基于集合覆蓋模型的城市ＵＬＳ物流節點選址分析

姜陽光　龐大鈞

摘要:作為第五類運輸與供應系統的地下物流系統,能夠緩解日益嚴重的城市交通擁擠問題,提高交通的安全性和可靠性,減少環境污染。物流節點作為系統的終端,主要負責對系統的管理、控制功能以及對貨物進行存儲、配送等功能,是城市地下物流系統的重要組成部分。主要運用集合覆蓋模型對城市地下物流系統的物流節點選址問題進行了初步的分析探討。

關鍵詞:城市地下物流系統;集合覆蓋模型;選址

中圖分類號:F272文獻標識碼: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,隨著城市經濟的繁榮發展,一方面,城市貨運量增加,交通擁擠現象明顯,交通事故頻率升高,噪聲、空氣污染等環境問題尤為嚴重;另一方面,建筑用地緊張,大城市內的地面交通道路擴展彈性較小。這些問題都在困擾著城市的發展。作為第五類運輸與供應系統的城市地下物流系統(Underground Logistics System,ULS),通過把部分貨物的倉儲、運輸分流到地下,來緩解城市地面交通壓力,減輕環境污染。城市地下物流系統具有快速、便捷、安全、環保的特點,代表著現代化城市物流的發展方向,具有極大的現實意義。

1城市地下物流系統物流節點概述

城市地下物流系統網絡是由物流節點和物流線路所構成的體系,主要完成貨物的運輸、存儲、配送等功能。根據不同的需求,物流節點可規劃為物流中心和配送中心的形式。物流節點作為系統的終端,除負責對系統的管理控制功能外,還肩負著對貨物的前期處理以及存儲保管配送等功能。所以,在城市地下物流系統網絡中,作為物流節點的物流中心和配送中心是地下物流系統的重要組成部分,物流節點的位置及分布對物流活動有很大影響。

2城市地下物流系統物流節點選址分析

2.1明確功能需求

城市地下物流系統作為一個新型系統,規劃時首先要明確系統的功能需求。不同物流系統應根據不同需求點的需要,在服務對象上有所側重,這樣才能夠使城市地下物流系統有針對性地為用戶提供服務。所以在系統規劃期,首先需要對需求點及其需求點的需求量進行科學預測。這里需要注意的是,由于地下物流系統網絡規劃是為城市未來的物流運作而設計的,因此在分析時需要基于歷史數據和當前數據進行中期以及長期預測。在對若干個需求點的位置和需求量進行科學預測的前提下,以下運用集合覆蓋模型對城市地下物流節點的設置進行分析。

2.2集合覆蓋模型

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

集合覆蓋模型在商業物流系統的選址問題中應用較為廣泛,優點是它不僅能夠用最少的物流設施點覆蓋所有的用戶需求,而且由于地下物流系統的建設難度以及投資費用遠遠高于地面建設,所以在一定程度上能夠減輕地下物流系統建設初期巨大的投資費用和建設難度。

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——城市地下物流系統中可建設物流節點的候選點集合,M=1,2,…,m

N——城市內功能需求點的集合,N

=1,2,…,n

d——第i個需求點的需求量

D——若第j個候選點選中時,該物流節點的服務能力

Aj——物流節點j所覆蓋的需求點i的集合

Bi——可以覆蓋需求點i的物流節點j的集合

x=j∈M

y——節點i需求中被分配給物流節點j的部分

表達式(1)為目標函數,即從現有的M個可建設物流節點的位置中優選出能夠覆蓋i個需求點的最小數目的物流節點;約束方程(2)保證了每個需求點的需求完全得到滿足;約束方程(3)是對每個提供服務的物流節點服務能力的限制;約束方程(4)是物流節點是否位于j點的決策變量;非負約束(5)表示允許一個設施只提供部分的需求。

此模型中,在確定城市地下物流系統中可建設物流節點的候選點集合M時,需要綜合考慮多方面因素,如城市布局、城市總體規劃、地質條件、市政設施、交通狀況(包括與周圍公路、鐵路的連接)、技術條件、環境影響評價等,并進行現場勘察的基礎上,確定物流節點的候選點。

2.3模型的求解

求解一個集合覆蓋模型需要解決兩方面的問題:

(1)選擇合適的設施位置(數學模型中的x變量)。

(2)指派客戶到相應的設施中去(表達式中的y變量)。

求解一個集合覆蓋模型的物流節點選址問題,主要有兩大類方法:精確算法和啟發式算法。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)一般只能求解規模較小的集合覆蓋問題。而在實際問題中,往往需求點數n和可供選擇的候選點數m較大(也可能m=n),一般需要設計啟發式算法,如遺傳算法、蟻群算法等來對模型進行求解。

3結束語

(1)集合覆蓋模型不僅能夠用最少的物流節點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建設初期巨大的投資費用和建設難度。

(2)用集合覆蓋模型對配送中心或物流中心選址后,求解結果可能不是最優解,但是必定是可行解。所以,在解決實際的地下物流系統物流節點選址問題時,可以先采用集合覆蓋模型求出覆蓋所有客戶需求點所需的最少的節點數量,再將所得的節點數代入P-中值模型,用P-中值模型完成需求點與物流節點的分配,進一步優化配送線路,降低配送成本,提高配送效率。

(3)本文采用集合覆蓋模型對城市地下物流系統物流節點的設置進行了初步分析,在此基礎之上可以針對實際工程作進一步的分析和研究。

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