвленной дорожной сети современных городов, когда между удаленными точками имеется множество различных путей.
Для нахождения оптимального решения используются математические методы, при применении которых необходима в качестве исходных данных транспортная сеть, отражающая транспортные связи между различными точками.
Построение модели транспортной сети. Множество всех дорог города или района составляет дорожную сеть. Транспортная сеть — это совокупность дорог региона, пригодных для движения заданных транспортных средств.
Модель транспортной сети может быть представлена в виде графа.
Граф — это фигура, состоящая из точек (вершин) и соединяющих их отрезков (звеньев).
Вершины графа — это точки на сети, наиболее важные для определения расстояний или маршрутов движения.
Звенья графа — это отрезки транспортной сети, характеризующие наличие дорожной связи между соседними вершинами. Звенья графа характеризуются числами, которые могут иметь различный физический смысл. Чаще всего это расстояние, но может использоваться, например, и время движения.
Ориентированные по направлению звенья графа называются дугами.
Фактически всякое неориентированное звено графа включает в себя две равноценные, но противоположно направленные дуги. В зависимости от того, все или часть звеньев имеют направление, граф является ориентированным или смешанным. Граф, каждая вершина которого может быть соединена некоторой последовательностью звеньев с любой другой его вершиной, называется связанным графом. Иначе говоря, каждая вершина связанного графа должна иметь как минимум одну входящую и одну выходящую дугу. Граф, моделирующий транспортную сеть, обязательно должен быть связанным, чтобы всегда был путь из любой вершины в любую другую вершину.
Моделирование транспортной сети начинают с размещения вершин графа. За вершины графа принимают ГОП, ГПП, центры крупных жилых кварталов или небольших обособленных жилых пунктов и пересечения улиц. Каждой вершине присваивается порядковый номер или другое условное обозначение. После размещения вершин их связывают дугами или звеньями.
При построении модели транспортной сети особое внимание следует уделить максимально возможному уменьшению числа вершин. В противном случае транспортная сеть будет излишне сложна и определение кратчайших расстояний потребует длительного времени.
Одним из наиболее тривиальных методов определения минимального расстояния на графе является метод потенциалов.
Метод потенциалов для определения кратчайших расстояний заключается в следующем. Начальной вершине сети, за которую может быть принята любая из вершин, присваивают потенциал, равный нулю. Затем определяют потенциалы соседних с начальной точкой вершин сети. Значение потенциала равно расстоянию до вершины. Выбирают наименьший потенциал и присваивают его соответствующей вершине. Затем вычисляют потенциалы вер шин, соседних с выбранной, и снова выбирают наименьший потенциал и присваивают его соответствующей вершине и т.д.
Полное решение задачи включает в себя столько этапов, сколько вершин имеет транспортная сеть, поскольку на каждом этапе определяют потенциал или кратчайшее расстояние от начальной точки до одной из вершин сети.
Вопросы для повторения
1. Какими практическими способами определяется непо?
2. Что такое критерий оптимальности?
3. В чем особенность решения задач на транспорте методом линейного программирования?
4. Какие особенности характерны для задача линейного программирования?
5. В чем особенность решения задач на транспорте методом нелинейного программирования?
Формулировка и методы решения транспортной задачи
Оптимальное закрепление поставщиков однородного груза за потребителями, т.е. нахождение оптимальных грузопотоков, является классическим примером транспортной задачи. В этом случае потребителя не интересует, с какого конкретно склада ему будет доставлен, например, щебень. Но с точки зрения снижения транспортных издержек может наблюдаться существенная разница. Уменьшение расстояния перевозки грузов от поставщиков к потребителям в этом случае будет являться основным резервом снижения транспортных издержек.
В отдельных случаях транспортная задача может решаться не только для определения минимума пробега, который будет выполнен для доставки груза, но и для определения наиболее короткого времени, требуемого для выполнения перевозок, или их минимальной стоимости. В этом случае вместо матрицы расстояний между поставщиками и потребителями необходимо использовать матрицы времени движения или стоимости перевозок. Так как в подавляющем большинстве случаев перевозчик заинтересован в минимизации пробега, то в дальнейшем будет рассматриваться транспортная задача только на определение минимума расстояния (грузооборота).
Суть транспортной задачи линейного программирования состоит в следующем:
В пунктах отправления А1, А2,..., Аn, имеется однородный груз в количестве а1, а2,..., аn. Этот груз необходимо доставить в пункты потребления В1, В2,..., Вm в количестве b1, b2,..., bm. Известны кратчайшие расстояния сij, между всеми пунктами отправления и получения груза. Необходимо построить план перевозок таким образом, чтобы была удовлетворена потребность в грузе всех пунктов потребления, был бы вывезен весь груз из пунктов производства и при этом был бы обеспечен минимум транспортной работы в тонно-километрах.
Имеется m пунктов отправления (или пунктов производства) Аi …, Аm, в которых сосредоточены запасы однородных продуктов в количестве a1,..., аm единиц. Имеется n пунктов назначения (или пунктов потребления) В1,..., Вm, потребность которых в указанных продуктах составляет b1,..., bn единиц. Известны также транспортные расходы Сij, связанные с перевозкой единицы продукта из пункта Ai в пункт Вj, i 1, …, m; j 1,..., n. Рассмотрим вариант, при котором потребности количество груза у ГПП полностью покрываются наличием груза у ГОП, т.е. имеет место соотношение:
(2.11) |
Требуется составить такой план перевозок (откуда, куда и сколько единиц продукта везти), чтобы удовлетворить спрос всех пунктов потребления за счет реализации всего продукта, произведенного всеми пунктами производства, при минимальной общей стоимости всех перевозок. Приведенная формулировка транспортной задачи называется замкнутой транспортной моделью. Формализуем эту задачу.
Пусть хij - количество единиц продукта, поставляемого из пункта Аi в пункт Вj. Подлежащие минимизации суммарные затраты на перевозку продуктов из всех пунктов производства во все пункты потребления выражаются формулой:
(2.12) |
Суммарное количество продукта, направляемого из каждого пункта отправления во все пункты назначения, должно быть равно запасу продукта в данном пункте. Формально это означает, что
, i =1, …, m | (2.13) |
Суммарное количество груза, доставляемого в каждый пункт назначения из всех пунктов отправления, должно быть равно потребности. Это условие полного удовлетворения спроса:
, j =1, …, n | (2.14) |
Объемы перевозок - неотрицательные числа, так как перевозки из пунктов потребления в пункты производства исключены:
xij ≥0, i 1,..., m; j =1,..., n | (2.15) |
Транспортная задача сводится, таким образом, к минимизации суммарных затрат при выполнении условий полного удовлетворения спроса и равенства вывозимого количества продукта запасам его в пунктах отправления.
Определение 1.
Всякое неотрицательное решение системы линейных уравнений
, j 1, …, n и , i 1, …, m,
определяемое матрицей X=(xij)(i 1, …, m; j 1,..., n), называется планом транспортной задачи.
Определение 2.
План X*=(x*ij)(i 1, …, m; j 1,..., n), при котором функция
принимает свое минимальное значение, называется оптимальным планом транспортной задачи.
Обычно исходные данные записываются в виде таблицы 2.1.
Таблица 2.1
Исходные данные
Пункты отправления | Пункты назначения | Запасы | ||||
В1 | … | Bj | … | Bn | А1 | |
A1 | C11 X11 | … | C1j X1j | … | C1n X1n | a1 |
… | … | … | … | … | … | … |
Ai | Ci1 Xi1 | … | Cij Xij | … | Cin Xin | ai |
… | … | … | … | … | … | … |
Am | Cm1 Xm1 | … | Cmj Xmj | … | Cmn Xmn | am |
Потребности | b1 | … | bj | … | bn |
Очевидно, общее наличие груза у поставщиков равно , а общая потребность в грузе в пунктах назначения равна единице. Если общая потребность в грузе в пунктах назначения равна запасу груза в пунктах отправления, т.е.
(2.16) |
то модель такой транспортной задачи называется закрытой.
Транспортная задача, в которой суммарные запасы и потребности не совпадают, т. е. не выполняется условие , называется открытой. Для открытой модели может быть два случая:
а) суммарные запасы превышают суммарные потребности ;
б) суммарные потребности превышают суммарные запасы .
Линейная функция одинакова в обоих случаях, изменяется только вид системы ограничений.
Открытая модель решается приведением к закрытой модели.
В случае (а), когда суммарные запасы превышают суммарные потребности, вводится фиктивный потребитель Bn+1, потребности которого bn+1 = . В случае (б), когда суммарные потребности превышают суммарные запасы, вводится фиктивный поставщик Am+1, запасы которого am+1 = .
Стоимость перевозки единицы груза как фиктивного потребителя, так и стоимость перевозки единицы груза от фиктивного поставщика полагают равными нулю, так как груз в обоих случаях не перевозится.
После преобразований задача принимает вид закрытой модели и решается обычном способом. При равных стоимостях перевозки единицы груза от поставщиков к фиктивному потребителю затраты на перевозку груза реальным потребителям минимальны, а фиктивному потребителю будет направлен груз от наименее выгодных поставщиков. То же самое получаем и в отношении фиктивного поставщика.
Прежде чем решать какую-нибудь транспортную задачу, необходимо сначала проверить, к какой модели она принадлежит, и только после этого составить таблицу для ее решения (таблица 2.1).
Определение оптимального и опорного плана транспортной задачи
Определение оптимального плана транспортной задачи начинают с нахождения какого-нибудь ее опорного плана.
Число переменных Xij в транспортной задаче с m пунктами отправления и n пунктами назначения равно nm, а число уравнений равно n+m. Так как мы предполагаем, что выполняется условие (1), то число линейно независимых уравнений равно n+m-1.
Если в опорном плане число отличных от нуля компонентов равно в точности n+m-1, то план является не выраженным, а если меньше - то выраженным.
Для определения опорного плана существует несколько методов. Три из них - метод северно-западного угла, метод минимального элемента и метод аппроксимации Фогеля - рассмотрены ниже.
При составлении первоначального опорного плана методом северо-западного угла стоимость перевозки единицы не учитывается, поэтому построенный план далек от оптимального, получение которого связано с большим объемом вычислительных работ.
Для определения оптимального плана транспортной задачи можно использовать изложенные ниже методы. Ввиду исключительной практической важности этой задачи и специфики ее ограничений для определения оптимального плана транспортной задачи разработаны специальные методы. Один из них - Венгерский метод - рассматриваются ниже.
Методы определения первоначального опорного плана
Метод северо-западного угла
Построение допустимого первоначального плана методом северо-западного угла начинается с заполнения левой верхней клетки матрицы и заканчивается в правой нижней клетке матрицы. В каждую клетку заносят максимально возможную поставку, учитывая при этом возможности поставщика и спрос потребителя.
Груз, имеющийся у первого поставщика, распределяется так, чтобы сначала по возможности полностью удовлетворить потребности первого потребителя, потом второго и т.д. Затем переходят к распределению груза, имеющегося у второго поставщика, и так до полного распределения груза у всех поставщиков. Если спрос какого-либо потребителя превышает наличие груза у поставщика, то недостающий спрос удовлетворяют за счет следующего поставщика.
Способ построения первоначального допустимого плана методом северо-западного угла очень прост, но, как правило, полученный план далек от оптимального. Это объясняется тем, что составление плана производится механически, без учета расстояний между пунктами или стоимости перевозок.
Метод минимального элемента
Суть метода заключается в том, что из всей таблицы стоимостей выбирают наименьшую и в клетку, которая ей соответствует, помещают меньшее из чисел ai и bj. Затем из рассмотрения исключают либо строку, соответствующую поставщику, запасы которого полностью израсходованы, либо столбец, соответствующий потребителю, потребности которого полностью удовлетворены, либо и строку и столбец, если израсходованы запасы поставщика и удовлетворены потребности потребителя. Из оставшейся части таблицы стоимостей снова выбирают наименьшую стоимость, и процесс распределения запасов продолжают, пока все запасы не будут распределены, а потребности удовлетворены.
Метод аппроксимации Фогеля
При определении опорного плана транспортной задачи методом аппроксимации Фогеля находят разность по всем столбцам и по всем строкам между двумя записанными в них минимальными тарифами. Эти разности записывают в специально отведенных для этого строке и столбце в таблице условий задачи. Среди указанных разностей выбирают минимальную. В строке (или в столбце), которой данная разность соответствует, определяют минимальная стоимость.
Если минимальная стоимость одинакова для нескольких клеток столбца (строки), то для заполнения выбирают ту клетку, которая расположена в столбце (строке), соответствующем наибольшей разности между двумя минимальными стоимостями, находящимися в данном столбце (строке).
Методы определения оптимального плана
Венгерский метод
Идея метода была высказана венгерским математиком Эгервари и состоит в следующем. Строится начальный план перевозок, не удовлетворяющий в общем случае всем условиям задачи (из некоторых пунктов производства не весь продукт вывозится, потребность части пунктов потребления не полностью удовлетворена). Далее осуществляется переход к новому плану, более близкому к оптимальному. Последовательное применение этого приема за конечное число итераций приводит к решению задачи.
Алгоритм венгерского метода состоит из подготовительного этапа и из конечного числа итераций. На подготовительном этапе строится матрица X0 (xij[0])m,n, элементы которой неотрицательны и удовлетворяют неравенствам:
, i =1, …, m; , j =1, …, m. | (2.17) |
Если эти условия являются равенствами, то матрица Хo - решение транспортной задачи. Если среди условий имеются неравенства, то осуществляется переход к первой итерации. На k-й итерации строится матрица Хk (xij[0])m,n. Близость этой матрицы к решению задачи характеризует число Δk — суммарная невязка матрицы Хk:
. | (2.18) |
В результате первой итерации строится матрица Хl, состоящая из неотрицательных элементов. При этом Δl Δ0. Если Δl Δ0, то Хl - оптимальное решение задачи. Если Δl 0, то переходят к следующей итерации. Они проводятся до тех пор, пока Δk при некотором k не станет равным нулю. Соответствующая матрица Хk является решением транспортной задачи.
Венгерский метод наиболее эффективен при решении транспортных задач с целочисленными объемами производства и потребления. В этом случае число итераций не превышает величины Δ0/2 (Δ0 - суммарная невязка подготовительного этапа).
Достоинством венгерского метода является возможность оценивать близость результата каждой из итераций к оптимальному плану перевозок. Это позволяет контролировать процесс вычислений и прекратить его при достижении определенных точностных показателей. Данное свойство существенно для задач большой размерности.
Примеры решения задач
1) Построить модели Гриншильдса, Гринберга и обобщенную для (n=0,2).
При условие интесивности движения Nmax = 1200 авт/час, qmax = 20 авт/км. C = 140 км/ч
Решение
А) Модель Гринберга:
при n=-1
, (1.18)
Учитывая уравнение состояния:
. (1.2)
Имеем
,
Б) Модель Гриншильдса
(1.20)
При n = 1
Учитывая уравнение состояния:
. (1.2)
.
В)Обобщенная модель n =0,2
(1.24)
Из 1.20
Таким образом:
2) Посчитать мгновенную и среднюю скорость потоков для условий (qmax= 20 авт/км, С = 150 км/ч):
А) Гриншильдса
Б) Гринберга
В)Обобщенная (n=0)
Для плотности потока q = 10 авт/км
Для плотности потока q = 15 авт/км
Для плотности потока q = 18 авт/км
Решение:
Средняя
(1.33)
Мгновенная
а) n = 1
Vср = 103,9км/ч
43,52 км/ч
15,8 км/ч
б) n = -1
Vср = 750км/ч
375 км/ч
150 км/ч
В)
n = 0
196 км/ч
89 км/x
34км/ч
n = 2
196 км/ч
89 км/x
34км/ч
3) Посчитать вероятность того что из 3-х погрузочно разрузоных устройств 2 будут заняты (все устройства свободны), если время обслуживания – 20мин, а промежуток через который поступает требование 30 минут
Решение:
А)
Все заняты:
α= λtоб/=λ/v. | (1.59) |
Вероятность того, что обслуживанием поступающих требований заняты к устройств, равна
Pk=(ak/k!)/ Σ(ak/k!), | (1.60) |
где k изменяется от 0 до n — числа обслуживающих устройств.
Вероятность того, что все обслуживающие устройства свободны:
P0=1/ Σ(ak/k!). | (1.61) |
Вероятность того, что все обслуживающие устройства заняты:
Pn=P0/(ak/k!). | (1.62) |
α = (1/30)*20 = 2/3
2 будут свободны:
P = 0,431
Все будут свободны
P0 = 0,516
Тест для самопроверки
a) линейная зависимость между скоростью и плотностью;
b) нелинейная зависимость между скоростью и плотностью;
c) произведение плотности на скорость;
a) произведение плотности ТП на скорость ТП;
b) отношение плотности ТП к скорости ТП;
c) первая производная координаты по времени;
a) состояния ТП;
b) неразрывности ТП;
c) движения ТП;
a) n=-1;
b) n=1;
c) n¹-1;
a) зависимость плотности от скорости;
b) интенсивности от задержек ТП;
c) интенсивности от плотности;
a) мгновенную скорость ТП;
b) состав ТП;
c) задержки ТП;
a) средняя скорость ТП;
b) скорость распространения кинематической волны в ТП;
c) скорость волны изменения интенсивности ТП;
a) q=0;
b) q=qmax/2;
c) q=qmax;
a) скорость ТП максимальна;
b) автомобили вынуждены многократно трогаться и останавливаться;
c) интенсивность максимальна;
a) Гриншильдса;
b) Следования за лидером;
c) стохастическая;
История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!