本发明涉及车辆动态调度优化，尤其涉及一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度方法及系统。
背景技术：
1、面对经济发展与资源约束、环境保护之间的深刻矛盾，对汽车、电子、家电等关键行业的废旧产品进行高效回收、拆解与再制造，可以破解资源瓶颈，减轻环境压力，推动经济社会的绿色转型。回收作为关键手段之一，将回收物流与正向销售物流协同调度可有效整合物流资源，降低空驶率，减少无效运输，实现物流系统的整体优化。
2、在实际车辆调度过程中，约束条件较理论研究复杂，且在家电产品销售及回收领域，货物为强异构物品，种类繁多、大小形状各异，若调度方案不合理，会导致车辆资源浪费。另外随着智能交通系统、物联网和网络通信技术的发展，获取车辆实时的运行状态和交通状况成为常态，传统的静态调度面临着挑战，其无法根据车辆实际运行状况进行方案的调整，且运行路径和装载位置的选择偏于依赖人工经验。因此动态车辆调度得到了广泛的研究，目前研究多考虑客户需求和交通状态的动态变化，且通过构建调度系统进行车辆路径的规划和监控。
3、数字孪生作为新兴的技术，将虚拟世界与现实世界进行融合，实现物理实体和孪生模型之间的交互。dt许多关键的使能技术已经在物流领域到位，如物流设施的布局优化、设计和运营，从规划设计、生产制造、运营维护到退役处置，实现全过程的数字化、可视化管理。dt在配送和货物装载上应用较少，多用于正向调度方案的显示和优化。
4、因此，针对传统车辆调度中对双向物流研究较少，且难以实现应对车辆实际运行过程中的突发情况，如交通堵塞、车辆故障等，导致车辆调度效率、车辆装载率和可实用性低的问题，本发明提出了一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度方法及系统，创建与实际物流系统对应的虚拟模型，通过指定动态响应策略，实现实时监控和快速动态响应，以提高车辆调度的高效性和灵活性。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度方法及系统，利用数字孪生模型进行模拟仿真，结合先进的算法优化车辆的双向调度，以达到资源利用最大化；基于数字孪生技术的预测能力，提前识别潜在的运输偏离，通过动态调度和装箱方案的生成，减少不必要的运输和空载，从而有效控制物流成本，提高客户满意度；本发明为决策人员提供直观的决策支持工具，通过数字孪生系统实时查看物流状态，辅助做出快速而准确的调度决策，通过可视化显示为操作人员的车辆行驶和货物装箱提供指导。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度方法，具体步骤如下：
3、s1、构建数字孪生双向车辆动态调度系统；
4、s2、获取实体层的物流网络布局，静态数据和订单数据，并通过api接口输入算法模块；
5、s3、对初步静态的车辆路径和三维装箱进行优化求解，并输入到方案数据库中；在系统中创建与实际物流系统对应的虚拟模型，进行仿真和可视化显示和交互；
6、s4、对整体车辆的调度情况进行监控，包括gps数据上传呈现的车辆实时位置、车厢监控图像的显示以及各网络节点和车辆订单数据的统计显示；
7、s5、根据gps系统获取车辆位置判定是否偏离规划节点路径，是否触发动态调整机制及方案更改；
8、s6、触发动态调整机制及方案更改显示，触发动态调整机制后，需要将当前的车辆运行信息输入至调度算法中进行重新优化。
9、优选的，在步骤s1中，一种基于数字孪生的双向车辆动态调度系统架构包括实体层、传输层、存储层和应用层。
10、优选的，实体层为系统所服务的和需要采集数据的对象，包括网络节点、运行车辆、车辆驾驶、装箱人员和企业订单信息系统；实体层提供系统所需的数据，并接受调度系统所反馈的信息进行指导和决策；
11、传输层通过多个api接口进行数据的传输；
12、存储层用于存储调度过程中输入输出的各类数据及后台管理数据；
13、应用层包括系统的最终显示界面和功能模块。
14、优选的，存储层包括用户管理和调度算法模块，针对不同类型的用户，即系统决策人员和操作人员，系统权限和呈现的可视化信息有所差别，系统决策人员根据实际情况从算法模块中选择适用的调度算法。
15、优选的，应用层功能模块包括：
16、车辆调度可视化模块，对于调度算法得到的结果，将节点访问顺序通过系统的仿真功能进行显示；
17、车辆装箱可视化模块，将装箱算法得到的每个物品对应的三维坐标进行可视化呈现，操作人员通过使用手机扫描货物条码可以得到对应的物品的放置位置，并在三维装箱图上进行突出显示；
18、运行监控模块，对实施的车辆运行情况进行监控，包括gps数据上传呈现的车辆实时位置，车厢监控图像的显示以及各网络节点和车辆订单数据的统计显示；
19、动态调整模块，对车辆实际运行数据与调度结果进行对比，当两者存在差异或出现差异趋势时，进行车辆调度和装箱方案的调整，并将新方案重新传入系统进行前后方案对比显示。
20、优选的，在步骤s3中，调度问题的优化目标，如下所示：
21、
22、其中，优化目标f1中的f表示车辆的固定发车成本；后半部分为行驶的油耗成本，与行驶距离dij、每段路程的车载率qij/g以及满载e2和空载时的油耗成本e1相关；优化目标f2为车辆装载货物的容积利用率最大；lis，wis，his为车辆所装所有客户货物的三维尺寸，v为车辆的容积；n为客户数量；m为配送中心的数量。
23、优选的，在步骤s5中，触发动态调整机制的具体过程如下：
24、s41、首先，对车辆位置进行实时监控显示；
25、s42、对车辆gps数据进行获取、存储和显示，以及运输计划的状态对比；
26、s43、判断车辆是否与运输计划有差异；若差异超过设定阈值，则触发动态规划机制，并将车辆装车计划调整方案进行显示；
27、s44、将当前客户点的位置、装载情况作为虚拟的初始装箱状态传入动态规划中。
28、优选的，在步骤s5中，判断是否触发动态调整机制的方法分为两种情况：
29、(1)车辆到达客户点后，司机需要进行位置打卡、监督工作以及确认车辆运行状态；根据打卡位置，进行校验和识别，若与规划不同则触发动态调整机制；
30、(2)根据孪生系统预测车辆的行驶轨迹，提前识别、评估车辆行驶路径的偏差和距离下一客户点的位置，设定一个偏差阈值，如行驶偏离下一客户点的预定路线超过5％，则触发动态调整机制，设计方案需要持续评估。
31、优选的，在步骤s6中，触发动态调整机制后，对当前的车辆运行信息输入至调度算法中进行重新优化，优化目标更新如下：
32、
33、其中，已服务客户集：c1＝{0，1，…，c'-1}；未服务客户集：c2＝{c'，c'+1，…，n}；c'为当前的服务客户点即虚拟配送中心；si为顾客i的客户满意度指标；n为客户数量。
34、因此，本发明采用上述一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度方法及系统，有益效果如下：
35、1.在面向双向物流调度的应用场景中，构建双向物流调度系统，进行节点设置，订单获取，车辆调度规划，车辆运行及装箱，车辆监控和动态调整的物流全流程的可视化和交互，以进行数据处理、调度决策进行实体车辆和数字孪生虚拟场景的交互和服务；
36、2.对于车辆实际运行过程中的突发情况，通过系统获取车辆运行数据，设置动态调整触发规则进行动态调度，以快速响应和调整，提高方案的实际可行性、车辆利用率和客户满意度，该动态系统具有灵活性、高效性；
37、3.利用数字孪生模型进行模拟仿真，结合先进的算法优化车辆的双向调度，以达到资源利用最大化；基于数字孪生技术的预测能力，提前识别潜在的运输偏离，通过动态调度和装箱方案的生成，减少不必要的运输和空载，从而有效控制物流成本，提高客户满意度；
38、4.本发明为决策人员提供直观的决策支持工具，通过数字孪生系统实时查看物流状态，辅助做出快速而准确的调度决策，通过可视化显示为操作人员的车辆行驶和货物装箱提供指导。
39、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度方法，其特征在于：在步骤s1中，一种基于数字孪生的双向车辆动态调度系统架构包括实体层、传输层、存储层和应用层。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度系统，其特征在于：实体层为系统所服务的和需要采集数据的对象，包括网络节点、运行车辆、车辆驾驶、装箱人员和企业订单信息系统；实体层提供系统所需的数据，并接受调度系统所反馈的信息进行指导和决策；
4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度系统，其特征在于：存储层包括用户管理和调度算法模块，针对不同类型的用户，即系统决策人员和操作人员，系统权限和呈现的可视化信息有所差别，系统决策人员根据实际情况从算法模块中选择适用的调度算法。
5.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度系统，其特征在于，应用层功能模块包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度方法，其特征在于，在步骤s3中，调度问题的优化目标，如下所示：
7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度方法，其特征在于，在步骤s5中，触发动态调整机制的具体过程如下：
8.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度方法，其特征在于，在步骤s5中，判断是否触发动态调整机制的方法分为两种情况：
9.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的双向车辆动态装箱调度方法，其特征在于，在步骤s6中，触发动态调整机制后，对当前的车辆运行信息输入至调度算法中进行重新优化，优化目标更新如下：
