區(qū)域綜合貨運(yùn)樞紐布局優(yōu)化模型

趙若彤

摘 要：隨著區(qū)域一體化進(jìn)程的加快，區(qū)域之間的合作和交流增多，區(qū)域貨運(yùn)樞紐一體化布局能有效節(jié)約資源，提高運(yùn)輸效率。以區(qū)域貨運(yùn)系統(tǒng)總體運(yùn)輸費(fèi)用最低為目標(biāo)，構(gòu)建了區(qū)域綜合貨運(yùn)樞紐布局優(yōu)化模型.該模型與實(shí)際情況較為吻合，是區(qū)域綜合貨運(yùn)樞紐布局優(yōu)化方法。

關(guān)鍵詞：貨運(yùn)樞紐;貨物運(yùn)輸;布局優(yōu)化

一、區(qū)域綜合貨運(yùn)樞紐布局優(yōu)化模型構(gòu)建

區(qū)域綜合貨運(yùn)樞紐布局優(yōu)化問題為區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)問題（NDP）的一個(gè)特例.通常NDP被分為兩種形式：離散型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題（DNDP）和連續(xù)型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題（NDP）區(qū)域綜合貨運(yùn)樞紐布局是在現(xiàn)有的綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中確定貨運(yùn)樞紐布局，屬于離散型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題.在區(qū)域綜合貨運(yùn)樞紐布局優(yōu)化問題中，政府部門制定合理的規(guī)劃方案，使整個(gè)貨運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)輸成本最低或社會(huì)效益最大，而貨物運(yùn)輸業(yè)者隨著方案的變化及時(shí)調(diào)整自己的出行路線，使自己的運(yùn)輸費(fèi)用最小.區(qū)域綜合運(yùn)輸貨運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)輸費(fèi)用包括通過樞紐貨物運(yùn)輸費(fèi)用和不通過樞紐貨物運(yùn)輸費(fèi)用兩部分.其中通過樞紐貨物運(yùn)輸成本包含：貨源地至樞紐的運(yùn)輸成本、樞紐之間的運(yùn)輸成本及樞紐至目的地的運(yùn)輸成本，且由于樞紐之間單位運(yùn)輸成本要低于非樞紐之間單位運(yùn)輸成本，故樞紐之間單位運(yùn)輸成本相對(duì)非樞紐之間運(yùn)輸成本有一個(gè)成本折扣A（0

二、貨物聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

1、聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò).聯(lián)合運(yùn)輸是指用兩種或兩種以上運(yùn)輸方式以完成某項(xiàng)運(yùn)輸任務(wù)的綜合運(yùn)輸方式，采用聯(lián)合運(yùn)輸方式完成一次門到門運(yùn)輸任務(wù)，為了方便描述各方式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從圖中可以很清晰地看出整個(gè)聯(lián)合運(yùn)輸過程的運(yùn)作流程和參與聯(lián)合運(yùn)輸?shù)母鞣N方式的獨(dú)立與協(xié)作關(guān)系.由此，可以采用比較成熟的地理信息系統(tǒng)（GIS）網(wǎng)絡(luò)處理技術(shù)，對(duì)聯(lián)合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，供計(jì)算時(shí)使用。如圖。

2、可行合理路徑的確定。所謂/可行合理路徑0是指符合一般貨物運(yùn)輸作業(yè)特性的包括運(yùn)輸方式使用在內(nèi)的合理可行的運(yùn)輸路徑方案.生產(chǎn)實(shí)踐中公路運(yùn)輸主要位于聯(lián)合運(yùn)輸路徑，各種運(yùn)輸方式都有其合理的運(yùn)距.另外，現(xiàn)代物流中的/ 合理運(yùn)輸0原則也要求在運(yùn)輸方式的合理運(yùn)距范圍內(nèi)盡量選擇直達(dá)運(yùn)輸，從而減少中間環(huán)節(jié)帶來的成本提升和貨損增加.因此完成一次運(yùn)輸任務(wù)各種方式間換裝的次數(shù)必須有一定的限制.由上可以認(rèn)為/可行合理路徑0的內(nèi)涵是在一般聯(lián)合運(yùn)輸路徑概念的基礎(chǔ)上增加約束條件：合理的方式序列;合理的運(yùn)距;合理的換裝次數(shù)，根據(jù)約束條件，結(jié)合區(qū)域綜合運(yùn)輸貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，可以得到在求解區(qū)域綜合貨運(yùn)樞紐布局優(yōu)化模型時(shí)，貨運(yùn)運(yùn)輸在路徑方案選擇時(shí)的約束條件：一是合理的方式序列，一般認(rèn)為其它運(yùn)輸方式的集散運(yùn)輸主要通過公路進(jìn)行，所以對(duì)于給定的聯(lián)合運(yùn)輸路線，可以認(rèn)為它是不合理的路徑;二是合理運(yùn)距，這個(gè)條件主要是針對(duì)樞紐之間的干線運(yùn)輸而言的，一般認(rèn)為樞紐之間干線運(yùn)輸之運(yùn)距要大于其合理運(yùn)距;

三、模型求解

該模型是較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題，是個(gè)不確定的選址問題，因?yàn)槟繕?biāo)函數(shù)中需求點(diǎn)與樞紐及樞紐之間運(yùn)輸費(fèi)用參數(shù)（阻抗）fij1、fij2、fij3、Fij和其間貨運(yùn)需求 Z ij、Y ij、X ij、V ij均不是一個(gè)確定值，它們隨著貨運(yùn)樞紐布局的變化而變化，是貨運(yùn)樞紐開關(guān)變量H的函數(shù)，該問題不能直接求解。因此，要求解該模型首先要確定H，而H正是模型的求解目標(biāo).然而求解出所有樞紐的最優(yōu)組合是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)闃屑~的組合數(shù)隨著備選樞紐數(shù)目的線性遞增而幾何增長(zhǎng).因此應(yīng)該選用一種合適的啟發(fā)式算法來求解。用遺傳算法中的基因作為樞紐方案的數(shù)學(xué)表達(dá)式較為合理，因?yàn)樵跇屑~設(shè)置時(shí)常常需要模型化、數(shù)量化的方法支持，而遺傳算法則對(duì)于解決該類問題有突出的優(yōu)越性。

1、遺傳算法模型的建立（1）解的構(gòu)造用一個(gè)n段基因串來表示一組樞紐設(shè)置方案，每段n位，n為候選方案中建設(shè)樞紐的個(gè)數(shù).基因的每一位表示在它所代表的位置建設(shè)樞紐與否（H），不建設(shè)為0，建設(shè)為1.（2）初始群體的產(chǎn)生在滿足編碼方案的前提下，隨機(jī)產(chǎn)生L個(gè)個(gè)體，構(gòu)成初始群體.將其記為：G0 = {g0，g1，gL }.并對(duì)其可行性驗(yàn)證.（3）適應(yīng)度函數(shù)適應(yīng)度函數(shù) Fit（#）為度量群體中各個(gè)個(gè)體在 優(yōu)化計(jì)算中接近于最優(yōu)解的優(yōu)良程度的函數(shù)，在該問題中它度量每個(gè)方案的優(yōu)劣程度

2、求解步驟：（1）構(gòu)建多方式超級(jí)貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)由于區(qū)域綜合貨運(yùn)樞紐是基于多方式網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的，因此首先要構(gòu)建多方式網(wǎng)絡(luò).而多方式網(wǎng)絡(luò)模型與單方式網(wǎng)絡(luò)有很大區(qū)別，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間可能有多種方式聯(lián)系，采用以往方法是無法很好表達(dá)的，而超級(jí)網(wǎng)絡(luò)可以解決此類問題，因此可以采用基于超級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建基于多方式貨物聯(lián)合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò).較為簡(jiǎn)便的方法是在基本路網(wǎng)（如公路網(wǎng)）上增加代表其它方式（如鐵路、水路等）的虛擬路徑，即可得到用于描述區(qū)域綜合貨物運(yùn)輸?shù)某?jí)網(wǎng)絡(luò).（2）增設(shè)樞紐之間專用虛擬路徑如前所述，樞紐之間單位貨物運(yùn)輸費(fèi)用較非樞紐之間單位運(yùn)輸費(fèi)用要低，這就有可能出現(xiàn)在同一路段上可能有兩種運(yùn)輸費(fèi)用（阻抗）的問題，即同一路段上通過樞紐之間的貨運(yùn)交通阻抗較非樞紐之間貨運(yùn)阻抗要低，而這也是一般分配網(wǎng)絡(luò)所無法表達(dá)的，因此可以考慮在超級(jí)貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同方案增設(shè)描述樞紐間貨運(yùn)運(yùn)輸?shù)膶Ｓ锰摂M路徑.虛擬路徑的分配貨運(yùn)量可以視為樞紐間直接貨運(yùn)量。

參考文獻(xiàn)

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