一家纯净水公司坐落在富含优质水资源的城市的郊区,生产的纯净水主要供给该城市。公司在城区建立了30个送水站,各送水站的位置和每天纯净水的需求量见附表。每天凌晨都要从工厂(位置设为原点)出发将纯净水运送至每个送水站。现有载重量为4吨、6吨、8吨三种运水车,运水车平均速度为30公里/小时,每辆车每日工作 6小时,每个送水站需要用10分钟的时间下货,运输车重载运费2元/吨公里,空载费用1.5元/公里,又应该如何调度使得费用最少?数学建模具体步骤
时间: 2024-02-12 12:03:26 浏览: 136
数学建模——纯净水安全监控问题
这是一个典型的运输问题,可以采用整数规划模型求解。
1. 定义决策变量
我们需要定义以下决策变量:
- $x_{ijk}$:表示第 $i$ 辆车在第 $j$ 个送水站装载 $k$ 吨水的数量,其中 $i\in\{1,2,3\}$ 表示三种载重量的车辆,$j\in\{1,2,\cdots,30\}$ 表示送水站编号,$k\in\{0,1,2,\cdots,8\}$ 表示装载的水量,最大为8吨。
- $y_{ij}$:表示第 $i$ 辆车是否在第 $j$ 个送水站装载水,其中 $i\in\{1,2,3\}$,$j\in\{1,2,\cdots,30\}$。
2. 建立数学模型
目标函数:最小化总运输费用
$$\min\sum_{i=1}^3\sum_{j=1}^{30}\sum_{k=0}^8(2d_{0j}+2d_{jk})x_{ijk}$$
其中,$d_{ij}$ 表示第 $i$ 个送水站和第 $j$ 个送水站之间的距离,可以通过经纬度计算得出。
约束条件:
- 每个送水站的需求量必须得到满足:
$$\sum_{i=1}^3\sum_{k=0}^8x_{ijk}=d_j,\quad j=1,2,\cdots,30$$
其中,$d_j$ 表示第 $j$ 个送水站的需求量。
- 每辆车的装载量不能超过其载重量:
$$\sum_{k=0}^8kx_{ijk}\leq q_i,\quad i=1,2,3$$
其中,$q_i$ 表示第 $i$ 辆车的载重量,分别为4吨、6吨、8吨。
- 每辆车最多只能在6小时内运输:
$$\sum_{j=1}^{30}\sum_{k=0}^8\frac{d_{0j}+d_{jk}}{30}\leq 6\times 60\times 3,\quad i=1,2,3$$
其中,$d_{0j}$ 表示工厂到第 $j$ 个送水站的距离。
- 如果一辆车在某个送水站装载水,则必须要去送水:
$$\sum_{j=1}^{30}y_{ij}\geq \sum_{j=1}^{30}\sum_{k=0}^8x_{ijk},\quad i=1,2,3$$
- 如果一辆车去了某个送水站,则必须在该站装载水:
$$y_{ij}\geq x_{ijk},\quad i=1,2,3,\ j=1,2,\cdots,30,\ k=0,1,\cdots,8$$
3. 求解模型
将约束条件和目标函数输入求解器,即可得到最优解,即总运输费用最小的调度方案。
4. 结果分析和优化
可以根据求解结果进行分析和优化,比如调整送水站的分布、增加或减少车辆数量和载重量等,以达到进一步降低运输成本的目的。
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