李玉龙、苏涵、吴国滨等学者在《中国管理科学》期刊（Chinese Journal of Management Science）2025年8月8日网络首发的论文《”平急两用”无人机食品配送系统运营建模与优化研究》，针对地形复杂封闭区域的食品配送难题，创新性地提出了基于无人机技术的”平急两用”配送系统解决方案。该研究由中央财经大学管理科学与工程学院和低空经济研究中心合作完成，得到了国家自然科学基金等项目的支持。

学术背景与研究目标

在”平急两用”（dual-use for peacetime and emergency）公共基础设施建设的国家战略背景下，无人机配送因其能克服道路受损、信息中断等优势，成为解决偏远地区”最后一公里”配送难题的重要技术。然而现有研究多聚焦单一场景（平时或应急），缺乏全生命周期成本考量和平急转换机制研究。该研究旨在构建一个经济效益最大化且能快速响应灾害的无人机配送系统，通过联合优化模型实现两种模式的智能切换。

研究方法与流程

研究采用”问题建模-算法开发-案例验证”的三阶段框架：

1. 系统建模阶段：

   • 构建了包含9项成本要素的平时状态目标函数（式1），涵盖超航程成本、改造成本、无人机系统成本等
   • 设计应急状态三目标函数（式32），以时间成本最小化为核心
   • 提出21项约束条件（式20-31），包括配送点容量限制、无人机航程限制等
   • 创新性地引入Φ参数（0/1）实现平急模式切换

2. 算法开发阶段：

   • 针对传统遗传算法易陷入局部最优的问题，提出改进的混沌自适应遗传算法（ICAGA）：
     • 融合PWLCM混沌映射（式36）增强遍历性
     • 设计标杆比较、局部最优判定、调节三大模块
     • 改进自适应公式（式37-38）动态调整交叉率与变异率
   • 算法流程包括混沌初始化、轮盘赌选择、自适应交叉变异等步骤（图3）

3. 案例验证阶段：

   • 以北京暴雨受灾的BZ镇为案例，采集28个候选配送点和152个居民点数据
   • 通过MATLAB仿真对比ICAGA与传统算法性能
   • 设计灾害模拟测试评估系统鲁棒性

主要研究成果

1. 优化结果：

   • 平时状态下系统总成本降低23.7%（附表7）
   • 应急状态下72小时内完成全部配送（图6）
   • 配送点改造模式较新建模式节约成本41.2%

2. 算法性能：

   • ICAGA在10000次迭代中表现最优（图7）
   • 解决大规模算例（200节点）时优于对比算法15.6%（附表10）
   • 在CEC2005测试函数验证中收敛速度提升32%（附表11）

3. 系统可靠性：

   • 当≤4个配送点失效时系统仍能正常运行
   • 识别出关键配送点组合（2,5,9,13,18,25）构成最小径集
   • 应急配送点纳入使系统失效概率降低89%

研究价值与创新点

科学价值： 1. 首次提出”平急两用”无人机配送系统的全周期联合优化框架 2. 开发ICAGA算法解决了多约束组合优化问题 3. 建立灾害模拟测试方法评估系统应急能力

应用价值： 1. 为低空经济基础设施投资提供决策支持 2. 实现平时商业运营与灾害应急保障的双重目标 3. 可推广至山区、海岛等特殊地形区域

研究亮点： 1. 创新性地将混沌理论与自适应机制结合改进遗传算法 2. 构建包含经济成本与时间成本的多目标优化体系 3. 通过实际案例验证了模型的有效性和实用性

补充发现

研究还揭示： - 混沌算法在迭代初期表现较差但后期优势显著（图7黑圈节点） - 配送点空间分布密度与系统可靠性呈非线性关系 - 常温食品专送策略使应急响应效率提升67%

该研究为”平急两用”基础设施建设提供了可量化的技术方案，其提出的ICAGA算法在物流优化、应急管理等领域具有广泛的应用前景。未来研究可进一步考虑动态需求预测、多灾害场景模拟等扩展方向。