考慮客戶滿意度的多式聯運運輸組合優化模型研究

摘要：考慮運輸過程中的費用、時間、客戶滿意度等因素，建立了以集裝箱運輸方式與路徑選擇為基礎的廣義費用最小模型，并提出了求解模型的層次分析法和遺傳算法。

關鍵詞：多式聯運 廣義費用 運輸方式 運輸路徑 組合優化

1 概述

隨著經濟全球化的快速發展和現代信息技術的跨越式進步，集裝箱運輸作為一種現代化的貨物運輸方式，正在世界范圍內得到推廣和普及，在美國、日被等發達國家發展尤為迅速，掀起一場貨物運輸的革命。其發展主要體現在海運、鐵路以及國際集裝箱多式聯運和大陸橋運輸等方面。按照《聯合國國際貨物多式聯運公約》，多式聯運被定義為：“按照國際多式聯運合同，以至少兩種不同的運輸方式，由多式聯運經營人把貨物從一國境內接管地點運至另一國境內指定交付地點的貨物運輸。”

多式聯運是在集裝箱運輸的基礎上逐漸產生發展起來的，全部運輸過程采用一票制方式，由一個多式聯運經營人負責承運，通過對兩種以上的不同運輸方式進行組合，實行一次托運、包干計費、一票到底、全程負責的一體化運輸，從而實現貨物的門到門運輸。那么如何在滿足運輸需求的基礎上，采用合理的運輸組織方式，選擇合適的運輸路線，使多式聯運實現最優化的目標就成為至關重要的問題。為此，筆者在分析研究運輸方式選擇中的影響因素，考慮客戶需求的基礎上，建立多式聯運運輸組合優化模型，從而實現多式聯運全程的整體優化。

2 問題描述及假設條件

2.1 問題簡述 有一批集裝箱貨物采取多式聯運方式，從貨物運輸的起始點O運至目的地D，運輸途中需要經過一系列的集裝箱中心站或港口碼頭節點，形成了多式聯運運輸網絡。網絡中不同節點城市之間都有著可供選擇的不同的運輸方式，在各個城市節點之間，各種運輸方式的運輸時間、運輸費用、運輸能力等指標都不相同。在每一個的運輸節點上，都能進行集裝箱中轉作業，在轉運過程中，需要消耗一定的轉運時間和中轉費用，另外，整個多式聯運過程所消耗的運輸時間不能超過所規定的運輸期限。

2.2 模型假設 ①集裝箱的貨運量在全程多式聯運中保持固定不變，在特定的城市之間只能采用一種運輸方式，貨物不可拆分。②貨物在各個城市節點之間采用某種運輸方式進行運輸的過程中，所產生的運輸成本與在該運輸方式下特定的運輸單價、運輸距離、運量相關，不考慮其他不確定性因素。③兩個城市節點之間所需的運輸時間僅與采取的運輸方式和運輸距離相關。④在某個城市節點進行轉運時，轉運運費只與貨運量q和兩種運輸方式之間的轉運單價相關。⑤中運時間只與參與轉運的兩種運輸方式屬性和貨運量q有關。

3 多式聯運運輸路徑優化模型

3.1 廣義費用 廣義費用是指：“企業因生產經營活動和活動而產生的全部經濟利益的總流出。”一般廣義費用的函數模型表示成為：

q：運輸過程中所運輸貨物的運量；

T：所能容許的最后時間期限；

I：運輸過程中所有節點城市集合；

K：節點城市間所有運輸方式集合。

3.3 建立模型 目標函數表示為：

（8）

目標函數是以整個運輸過程中的廣義費用最小為目標，費用部分包括運輸費用和中轉費用，時間部分包括運輸時間和中轉時間，θ1和θ2為權重系數，反應發貨人對運輸時間和運輸費用之間的重視程度，ω為量綱轉換系數，表示貨物的單位時間價值，主要取決于貨物的種類。模型的約束條件（2）表示貨物運輸過程中兩個節點之間的運輸路線選擇是唯一的，只能選擇一種運輸方式來完成，中間不能進行換裝；（3）表示貨物在運輸節點i城市換裝時，最多只存在一種運輸方式的轉換；（4）表示在某個節點城市i，運輸方式由k轉換為h，則從上一個節點城市到i采用的是運輸方式k，由i出發到下一節點城市采用的是運輸方式h，保證了運輸方式轉變的連續性；（5）保證整個運輸過程所耗費的時間的發貨人所要求的最后期限以內；（6）保證貨物的運量不超過線路的運輸能力；（7）表示權重系數之和等于1；（8）規定決策變量的取值范圍為0或1。

4 求解算法

利用層次分析法來求出模型中的權重系數θi的取值，求解過程如下：

所得θi即為重要程度的近似值，就是模型中的權重系數。

使用遺傳算法求解運輸路徑優化問題的步驟如下：①編碼。將所要求解的問題中的變量編碼成染色體，完成遺傳算法的表現型到基因型的映射。②產生初始種群。隨機的產生一定數目的個體組成初始種群，個體的數目就是初始種群的規模。③計算使用度。考慮到本模型的目標函數為求得廣義費用的最小值，構造Fx=M-Z作為適應度函數，求每一個個體的適應度，適應度最大的為最佳個體。④遺傳操作。遺傳算法的基本操作包括選擇、交叉和變異。選擇操作時根據適者生存的原則選擇確定用來重組或交叉的優良個體，確定被選個體將產生多少個子代個體；交叉或基因重組是結合來自父代交配種群中的信息產生新的個體；變異是指交叉產生的子代基因按小概率擾動產生的隨機變化。⑤結果輸出。按照上述方法使種群逐代進化，直到滿足進化終止的條件，就完成了搜索過程，把適應度值最大的個體輸出，就是所求問題的最優解。如果無法滿足條件，就返回第3步重新進行比對、篩選。

參考文獻：

[1]王濤，王剛.一種多式聯運網絡運輸方式的組合優化模式[J].中國工程科學，2005.10.

[2]郝勇，張麗，黃建偉.物流系統規劃與設計[M].清華大學出版社，2008.

[3]吳青一.物流系統工程[M].中國物資出版社，2004.6.

[4]王小平，曹麗明.遺傳算法——理論、應用與軟件實現[M].西安交通大學出版社，2001.

[5]張軍偉.多式聯運中全程集裝箱運輸網絡路徑合理化研究[D].北京交通大學，2011.

作者簡介：

張瑞芳（1988-），女，河南駐馬店人，碩士，研究方向：交通運輸規劃與管理。endprint

摘要：考慮運輸過程中的費用、時間、客戶滿意度等因素，建立了以集裝箱運輸方式與路徑選擇為基礎的廣義費用最小模型，并提出了求解模型的層次分析法和遺傳算法。

關鍵詞：多式聯運 廣義費用 運輸方式 運輸路徑 組合優化

1 概述

隨著經濟全球化的快速發展和現代信息技術的跨越式進步，集裝箱運輸作為一種現代化的貨物運輸方式，正在世界范圍內得到推廣和普及，在美國、日被等發達國家發展尤為迅速，掀起一場貨物運輸的革命。其發展主要體現在海運、鐵路以及國際集裝箱多式聯運和大陸橋運輸等方面。按照《聯合國國際貨物多式聯運公約》，多式聯運被定義為：“按照國際多式聯運合同，以至少兩種不同的運輸方式，由多式聯運經營人把貨物從一國境內接管地點運至另一國境內指定交付地點的貨物運輸。”

多式聯運是在集裝箱運輸的基礎上逐漸產生發展起來的，全部運輸過程采用一票制方式，由一個多式聯運經營人負責承運，通過對兩種以上的不同運輸方式進行組合，實行一次托運、包干計費、一票到底、全程負責的一體化運輸，從而實現貨物的門到門運輸。那么如何在滿足運輸需求的基礎上，采用合理的運輸組織方式，選擇合適的運輸路線，使多式聯運實現最優化的目標就成為至關重要的問題。為此，筆者在分析研究運輸方式選擇中的影響因素，考慮客戶需求的基礎上，建立多式聯運運輸組合優化模型，從而實現多式聯運全程的整體優化。

2 問題描述及假設條件

2.1 問題簡述 有一批集裝箱貨物采取多式聯運方式，從貨物運輸的起始點O運至目的地D，運輸途中需要經過一系列的集裝箱中心站或港口碼頭節點，形成了多式聯運運輸網絡。網絡中不同節點城市之間都有著可供選擇的不同的運輸方式，在各個城市節點之間，各種運輸方式的運輸時間、運輸費用、運輸能力等指標都不相同。在每一個的運輸節點上，都能進行集裝箱中轉作業，在轉運過程中，需要消耗一定的轉運時間和中轉費用，另外，整個多式聯運過程所消耗的運輸時間不能超過所規定的運輸期限。

2.2 模型假設 ①集裝箱的貨運量在全程多式聯運中保持固定不變，在特定的城市之間只能采用一種運輸方式，貨物不可拆分。②貨物在各個城市節點之間采用某種運輸方式進行運輸的過程中，所產生的運輸成本與在該運輸方式下特定的運輸單價、運輸距離、運量相關，不考慮其他不確定性因素。③兩個城市節點之間所需的運輸時間僅與采取的運輸方式和運輸距離相關。④在某個城市節點進行轉運時，轉運運費只與貨運量q和兩種運輸方式之間的轉運單價相關。⑤中運時間只與參與轉運的兩種運輸方式屬性和貨運量q有關。

3 多式聯運運輸路徑優化模型

3.1 廣義費用 廣義費用是指：“企業因生產經營活動和活動而產生的全部經濟利益的總流出。”一般廣義費用的函數模型表示成為：

q：運輸過程中所運輸貨物的運量；

T：所能容許的最后時間期限；

I：運輸過程中所有節點城市集合；

K：節點城市間所有運輸方式集合。

3.3 建立模型 目標函數表示為：

（8）

目標函數是以整個運輸過程中的廣義費用最小為目標，費用部分包括運輸費用和中轉費用，時間部分包括運輸時間和中轉時間，θ1和θ2為權重系數，反應發貨人對運輸時間和運輸費用之間的重視程度，ω為量綱轉換系數，表示貨物的單位時間價值，主要取決于貨物的種類。模型的約束條件（2）表示貨物運輸過程中兩個節點之間的運輸路線選擇是唯一的，只能選擇一種運輸方式來完成，中間不能進行換裝；（3）表示貨物在運輸節點i城市換裝時，最多只存在一種運輸方式的轉換；（4）表示在某個節點城市i，運輸方式由k轉換為h，則從上一個節點城市到i采用的是運輸方式k，由i出發到下一節點城市采用的是運輸方式h，保證了運輸方式轉變的連續性；（5）保證整個運輸過程所耗費的時間的發貨人所要求的最后期限以內；（6）保證貨物的運量不超過線路的運輸能力；（7）表示權重系數之和等于1；（8）規定決策變量的取值范圍為0或1。

4 求解算法

利用層次分析法來求出模型中的權重系數θi的取值，求解過程如下：

所得θi即為重要程度的近似值，就是模型中的權重系數。

使用遺傳算法求解運輸路徑優化問題的步驟如下：①編碼。將所要求解的問題中的變量編碼成染色體，完成遺傳算法的表現型到基因型的映射。②產生初始種群。隨機的產生一定數目的個體組成初始種群，個體的數目就是初始種群的規模。③計算使用度。考慮到本模型的目標函數為求得廣義費用的最小值，構造Fx=M-Z作為適應度函數，求每一個個體的適應度，適應度最大的為最佳個體。④遺傳操作。遺傳算法的基本操作包括選擇、交叉和變異。選擇操作時根據適者生存的原則選擇確定用來重組或交叉的優良個體，確定被選個體將產生多少個子代個體；交叉或基因重組是結合來自父代交配種群中的信息產生新的個體；變異是指交叉產生的子代基因按小概率擾動產生的隨機變化。⑤結果輸出。按照上述方法使種群逐代進化，直到滿足進化終止的條件，就完成了搜索過程，把適應度值最大的個體輸出，就是所求問題的最優解。如果無法滿足條件，就返回第3步重新進行比對、篩選。

參考文獻：

[1]王濤，王剛.一種多式聯運網絡運輸方式的組合優化模式[J].中國工程科學，2005.10.

[2]郝勇，張麗，黃建偉.物流系統規劃與設計[M].清華大學出版社，2008.

[3]吳青一.物流系統工程[M].中國物資出版社，2004.6.

[4]王小平，曹麗明.遺傳算法——理論、應用與軟件實現[M].西安交通大學出版社，2001.

[5]張軍偉.多式聯運中全程集裝箱運輸網絡路徑合理化研究[D].北京交通大學，2011.

作者簡介：

張瑞芳（1988-），女，河南駐馬店人，碩士，研究方向：交通運輸規劃與管理。endprint

摘要：考慮運輸過程中的費用、時間、客戶滿意度等因素，建立了以集裝箱運輸方式與路徑選擇為基礎的廣義費用最小模型，并提出了求解模型的層次分析法和遺傳算法。

關鍵詞：多式聯運 廣義費用 運輸方式 運輸路徑 組合優化

1 概述

隨著經濟全球化的快速發展和現代信息技術的跨越式進步，集裝箱運輸作為一種現代化的貨物運輸方式，正在世界范圍內得到推廣和普及，在美國、日被等發達國家發展尤為迅速，掀起一場貨物運輸的革命。其發展主要體現在海運、鐵路以及國際集裝箱多式聯運和大陸橋運輸等方面。按照《聯合國國際貨物多式聯運公約》，多式聯運被定義為：“按照國際多式聯運合同，以至少兩種不同的運輸方式，由多式聯運經營人把貨物從一國境內接管地點運至另一國境內指定交付地點的貨物運輸。”

多式聯運是在集裝箱運輸的基礎上逐漸產生發展起來的，全部運輸過程采用一票制方式，由一個多式聯運經營人負責承運，通過對兩種以上的不同運輸方式進行組合，實行一次托運、包干計費、一票到底、全程負責的一體化運輸，從而實現貨物的門到門運輸。那么如何在滿足運輸需求的基礎上，采用合理的運輸組織方式，選擇合適的運輸路線，使多式聯運實現最優化的目標就成為至關重要的問題。為此，筆者在分析研究運輸方式選擇中的影響因素，考慮客戶需求的基礎上，建立多式聯運運輸組合優化模型，從而實現多式聯運全程的整體優化。

2 問題描述及假設條件

2.1 問題簡述 有一批集裝箱貨物采取多式聯運方式，從貨物運輸的起始點O運至目的地D，運輸途中需要經過一系列的集裝箱中心站或港口碼頭節點，形成了多式聯運運輸網絡。網絡中不同節點城市之間都有著可供選擇的不同的運輸方式，在各個城市節點之間，各種運輸方式的運輸時間、運輸費用、運輸能力等指標都不相同。在每一個的運輸節點上，都能進行集裝箱中轉作業，在轉運過程中，需要消耗一定的轉運時間和中轉費用，另外，整個多式聯運過程所消耗的運輸時間不能超過所規定的運輸期限。

2.2 模型假設 ①集裝箱的貨運量在全程多式聯運中保持固定不變，在特定的城市之間只能采用一種運輸方式，貨物不可拆分。②貨物在各個城市節點之間采用某種運輸方式進行運輸的過程中，所產生的運輸成本與在該運輸方式下特定的運輸單價、運輸距離、運量相關，不考慮其他不確定性因素。③兩個城市節點之間所需的運輸時間僅與采取的運輸方式和運輸距離相關。④在某個城市節點進行轉運時，轉運運費只與貨運量q和兩種運輸方式之間的轉運單價相關。⑤中運時間只與參與轉運的兩種運輸方式屬性和貨運量q有關。

3 多式聯運運輸路徑優化模型

3.1 廣義費用 廣義費用是指：“企業因生產經營活動和活動而產生的全部經濟利益的總流出。”一般廣義費用的函數模型表示成為：

q：運輸過程中所運輸貨物的運量；

T：所能容許的最后時間期限；

I：運輸過程中所有節點城市集合；

K：節點城市間所有運輸方式集合。

3.3 建立模型 目標函數表示為：

（8）

目標函數是以整個運輸過程中的廣義費用最小為目標，費用部分包括運輸費用和中轉費用，時間部分包括運輸時間和中轉時間，θ1和θ2為權重系數，反應發貨人對運輸時間和運輸費用之間的重視程度，ω為量綱轉換系數，表示貨物的單位時間價值，主要取決于貨物的種類。模型的約束條件（2）表示貨物運輸過程中兩個節點之間的運輸路線選擇是唯一的，只能選擇一種運輸方式來完成，中間不能進行換裝；（3）表示貨物在運輸節點i城市換裝時，最多只存在一種運輸方式的轉換；（4）表示在某個節點城市i，運輸方式由k轉換為h，則從上一個節點城市到i采用的是運輸方式k，由i出發到下一節點城市采用的是運輸方式h，保證了運輸方式轉變的連續性；（5）保證整個運輸過程所耗費的時間的發貨人所要求的最后期限以內；（6）保證貨物的運量不超過線路的運輸能力；（7）表示權重系數之和等于1；（8）規定決策變量的取值范圍為0或1。

4 求解算法

利用層次分析法來求出模型中的權重系數θi的取值，求解過程如下：

所得θi即為重要程度的近似值，就是模型中的權重系數。

使用遺傳算法求解運輸路徑優化問題的步驟如下：①編碼。將所要求解的問題中的變量編碼成染色體，完成遺傳算法的表現型到基因型的映射。②產生初始種群。隨機的產生一定數目的個體組成初始種群，個體的數目就是初始種群的規模。③計算使用度。考慮到本模型的目標函數為求得廣義費用的最小值，構造Fx=M-Z作為適應度函數，求每一個個體的適應度，適應度最大的為最佳個體。④遺傳操作。遺傳算法的基本操作包括選擇、交叉和變異。選擇操作時根據適者生存的原則選擇確定用來重組或交叉的優良個體，確定被選個體將產生多少個子代個體；交叉或基因重組是結合來自父代交配種群中的信息產生新的個體；變異是指交叉產生的子代基因按小概率擾動產生的隨機變化。⑤結果輸出。按照上述方法使種群逐代進化，直到滿足進化終止的條件，就完成了搜索過程，把適應度值最大的個體輸出，就是所求問題的最優解。如果無法滿足條件，就返回第3步重新進行比對、篩選。

參考文獻：

[1]王濤，王剛.一種多式聯運網絡運輸方式的組合優化模式[J].中國工程科學，2005.10.

[2]郝勇，張麗，黃建偉.物流系統規劃與設計[M].清華大學出版社，2008.

[3]吳青一.物流系統工程[M].中國物資出版社，2004.6.

[4]王小平，曹麗明.遺傳算法——理論、應用與軟件實現[M].西安交通大學出版社，2001.

[5]張軍偉.多式聯運中全程集裝箱運輸網絡路徑合理化研究[D].北京交通大學，2011.

作者簡介：

張瑞芳（1988-），女，河南駐馬店人，碩士，研究方向：交通運輸規劃與管理。endprint