基于雙層規(guī)劃模型城市ULS節(jié)點最優(yōu)選址分析

謝麗

摘要：ULS節(jié)點的選址決定了整個物流網(wǎng)絡的結(jié)構和規(guī)模也關系著建設成本和物流費用以及客戶服務水平的高低。采用雙層規(guī)劃模型來描述ULS節(jié)點最優(yōu)選址問題。上層規(guī)劃以物流總費用最小為目標，從決策者的角度出發(fā)考慮ULS節(jié)點布局與運輸作業(yè)、倉儲作業(yè)成本間的關系；下層規(guī)劃從滿足使用者需求的角度考慮，用最少的物流節(jié)點覆蓋所有的客戶需求。最后，針對ULS節(jié)點最優(yōu)選址的雙層規(guī)劃模型給出求解算法。

關鍵詞：城市ULS；雙層規(guī)劃；物流費用；遺傳算法

中圖分類號：F25

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2014）02007202

1引言

介于大城市普遍存在著交通擁堵、能源浪費、環(huán)境污染等問題，嚴重影響了城市居民的生活質(zhì)量和生存環(huán)境的安全，迫切需要一種能創(chuàng)造性地解決上述問題的措施。為了解決這一問題，發(fā)展城市地下物流系統(tǒng)應運而生。國內(nèi)對城市地下物流系統(tǒng)的研究主要集中在兩方面：一是對國外城市地下物流系統(tǒng)的介紹；二是探討城市地下物流系統(tǒng)的規(guī)劃。其次，對城市地下物流系統(tǒng)在實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展等方面和地下物流系統(tǒng)運載方式的探究，以及地下物流面臨的投資風險進行了評價。但目前國內(nèi)外未涉及地下物流節(jié)點的選址研究，由于ULS初期建設成本很高，系統(tǒng)的建設成本平均在1億元/Km左右，因而節(jié)點的選址和規(guī)模對整個ULS的建設成本以及服務水平起著舉足輕重的作用。物流節(jié)點是整個物流網(wǎng)絡的中樞，節(jié)點位置的確定決定著整個物流網(wǎng)絡的形式，同時影響系統(tǒng)建設成本。因此，本文將對ULS節(jié)點選址及規(guī)模進行初步探究，為將來ULS的建設發(fā)展提供初步理論。

2城市ULS節(jié)點概述及選址分析

地下物流系統(tǒng)（ULS，Underground Logistics System）是城市外的貨物通過各種運輸方式運到城市邊緣的機場、物流園區(qū)、貨運站，經(jīng)過分揀、包裝后通過ULS運送到目的地。城市地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡由物流節(jié)點和網(wǎng)絡路線組成。由城市地下物流系統(tǒng)的概念可知，城市地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡可分為兩部分：一部分是指由管道、隧道、通信線路等構成ULS的網(wǎng)絡線路；另一部分是指由存儲場所構成的ULS的節(jié)點。

城市ULS中的物流中心和配送中心，是城市ULS節(jié)點的主要形式，具有銜接功能、信息功能、管理功能，是整個地下物流系統(tǒng)的中樞，擔負著貨物運輸、儲存保管、流通加工、裝卸搬運以及信息傳遞的任務，對整個城市地下物流系統(tǒng)進行控制、管理、維護以及信息處理，對裝卸工具以及運載工具進行維護管理和控制等。圖2為地下物流系統(tǒng)簡單的網(wǎng)絡結(jié)構示意圖。

ULS節(jié)點既連接城市ULS又銜接傳統(tǒng)地面運輸系統(tǒng)，其運輸工具是AVG（自動導向車）和自動化兩用卡車。物流節(jié)點選址在ULS規(guī)劃中很重要，物流節(jié)點一旦確定并建設完工，則將難以輕易改動。在規(guī)劃中要結(jié)合城市的自然條件、土地條件、未來貨運需求等綜合考慮進行選址。ULS節(jié)點類似于地鐵站的規(guī)劃，地鐵交通要覆蓋整個城市因此地鐵站點應選擇在臨近商業(yè)圈、工業(yè)區(qū)、居住圈以及郊區(qū)。

3ULS節(jié)點選址優(yōu)化模型

雙層規(guī)劃是一種具有二層遞階結(jié)構的系統(tǒng)優(yōu)化問題，上層給定一個決策變量，下層系統(tǒng)以這個決策變量為參量，據(jù)下層目標函數(shù)和約束條件，在可能的范圍內(nèi)求得一個最優(yōu)值，并將自己的最佳反應反饋給上層，上層再在下層的最佳反應的基礎上，在可能的范圍內(nèi)求得整體上的最優(yōu)解。本文采用雙層規(guī)劃模型來描述ULS節(jié)點最優(yōu)選址問題。物流網(wǎng)絡的構建決策同時涉及到?jīng)Q策者和使用者，因此物流網(wǎng)絡節(jié)點的選址是兩者相互決策的行為，是一個典型的雙層決策問題。

3.1建立雙層規(guī)劃模型結(jié)構

本文研究的城市ULS，其節(jié)點包括貨源地、配送中心和需求地。位于城市邊緣的機場、物流園區(qū)、貨運站的貨源地的產(chǎn)品通過配送中心分撥到各需求地。決策者在滿足廣義物流費用最小和客戶的需求的基礎上，如何選選擇最佳物流節(jié)點位置，以最小總成本獲得最大效益。模型采用的如下假設：

（1）假設已知需求點，有備選物流中心集，物流中心不存在缺貨情況。

（2）假設需求點對產(chǎn)品的需求是隨機的，服從正態(tài)分布。

（3）假設所有配送導向車都是同種類型且不限數(shù)量，配送費用和配送距離成線性關系。

3.2上層模型

上層模型以廣義物流總費用最小為目標函數(shù)，其中物流總費用考慮配送費用、倉儲建設費用、庫存保管費用三項。

3.2.1變量及符號說明

5總結(jié)

城市ULS初期建設成本很高，節(jié)點選址關系到整個物流系統(tǒng)的建設成本和服務客戶的水平，因此對于ULS節(jié)點的選址要采用適合的模型來確定節(jié)點的位置。基于上述問題，本文探討了ULS節(jié)點選址的雙層規(guī)劃模型，采用既反映決策者又反映使用者的物流節(jié)點選址雙層規(guī)劃模型，并給出了該模型的求解算法的步驟，這是解決ULS節(jié)點選址與布局的有效途徑之一。由于數(shù)據(jù)量的龐大及實際生活中沒有投入商業(yè)使用的ULS所以采集不到數(shù)據(jù)，本文并沒有給出實際算例分析，但是模型的建立與求解方法能對ULS節(jié)點選址與規(guī)劃起到一定的指導與參考作用。

參考文獻

[1]徐國峰.城市地下物流系統(tǒng)構架研究[D].華中科技大學，2012.

[2]張耀平，王大慶.城市地下管道物流發(fā)展前景及研究內(nèi)容初探[J].技術經(jīng)濟，2002.

[3]馬祖軍.城市地下物流系統(tǒng)及設計[J].物流技術上，2004.

[4]潘盛藝，毛海軍.城市地下物流規(guī)劃建設關鍵問題發(fā)展研究[J].國際物流，2009.

[5]黃歐龍，陳志龍.城市地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)劃初探[J].物流技術與應用，2005.

[6]李鵬，朱合華.地下物流系統(tǒng)對城市可持續(xù)發(fā)展的作用探討[J].地下空間與工程學報，2007.

[7]王正，黃歐龍.地下物流系統(tǒng)開發(fā)模式探討[J].物流技術，2007.

[8]傅方方.城市地下物流系統(tǒng)風險評價及發(fā)展前景研究[D].大連海事大學，2010.

[9]Bracken J， McGill J. Mathematical programs with optimization problems in the constraints. Operation Research， 1973.

摘要：ULS節(jié)點的選址決定了整個物流網(wǎng)絡的結(jié)構和規(guī)模也關系著建設成本和物流費用以及客戶服務水平的高低。采用雙層規(guī)劃模型來描述ULS節(jié)點最優(yōu)選址問題。上層規(guī)劃以物流總費用最小為目標，從決策者的角度出發(fā)考慮ULS節(jié)點布局與運輸作業(yè)、倉儲作業(yè)成本間的關系；下層規(guī)劃從滿足使用者需求的角度考慮，用最少的物流節(jié)點覆蓋所有的客戶需求。最后，針對ULS節(jié)點最優(yōu)選址的雙層規(guī)劃模型給出求解算法。

關鍵詞：城市ULS；雙層規(guī)劃；物流費用；遺傳算法

中圖分類號：F25

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2014）02007202

1引言

介于大城市普遍存在著交通擁堵、能源浪費、環(huán)境污染等問題，嚴重影響了城市居民的生活質(zhì)量和生存環(huán)境的安全，迫切需要一種能創(chuàng)造性地解決上述問題的措施。為了解決這一問題，發(fā)展城市地下物流系統(tǒng)應運而生。國內(nèi)對城市地下物流系統(tǒng)的研究主要集中在兩方面：一是對國外城市地下物流系統(tǒng)的介紹；二是探討城市地下物流系統(tǒng)的規(guī)劃。其次，對城市地下物流系統(tǒng)在實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展等方面和地下物流系統(tǒng)運載方式的探究，以及地下物流面臨的投資風險進行了評價。但目前國內(nèi)外未涉及地下物流節(jié)點的選址研究，由于ULS初期建設成本很高，系統(tǒng)的建設成本平均在1億元/Km左右，因而節(jié)點的選址和規(guī)模對整個ULS的建設成本以及服務水平起著舉足輕重的作用。物流節(jié)點是整個物流網(wǎng)絡的中樞，節(jié)點位置的確定決定著整個物流網(wǎng)絡的形式，同時影響系統(tǒng)建設成本。因此，本文將對ULS節(jié)點選址及規(guī)模進行初步探究，為將來ULS的建設發(fā)展提供初步理論。

2城市ULS節(jié)點概述及選址分析

地下物流系統(tǒng)（ULS，Underground Logistics System）是城市外的貨物通過各種運輸方式運到城市邊緣的機場、物流園區(qū)、貨運站，經(jīng)過分揀、包裝后通過ULS運送到目的地。城市地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡由物流節(jié)點和網(wǎng)絡路線組成。由城市地下物流系統(tǒng)的概念可知，城市地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡可分為兩部分：一部分是指由管道、隧道、通信線路等構成ULS的網(wǎng)絡線路；另一部分是指由存儲場所構成的ULS的節(jié)點。

城市ULS中的物流中心和配送中心，是城市ULS節(jié)點的主要形式，具有銜接功能、信息功能、管理功能，是整個地下物流系統(tǒng)的中樞，擔負著貨物運輸、儲存保管、流通加工、裝卸搬運以及信息傳遞的任務，對整個城市地下物流系統(tǒng)進行控制、管理、維護以及信息處理，對裝卸工具以及運載工具進行維護管理和控制等。圖2為地下物流系統(tǒng)簡單的網(wǎng)絡結(jié)構示意圖。

ULS節(jié)點既連接城市ULS又銜接傳統(tǒng)地面運輸系統(tǒng)，其運輸工具是AVG（自動導向車）和自動化兩用卡車。物流節(jié)點選址在ULS規(guī)劃中很重要，物流節(jié)點一旦確定并建設完工，則將難以輕易改動。在規(guī)劃中要結(jié)合城市的自然條件、土地條件、未來貨運需求等綜合考慮進行選址。ULS節(jié)點類似于地鐵站的規(guī)劃，地鐵交通要覆蓋整個城市因此地鐵站點應選擇在臨近商業(yè)圈、工業(yè)區(qū)、居住圈以及郊區(qū)。

3ULS節(jié)點選址優(yōu)化模型

雙層規(guī)劃是一種具有二層遞階結(jié)構的系統(tǒng)優(yōu)化問題，上層給定一個決策變量，下層系統(tǒng)以這個決策變量為參量，據(jù)下層目標函數(shù)和約束條件，在可能的范圍內(nèi)求得一個最優(yōu)值，并將自己的最佳反應反饋給上層，上層再在下層的最佳反應的基礎上，在可能的范圍內(nèi)求得整體上的最優(yōu)解。本文采用雙層規(guī)劃模型來描述ULS節(jié)點最優(yōu)選址問題。物流網(wǎng)絡的構建決策同時涉及到?jīng)Q策者和使用者，因此物流網(wǎng)絡節(jié)點的選址是兩者相互決策的行為，是一個典型的雙層決策問題。

3.1建立雙層規(guī)劃模型結(jié)構

本文研究的城市ULS，其節(jié)點包括貨源地、配送中心和需求地。位于城市邊緣的機場、物流園區(qū)、貨運站的貨源地的產(chǎn)品通過配送中心分撥到各需求地。決策者在滿足廣義物流費用最小和客戶的需求的基礎上，如何選選擇最佳物流節(jié)點位置，以最小總成本獲得最大效益。模型采用的如下假設：

（1）假設已知需求點，有備選物流中心集，物流中心不存在缺貨情況。

（2）假設需求點對產(chǎn)品的需求是隨機的，服從正態(tài)分布。

（3）假設所有配送導向車都是同種類型且不限數(shù)量，配送費用和配送距離成線性關系。

3.2上層模型

上層模型以廣義物流總費用最小為目標函數(shù)，其中物流總費用考慮配送費用、倉儲建設費用、庫存保管費用三項。

3.2.1變量及符號說明

5總結(jié)

城市ULS初期建設成本很高，節(jié)點選址關系到整個物流系統(tǒng)的建設成本和服務客戶的水平，因此對于ULS節(jié)點的選址要采用適合的模型來確定節(jié)點的位置。基于上述問題，本文探討了ULS節(jié)點選址的雙層規(guī)劃模型，采用既反映決策者又反映使用者的物流節(jié)點選址雙層規(guī)劃模型，并給出了該模型的求解算法的步驟，這是解決ULS節(jié)點選址與布局的有效途徑之一。由于數(shù)據(jù)量的龐大及實際生活中沒有投入商業(yè)使用的ULS所以采集不到數(shù)據(jù)，本文并沒有給出實際算例分析，但是模型的建立與求解方法能對ULS節(jié)點選址與規(guī)劃起到一定的指導與參考作用。

參考文獻

[1]徐國峰.城市地下物流系統(tǒng)構架研究[D].華中科技大學，2012.

[2]張耀平，王大慶.城市地下管道物流發(fā)展前景及研究內(nèi)容初探[J].技術經(jīng)濟，2002.

[3]馬祖軍.城市地下物流系統(tǒng)及設計[J].物流技術上，2004.

[4]潘盛藝，毛海軍.城市地下物流規(guī)劃建設關鍵問題發(fā)展研究[J].國際物流，2009.

[5]黃歐龍，陳志龍.城市地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)劃初探[J].物流技術與應用，2005.

[6]李鵬，朱合華.地下物流系統(tǒng)對城市可持續(xù)發(fā)展的作用探討[J].地下空間與工程學報，2007.

[7]王正，黃歐龍.地下物流系統(tǒng)開發(fā)模式探討[J].物流技術，2007.

[8]傅方方.城市地下物流系統(tǒng)風險評價及發(fā)展前景研究[D].大連海事大學，2010.

[9]Bracken J， McGill J. Mathematical programs with optimization problems in the constraints. Operation Research， 1973.

摘要：ULS節(jié)點的選址決定了整個物流網(wǎng)絡的結(jié)構和規(guī)模也關系著建設成本和物流費用以及客戶服務水平的高低。采用雙層規(guī)劃模型來描述ULS節(jié)點最優(yōu)選址問題。上層規(guī)劃以物流總費用最小為目標，從決策者的角度出發(fā)考慮ULS節(jié)點布局與運輸作業(yè)、倉儲作業(yè)成本間的關系；下層規(guī)劃從滿足使用者需求的角度考慮，用最少的物流節(jié)點覆蓋所有的客戶需求。最后，針對ULS節(jié)點最優(yōu)選址的雙層規(guī)劃模型給出求解算法。

關鍵詞：城市ULS；雙層規(guī)劃；物流費用；遺傳算法

中圖分類號：F25

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2014）02007202

1引言

介于大城市普遍存在著交通擁堵、能源浪費、環(huán)境污染等問題，嚴重影響了城市居民的生活質(zhì)量和生存環(huán)境的安全，迫切需要一種能創(chuàng)造性地解決上述問題的措施。為了解決這一問題，發(fā)展城市地下物流系統(tǒng)應運而生。國內(nèi)對城市地下物流系統(tǒng)的研究主要集中在兩方面：一是對國外城市地下物流系統(tǒng)的介紹；二是探討城市地下物流系統(tǒng)的規(guī)劃。其次，對城市地下物流系統(tǒng)在實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展等方面和地下物流系統(tǒng)運載方式的探究，以及地下物流面臨的投資風險進行了評價。但目前國內(nèi)外未涉及地下物流節(jié)點的選址研究，由于ULS初期建設成本很高，系統(tǒng)的建設成本平均在1億元/Km左右，因而節(jié)點的選址和規(guī)模對整個ULS的建設成本以及服務水平起著舉足輕重的作用。物流節(jié)點是整個物流網(wǎng)絡的中樞，節(jié)點位置的確定決定著整個物流網(wǎng)絡的形式，同時影響系統(tǒng)建設成本。因此，本文將對ULS節(jié)點選址及規(guī)模進行初步探究，為將來ULS的建設發(fā)展提供初步理論。

2城市ULS節(jié)點概述及選址分析

地下物流系統(tǒng)（ULS，Underground Logistics System）是城市外的貨物通過各種運輸方式運到城市邊緣的機場、物流園區(qū)、貨運站，經(jīng)過分揀、包裝后通過ULS運送到目的地。城市地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡由物流節(jié)點和網(wǎng)絡路線組成。由城市地下物流系統(tǒng)的概念可知，城市地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡可分為兩部分：一部分是指由管道、隧道、通信線路等構成ULS的網(wǎng)絡線路；另一部分是指由存儲場所構成的ULS的節(jié)點。

城市ULS中的物流中心和配送中心，是城市ULS節(jié)點的主要形式，具有銜接功能、信息功能、管理功能，是整個地下物流系統(tǒng)的中樞，擔負著貨物運輸、儲存保管、流通加工、裝卸搬運以及信息傳遞的任務，對整個城市地下物流系統(tǒng)進行控制、管理、維護以及信息處理，對裝卸工具以及運載工具進行維護管理和控制等。圖2為地下物流系統(tǒng)簡單的網(wǎng)絡結(jié)構示意圖。

ULS節(jié)點既連接城市ULS又銜接傳統(tǒng)地面運輸系統(tǒng)，其運輸工具是AVG（自動導向車）和自動化兩用卡車。物流節(jié)點選址在ULS規(guī)劃中很重要，物流節(jié)點一旦確定并建設完工，則將難以輕易改動。在規(guī)劃中要結(jié)合城市的自然條件、土地條件、未來貨運需求等綜合考慮進行選址。ULS節(jié)點類似于地鐵站的規(guī)劃，地鐵交通要覆蓋整個城市因此地鐵站點應選擇在臨近商業(yè)圈、工業(yè)區(qū)、居住圈以及郊區(qū)。

3ULS節(jié)點選址優(yōu)化模型

雙層規(guī)劃是一種具有二層遞階結(jié)構的系統(tǒng)優(yōu)化問題，上層給定一個決策變量，下層系統(tǒng)以這個決策變量為參量，據(jù)下層目標函數(shù)和約束條件，在可能的范圍內(nèi)求得一個最優(yōu)值，并將自己的最佳反應反饋給上層，上層再在下層的最佳反應的基礎上，在可能的范圍內(nèi)求得整體上的最優(yōu)解。本文采用雙層規(guī)劃模型來描述ULS節(jié)點最優(yōu)選址問題。物流網(wǎng)絡的構建決策同時涉及到?jīng)Q策者和使用者，因此物流網(wǎng)絡節(jié)點的選址是兩者相互決策的行為，是一個典型的雙層決策問題。

3.1建立雙層規(guī)劃模型結(jié)構

本文研究的城市ULS，其節(jié)點包括貨源地、配送中心和需求地。位于城市邊緣的機場、物流園區(qū)、貨運站的貨源地的產(chǎn)品通過配送中心分撥到各需求地。決策者在滿足廣義物流費用最小和客戶的需求的基礎上，如何選選擇最佳物流節(jié)點位置，以最小總成本獲得最大效益。模型采用的如下假設：

（1）假設已知需求點，有備選物流中心集，物流中心不存在缺貨情況。

（2）假設需求點對產(chǎn)品的需求是隨機的，服從正態(tài)分布。

（3）假設所有配送導向車都是同種類型且不限數(shù)量，配送費用和配送距離成線性關系。

3.2上層模型

上層模型以廣義物流總費用最小為目標函數(shù)，其中物流總費用考慮配送費用、倉儲建設費用、庫存保管費用三項。

3.2.1變量及符號說明

5總結(jié)

城市ULS初期建設成本很高，節(jié)點選址關系到整個物流系統(tǒng)的建設成本和服務客戶的水平，因此對于ULS節(jié)點的選址要采用適合的模型來確定節(jié)點的位置。基于上述問題，本文探討了ULS節(jié)點選址的雙層規(guī)劃模型，采用既反映決策者又反映使用者的物流節(jié)點選址雙層規(guī)劃模型，并給出了該模型的求解算法的步驟，這是解決ULS節(jié)點選址與布局的有效途徑之一。由于數(shù)據(jù)量的龐大及實際生活中沒有投入商業(yè)使用的ULS所以采集不到數(shù)據(jù)，本文并沒有給出實際算例分析，但是模型的建立與求解方法能對ULS節(jié)點選址與規(guī)劃起到一定的指導與參考作用。

參考文獻

[1]徐國峰.城市地下物流系統(tǒng)構架研究[D].華中科技大學，2012.

[2]張耀平，王大慶.城市地下管道物流發(fā)展前景及研究內(nèi)容初探[J].技術經(jīng)濟，2002.

[3]馬祖軍.城市地下物流系統(tǒng)及設計[J].物流技術上，2004.

[4]潘盛藝，毛海軍.城市地下物流規(guī)劃建設關鍵問題發(fā)展研究[J].國際物流，2009.

[5]黃歐龍，陳志龍.城市地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)劃初探[J].物流技術與應用，2005.

[6]李鵬，朱合華.地下物流系統(tǒng)對城市可持續(xù)發(fā)展的作用探討[J].地下空間與工程學報，2007.

[7]王正，黃歐龍.地下物流系統(tǒng)開發(fā)模式探討[J].物流技術，2007.

[8]傅方方.城市地下物流系統(tǒng)風險評價及發(fā)展前景研究[D].大連海事大學，2010.

[9]Bracken J， McGill J. Mathematical programs with optimization problems in the constraints. Operation Research， 1973.