基于集合覆蓋模型的城市ＵＬＳ物流節(jié)點(diǎn)選址分析

姜陽光　龐大鈞

摘要:作為第五類運(yùn)輸與供應(yīng)系統(tǒng)的地下物流系統(tǒng),能夠緩解日益嚴(yán)重的城市交通擁擠問題,提高交通的安全性和可靠性,減少環(huán)境污染。物流節(jié)點(diǎn)作為系統(tǒng)的終端,主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的管理、控制功能以及對(duì)貨物進(jìn)行存儲(chǔ)、配送等功能,是城市地下物流系統(tǒng)的重要組成部分。主要運(yùn)用集合覆蓋模型對(duì)城市地下物流系統(tǒng)的物流節(jié)點(diǎn)選址問題進(jìn)行了初步的分析探討。

關(guān)鍵詞:城市地下物流系統(tǒng);集合覆蓋模型;選址

中圖分類號(hào):F272文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

Abstract: As the fifth type of transport and supply system, the Underground Logistics System(ULS)can help to reduce the traffic congestion and the pollution, and also improve traffic safety. The logistics link, as the terminal unit of the ULS, is an important part of the ULS which is not only principally in charge of the management and control of the system but also the freight storage and distribution. This paper mainly introduces the set covering model to analyze locations for urban ULS logistics links.

Key words: urban underground logistics system; set covering model; locations

0引言

近些年,隨著城市經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展,一方面,城市貨運(yùn)量增加,交通擁擠現(xiàn)象明顯,交通事故頻率升高,噪聲、空氣污染等環(huán)境問題尤為嚴(yán)重;另一方面,建筑用地緊張,大城市內(nèi)的地面交通道路擴(kuò)展彈性較小。這些問題都在困擾著城市的發(fā)展。作為第五類運(yùn)輸與供應(yīng)系統(tǒng)的城市地下物流系統(tǒng)(Underground Logistics System,ULS),通過把部分貨物的倉儲(chǔ)、運(yùn)輸分流到地下,來緩解城市地面交通壓力,減輕環(huán)境污染。城市地下物流系統(tǒng)具有快速、便捷、安全、環(huán)保的特點(diǎn),代表著現(xiàn)代化城市物流的發(fā)展方向,具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。

1城市地下物流系統(tǒng)物流節(jié)點(diǎn)概述

城市地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是由物流節(jié)點(diǎn)和物流線路所構(gòu)成的體系,主要完成貨物的運(yùn)輸、存儲(chǔ)、配送等功能。根據(jù)不同的需求,物流節(jié)點(diǎn)可規(guī)劃為物流中心和配送中心的形式。物流節(jié)點(diǎn)作為系統(tǒng)的終端,除負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的管理控制功能外,還肩負(fù)著對(duì)貨物的前期處理以及存儲(chǔ)保管配送等功能。所以,在城市地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中,作為物流節(jié)點(diǎn)的物流中心和配送中心是地下物流系統(tǒng)的重要組成部分,物流節(jié)點(diǎn)的位置及分布對(duì)物流活動(dòng)有很大影響。

2城市地下物流系統(tǒng)物流節(jié)點(diǎn)選址分析

2.1明確功能需求

城市地下物流系統(tǒng)作為一個(gè)新型系統(tǒng),規(guī)劃時(shí)首先要明確系統(tǒng)的功能需求。不同物流系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)不同需求點(diǎn)的需要,在服務(wù)對(duì)象上有所側(cè)重,這樣才能夠使城市地下物流系統(tǒng)有針對(duì)性地為用戶提供服務(wù)。所以在系統(tǒng)規(guī)劃期,首先需要對(duì)需求點(diǎn)及其需求點(diǎn)的需求量進(jìn)行科學(xué)預(yù)測。這里需要注意的是,由于地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是為城市未來的物流運(yùn)作而設(shè)計(jì)的,因此在分析時(shí)需要基于歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行中期以及長期預(yù)測。在對(duì)若干個(gè)需求點(diǎn)的位置和需求量進(jìn)行科學(xué)預(yù)測的前提下,以下運(yùn)用集合覆蓋模型對(duì)城市地下物流節(jié)點(diǎn)的設(shè)置進(jìn)行分析。

2.2集合覆蓋模型

所謂集合覆蓋模型(Set Covering model),就是對(duì)于需求已知的一些需求點(diǎn),設(shè)立相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)以及約束條件,確定一組物流設(shè)施來滿足這些需求點(diǎn)的需求量。具體的說,就是確定物流設(shè)施的最小數(shù)量和合適的位置(如圖1所示)。

集合覆蓋模型在商業(yè)物流系統(tǒng)的選址問題中應(yīng)用較為廣泛,優(yōu)點(diǎn)是它不僅能夠用最少的物流設(shè)施點(diǎn)覆蓋所有的用戶需求,而且由于地下物流系統(tǒng)的建設(shè)難度以及投資費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面建設(shè),所以在一定程度上能夠減輕地下物流系統(tǒng)建設(shè)初期巨大的投資費(fèi)用和建設(shè)難度。

集合覆蓋模型的具體形式為:

minx(1)

s.t. y=1i∈N (2)

dy≤Dxj∈M(3)

x=0 or 1j∈M (4)

y≥0i∈n, j∈M (5)

式中M——城市地下物流系統(tǒng)中可建設(shè)物流節(jié)點(diǎn)的候選點(diǎn)集合,M=1,2,…,m

N——城市內(nèi)功能需求點(diǎn)的集合,N

=1,2,…,n

d——第i個(gè)需求點(diǎn)的需求量

D——若第j個(gè)候選點(diǎn)選中時(shí),該物流節(jié)點(diǎn)的服務(wù)能力

Aj——物流節(jié)點(diǎn)j所覆蓋的需求點(diǎn)i的集合

Bi——可以覆蓋需求點(diǎn)i的物流節(jié)點(diǎn)j的集合

x=j∈M

y——節(jié)點(diǎn)i需求中被分配給物流節(jié)點(diǎn)j的部分

表達(dá)式(1)為目標(biāo)函數(shù),即從現(xiàn)有的M個(gè)可建設(shè)物流節(jié)點(diǎn)的位置中優(yōu)選出能夠覆蓋i個(gè)需求點(diǎn)的最小數(shù)目的物流節(jié)點(diǎn);約束方程(2)保證了每個(gè)需求點(diǎn)的需求完全得到滿足;約束方程(3)是對(duì)每個(gè)提供服務(wù)的物流節(jié)點(diǎn)服務(wù)能力的限制;約束方程(4)是物流節(jié)點(diǎn)是否位于j點(diǎn)的決策變量;非負(fù)約束(5)表示允許一個(gè)設(shè)施只提供部分的需求。

此模型中,在確定城市地下物流系統(tǒng)中可建設(shè)物流節(jié)點(diǎn)的候選點(diǎn)集合M時(shí),需要綜合考慮多方面因素,如城市布局、城市總體規(guī)劃、地質(zhì)條件、市政設(shè)施、交通狀況(包括與周圍公路、鐵路的連接)、技術(shù)條件、環(huán)境影響評(píng)價(jià)等,并進(jìn)行現(xiàn)場勘察的基礎(chǔ)上,確定物流節(jié)點(diǎn)的候選點(diǎn)。

2.3模型的求解

求解一個(gè)集合覆蓋模型需要解決兩方面的問題:

(1)選擇合適的設(shè)施位置(數(shù)學(xué)模型中的x變量)。

(2)指派客戶到相應(yīng)的設(shè)施中去(表達(dá)式中的y變量)。

求解一個(gè)集合覆蓋模型的物流節(jié)點(diǎn)選址問題,主要有兩大類方法:精確算法和啟發(fā)式算法。由于集合覆蓋模型是NP-hard問題,所以,精確算法(如分枝定界法等)一般只能求解規(guī)模較小的集合覆蓋問題。而在實(shí)際問題中,往往需求點(diǎn)數(shù)n和可供選擇的候選點(diǎn)數(shù)m較大(也可能m=n),一般需要設(shè)計(jì)啟發(fā)式算法,如遺傳算法、蟻群算法等來對(duì)模型進(jìn)行求解。

3結(jié)束語

(1)集合覆蓋模型不僅能夠用最少的物流節(jié)點(diǎn)覆蓋所有的用戶需求,而且能夠在一定程度上減輕地下物流系統(tǒng)建設(shè)初期巨大的投資費(fèi)用和建設(shè)難度。

(2)用集合覆蓋模型對(duì)配送中心或物流中心選址后,求解結(jié)果可能不是最優(yōu)解,但是必定是可行解。所以,在解決實(shí)際的地下物流系統(tǒng)物流節(jié)點(diǎn)選址問題時(shí),可以先采用集合覆蓋模型求出覆蓋所有客戶需求點(diǎn)所需的最少的節(jié)點(diǎn)數(shù)量,再將所得的節(jié)點(diǎn)數(shù)代入P-中值模型,用P-中值模型完成需求點(diǎn)與物流節(jié)點(diǎn)的分配,進(jìn)一步優(yōu)化配送線路,降低配送成本,提高配送效率。

(3)本文采用集合覆蓋模型對(duì)城市地下物流系統(tǒng)物流節(jié)點(diǎn)的設(shè)置進(jìn)行了初步分析,在此基礎(chǔ)之上可以針對(duì)實(shí)際工程作進(jìn)一步的分析和研究。

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