考慮運輸成本最優(yōu)化的多式聯(lián)運路徑選擇模型

文/李蓁 魏雯

多式聯(lián)運是貨物流通的重要媒介，由于傳統(tǒng)模型在預(yù)測路徑選擇時對成本因素考慮不足，導(dǎo)致多式聯(lián)運路徑選擇的成本較高，研究考慮運輸成本最優(yōu)化的多式聯(lián)運路徑選擇模型。獲取道路更新數(shù)據(jù)特征，處理數(shù)據(jù)庫更新道路信息。構(gòu)建多式聯(lián)運交通網(wǎng)絡(luò)，連接運輸轉(zhuǎn)換節(jié)點。預(yù)測路徑選擇行為，引導(dǎo)路徑選擇，調(diào)控貨運量?；谶\輸成本建立多式聯(lián)運路徑選擇模型，完成路徑選擇。經(jīng)實驗論證分析，與傳統(tǒng)模型對比，本文模型的路徑選擇運輸成本更低，節(jié)約了40102.54元，說明本文模型具有較好的應(yīng)用效果。

0.引言。

隨著綜合運輸系統(tǒng)的不斷發(fā)展與普及，多式聯(lián)運業(yè)務(wù)也不斷增多，多式聯(lián)運作為一種先進(jìn)的運輸形式廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代物流行業(yè)，多式聯(lián)運能夠充分發(fā)揮不同運輸方式的特點，具有運輸效率高，涉及面廣、運輸成本低的特點，是提升運輸服務(wù)質(zhì)量的有效保障[1-3]。多式聯(lián)運在國外發(fā)展已較為成熟，但在國內(nèi)還處于快速發(fā)展中，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了較為深入的研究，本文基于運輸成本為限制條件建立運輸模型，為未來考慮成本的路徑選擇提供一定的參考。因此，根據(jù)不同貨物的特點，在保證運送質(zhì)量的基礎(chǔ)上選擇運輸成本最低的多式聯(lián)運的路徑具有重要的使用價值，對今后對多式聯(lián)運的路徑選擇研究有著現(xiàn)實意義。

1.考慮運輸成本最優(yōu)化的多式聯(lián)運路徑選擇模型

1.1 獲取道路更新數(shù)據(jù)特征

道路實體情況一直處于變化中，因此需要掌握實時道路數(shù)據(jù)的更新情況。獲取數(shù)據(jù)庫更新的地理特征，主要包括道路維修，河流的水量情況、建筑物修筑與拆除等信息數(shù)據(jù)[4]。道路的點特征包括新建、廢除和重命名的建筑物，道路的線特征也有不同方面的更新，主要包括道路元素的重新分類和屬性的變化，這種變化屬于道路特征基本變化，若道路元素有部分屬性發(fā)生變化則對應(yīng)更新路段[4-5]。本文將每個路段作為獨立的地理區(qū)域，將數(shù)據(jù)元素在每一路段顯示，形成數(shù)據(jù)信息字典的形式，將更新數(shù)據(jù)與道路事件相關(guān)聯(lián)，按順序處理更新。

1.2 構(gòu)建多式聯(lián)運交通網(wǎng)絡(luò)

在建模前需要對模型對應(yīng)的基礎(chǔ)交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相應(yīng)的處理，為了更好地了解建模思想需要先對基礎(chǔ)交通網(wǎng)絡(luò)的信息進(jìn)行分析。在多式聯(lián)運的交通網(wǎng)絡(luò)中，一次完整的運輸過程需要經(jīng)過多種方式進(jìn)行運送，在相同線路中，多式聯(lián)運交通會給運送方提供多種運輸方式，運送貨物的過程將經(jīng)過多種運輸方式的選擇，其中包括對運送方式的選擇和運送路徑的選擇，由于需要考慮運輸成本的最優(yōu)化，本文采用基于多式聯(lián)運的交通運輸網(wǎng)絡(luò)。通過不同的制式的不同站點作為節(jié)點重新構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)，將運送服務(wù)作為連接線，在多式聯(lián)運交通網(wǎng)絡(luò)中，將利用制式作為區(qū)分依據(jù)，使各區(qū)域形成相對獨立的子網(wǎng)絡(luò)，并以運輸轉(zhuǎn)換節(jié)點為連接，該網(wǎng)絡(luò)可表示為：

式中R為多式聯(lián)運交通網(wǎng)絡(luò)，Z為多式聯(lián)運交通的集合，X表示各交通站點集合，C為各類連接線的集合。城市內(nèi)部交通線網(wǎng)絡(luò)通常采用單一軌道交通制式，在城際交通線網(wǎng)絡(luò)采用可以兼容低級制式的高等級線網(wǎng)，提供多式聯(lián)運的運輸服務(wù)。在整體網(wǎng)絡(luò)中用實線連接線表示運輸方式的多樣性，用虛線連接線表示運送路徑的轉(zhuǎn)換行為，使整體網(wǎng)絡(luò)符合運輸者對多式聯(lián)運交通網(wǎng)絡(luò)的理解。

1.3 預(yù)測路徑選擇行為

預(yù)測貨物運送方對路徑的選擇行為是建模前的關(guān)鍵步驟，通過調(diào)整物流服務(wù)，引導(dǎo)運送方進(jìn)行不同的路徑選擇。通過獲得事件發(fā)生的預(yù)測概率，預(yù)測變量是離散的選擇支，通過比較不同選擇的效用，計算選擇支被選擇的概率。根據(jù)效用最大化的觀點，預(yù)測運送方?jīng)Q策者將優(yōu)先考慮成本為效用的最大，此選擇支概率最大。根據(jù)觀測到的自變量分析和描述在特定情況下的事件發(fā)生概率，給出運輸成本，額外成本，運送時間等信息，得到貨物運送方路徑選擇的概率，從而預(yù)測未來的路徑選擇結(jié)果。

1.4 基于運輸成本建立多式聯(lián)運路徑選擇模型

根據(jù)多式聯(lián)運各運輸方式的特點，船運價格最低但耗時較長，因此在時間充分的條件下可以通過船運進(jìn)行貨物的運送，但更多情況下，物資運送希望在時間上得到有效地保障，因此在約束條件中，時間約束是極其重要的部分，設(shè)置Kn為第n種運輸方式的運輸成本，Klnn′為從第n種運輸方式轉(zhuǎn)換為第n′運輸方式時的轉(zhuǎn)換成本。具體建模過程如下：

上式為始發(fā)地貨物運往中轉(zhuǎn)站的運輸成本，其中l(wèi)為原產(chǎn)地節(jié)點，l′為原產(chǎn)地中心城市，設(shè)第s個城市為中心城市；i為需求地節(jié)點，i′需求地中心城市，n為運輸方式，dnll′=1為節(jié)點i到i′采用n種運輸方式運輸，hnll為原產(chǎn)地l到中心城市l(wèi)′之間的運輸量，unll為原產(chǎn)地l到中心城市l(wèi)′之間的運輸距離，且l≠1。在中轉(zhuǎn)站中，貨物運輸方式的轉(zhuǎn)換成本為：

式中hnl為原產(chǎn)地節(jié)點貨物運輸量，從需求點中轉(zhuǎn)站運送到需求地的運輸成本為：

式中pn為n種運輸方式的運輸二氧化碳排放因子，綜合上述各運輸環(huán)節(jié)成本，建立總的目標(biāo)函數(shù)的模型為：

式中Q=1表示貨物運輸采用多式聯(lián)運樞紐，式中所有參數(shù)均為非負(fù)數(shù)。接下來對成本進(jìn)行分析，進(jìn)行模型求解，通過模型對路徑成本的變化分析，為貨物運送方選擇運送路徑提供參考。

2.實驗論證分析

本文隨機(jī)選取了成都作為多式聯(lián)運的出發(fā)點，設(shè)定運送貨物40噸，終點為日本東京。本文基于遺傳算法，求解多式聯(lián)運路徑選擇模型成本最優(yōu)路徑，設(shè)計運送路徑節(jié)點共13個，具體情況如圖1所示。

圖1 成都到東京多式聯(lián)運運輸網(wǎng)絡(luò)

由圖1所知，為后文表述方便，將圖中城市用字母符號表示，對照字母已在圖中給出。由上文運輸成本函數(shù)可知，計算各運輸方式的運費，不同運輸工具之間的中轉(zhuǎn)費用具體來源于網(wǎng)絡(luò)收集，鐵路運輸成本約為0.32-0.52元（噸/千米），內(nèi)陸水運為0.44元（噸/千米），國際水運為0.44元（噸/千米），航空運輸為0.78-0.9元（噸/千米），不同運輸工具之間中轉(zhuǎn)費用如下表1所示。

表1 運輸中轉(zhuǎn)費用（元/噸）

由表1可知，考慮路程中換裝費用不受運輸距離影響，因此假設(shè)運輸方式之間換裝成本固定不變。運用matlab軟件，編寫本文采用的遺傳算法程序進(jìn)行求解，可求解出最優(yōu)成本路徑，設(shè)定上述算法參數(shù)，設(shè)交叉概率為0.8，變異概率為0.01，最大世代數(shù)為450。最終得到16個非劣解集，根據(jù)運輸成本最優(yōu)化的目標(biāo)，本文選出了最優(yōu)路徑，為驗證本文模型的有效性，本文選擇傳統(tǒng)路徑選擇模型與本文模型進(jìn)行對比，具體最優(yōu)路徑選擇情況如表2所示。

表2 不同模型路徑選擇最優(yōu)結(jié)果

由表2可知，1代表鐵路運輸，2代表水路運輸，3代表航空運輸，本文模型選擇的路徑與傳統(tǒng)模型路徑相比，節(jié)約了40102.54元，說明本文模型具有有效性，可以在多式聯(lián)運的基礎(chǔ)上根據(jù)不同運送需求提供不同的聯(lián)運參考方案，節(jié)約運輸成本。

3.結(jié)束語。

本文以運輸成本最優(yōu)化為目標(biāo)，獲取道路更新數(shù)據(jù)特征并在數(shù)據(jù)庫進(jìn)行添加、修改和刪除等處理，構(gòu)建多式聯(lián)運交通網(wǎng)絡(luò)，預(yù)測路徑選擇行為，建立多式聯(lián)運的路徑選擇模型，取得了一定的研究成果。但同時，由于時間和條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，需要進(jìn)一步探討。本文路徑選擇模型中只針對成本這一影響因素做了具體研究，日后還可以考慮時間成本等因素，進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，進(jìn)一步研究更加科學(xué)的因素取值方法，提高現(xiàn)代物流運輸?shù)恼w競爭力。C