基于ANP與模糊TOPSIS的城市地下物流系統集裝單元選擇決策方法

馬成林，楊學春，董景峰，馬 超，安立華

（1.東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040；2.合肥學院，安徽 合肥 230601）

基于ANP與模糊TOPSIS的城市地下物流系統集裝單元選擇決策方法

馬成林1，楊學春2，董景峰1，馬 超1，安立華1

（1.東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040；2.合肥學院，安徽 合肥 230601）

目前城市地下物流系統多采用托盤作為集裝單元，但其規格繁多需要從中選擇，基于此提出了多準則托盤選擇決策方法。首先，確定托盤選擇評價指標并進行量化，進而分析評價指標之間的制約關系，建立ANP評價指標關系結構模型并確定評價指標權重，從而構建模糊評價模型并設計模糊TOPSIS求解算法，求得托盤尺寸。最后，給出了一般內陸城市地下物流系統托盤選擇算例。結果表明：該方法可以確定城市地下物流系統托盤尺寸，統一系統基礎單元規格，其中一般內陸城市地下物流系統托盤選擇尺寸宜為1 200×1 000mm。

地下物流系統；集裝單元；ANP；模糊TOPSIS

1 引言

建設城市地下物流系統首先就要解決地下物流系統集裝單元標準化問題，同時城市地下物流系統功能要求地下物流系統集裝單元的標準化程度必須很高。錢七虎，郭東軍（2007）；馬祖軍（2004）認為集裝單元對地下物流系統運輸效率、貨運周轉、管道直徑等很多因素都有影響，比如集裝單元越大，通道直徑越大，建設成本越高，單位時間運輸的貨物越多，收益越大，這種背反關系需要合理的權衡[1-2]。目前，各國地下物流系統的托盤尺寸不一（見表1），我國托盤標準和使用的種類又很多（見表2），需要從6種托盤中選擇一種作為城市地下物流系統的集裝單元。

表1 地下物流系統托盤主要規格[3-6]

表2 托盤的類別與尺寸[7-8]

由于托盤選擇的影響因素較多，宜采用多準則決策方法進行解決[9]。在以往的托盤選擇過程中，決策者或規劃者往往從單一因素進行決策，如李太平分別從貨運列車載貨效率[10]、商品出口市場[11]、托盤標準應用現狀[12]、托盤載貨效率[13]、選用國際標準數量[14]和增進商品出口[11]角度論述了托盤標準的選擇，缺少多屬性綜合性托盤選擇研究。另外，關于城市地下物流系統托盤選擇的研究尚處于“真空期”，已建或者尚在研究的城市地下物流系統往往針對單一運輸方式或者單一行業進行托盤選擇，如荷蘭OLS-ASH系統用來銜接Schiphol機場與Aalsmeer花卉市場之間的貨運，其托盤選擇了10英尺飛機托盤3 180mm×2 440mm，其選擇過程缺乏對公路運輸、城市配送、倉儲等問題的考慮。

2 托盤選擇決策思路

城市地下物流系統的托盤選擇決策模型思路如圖1所示。首先，構建托盤選擇準則并進行比較分析，構建準則間的關系矩陣，利用ANP法得到準則直接關系矩陣，再利用DEMATEL法得到最終關系結構矩陣；其次，應用ANP法進行指標的計算，得到各個指標的模糊評價權重值；最后應用模糊TOPSIS法進行托盤的評價指標排序，找到地下物流系統的最佳托盤尺寸。

圖1 地下物流系統托盤選擇思路圖

3 評價指標

城市地下物流系統的托盤選擇要從多個方面去衡量和評價，不能僅僅局限于托盤自身的特性，也不能單一地從城市地下物流系統發展的角度，要立足于整個城市物流的發展，著眼于城市當前發展情況和未來發展趨勢，多層次、多角度地分析城市地下物流系統托盤選擇的相關影響因素，從托盤選擇導致的后果和影響托盤選擇的因素兩個方面建立評價指標體系，見表3。

表3 城市地下物流系統托盤選擇指標

4 托盤選擇的模型與步驟

步驟1：建立托盤選擇影響關系的ANP結構。建立主因子有向圖。通過定位分析確定城市地下物流系統托盤選擇的主因子P（P1，P2，…，Pm），次因子p（p11，p12，…，p1n，p21，p22，…，p2l，…，pm1，pm2，…，pmk），其中Pm為備選托盤元素組。初步構架ANP結構和準則之間的相互影響有向圖。建立直接關系矩陣。根據ANP初步結構，構建P1，P2，…，Pm之間的直接影響矩陣Z，并將直接矩陣Z轉化為標準矩陣Y[18-19]。

其中zij表示在主因子Pi對主因子Pj的影響程度。

其中：

步驟2：計算最終關系矩陣，構建ANP主因子結構圖。建立總影響矩陣T，經式（3）轉化得到Ti，i=0，1，2，…，m。根據影響因素間實際關系，選取臨界值p，經式（4）轉化得到最終關系矩陣G，進而重新構建ANP準則間結構。

其中：

根據ANP主因子間新結構，構建 Pk主因子下pk1,pk2,…,pkn，k∈{1，2,…，m} 之間的直接關系矩陣，從而得到完整ANP結構。

步驟3：確定托盤選擇評價指標權重。建立ANP判斷矩陣。構建決策者 t（t=1,2,…,n）的判斷矩陣。主因子P1,P2,…,Pm對主因子Pj判斷矩陣為At（jl）和主因子Pi的元素p,p,…,p對主因子P元素 p影響的判斷矩陣為（jl）[18-19]。

i1i2injjl

5 算例分析

選取我國一般內陸城市作為研究對象，進行地下物流系統托盤選擇決策計算。按照步驟1、2，建立P1，P2，…，P7之間的直接影響矩陣Z0，如等式（15），其結構如圖2所示，根據式（2）-（5）得到ANP總影響矩陣T，如等式（16），選取臨界值p=0.111 8，ANP完整關系矩陣G如等式（17），其結構如圖3所示。基于SuperDecision和ANP建模方法，建立計算模型（如圖3所示）并求得超矩陣（如圖4所示），整理后的超矩陣Wt如圖5和表4。按照步驟3、4求得超矩陣加權矩陣W__t和加權矩陣Dt，見表5、表6；按照步驟5求得模糊評價矩陣R，見表7。按照步驟6和7，最終得到 p71,p72,…,p76的貼近度C=[0.526 8，0.492 0，0.438 2，0.372 2，0.289 4，0.305 5]，結果托盤1 200mm×1 000mm應作為我國一般內陸城市地下物流系統集裝單元。

圖2 地下物流系統托盤選擇的ANP初始結構圖

表4 超矩陣Wt

6 結論

圖3 地下物流系統托盤選擇的ANP完整結構圖

圖4 基于SuperDecision的ANP模型和部分關系矩陣

圖5 基于SuperDecision求得超矩陣Wt的示意圖

本文研究了托盤作為地下物流系統集裝單元的選擇問題，提出了基于ANP和模糊TOPSIS的地下物流系統托盤選擇決策方法，給出了托盤選擇決策模型和求解算法，并對一般內陸城市地下物流系統的托盤選擇進行了算例研究，結果表明一般內陸城市地下物流系統的托盤規格應為1 200mm× 1 000mm，從而也驗證了方法的有效性，為地下物流系統規劃研究提供了理論基礎。

表5 加權超矩陣

表5 加權超矩陣

p71 p72 p73 p74 p75 p76 p11 0.11 0.06 0.15 0.05 0.03 0.03 p12 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 p13 0.16 0.06 0.12 0.03 0.03 0.03 p14 0.05 0.03 0.05 0.03 0.02 0.02 p21 0.26 0.10 0.12 0.10 0.04 0.03 p61 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 p22 0.17 0.13 0.05 0.21 0.04 0.04 p23 0.31 0.09 0.15 0.04 0.03 0.03 p31 0.31 0.13 0.19 0.08 0.05 0.04 p32 0.19 0.07 0.04 0.13 0.33 0.04 p41 0.09 0.07 0.21 0.04 0.03 0.03 p42 0.05 0.09 0.03 0.17 0.29 0.03 p43 0.24 0.07 0.22 0.06 0.04 0.04 p44 0.03 0.10 0.03 0.10 0.10 0.10 p45 0.05 0.10 0.05 0.10 0.10 0.10 p51 0.33 0.12 0.28 0.05 0.04 0.04

表6 加權超矩陣Dt

表7 模糊評價矩陣R

[1]錢七虎,郭東軍.城市地下物流系統導論[M].北京:人民交通出版社, 2007.

[2]馬祖軍.城市地下物流系統及其設計[J].物流技術,2004,(10):12-15.

[3]Henry L.Feasibility of Using Pneumatic Capsule Pipelines in New York City for Underground Freight Transport[A].Proceedings of the ASCE Pipeline Division Specialty Congress-Pipeline Engineering and Construction[C].2004.

[4]Henry L,Ramesh L,Gandhi M,Robert C,et al.Freight pipelines:current status and anticipated future use[J].Journal of Transportation Engineering,1998,124(4):300-310.

[5]Dietrich S,Robert S,Dietmar B,et al.CargoCap:Feasibility Study of TransportingContainersThrough Underground Pipelines[A].ISUFT 2005 Proceedings[C].2005.

[6]Pielage B-J.Underground Freight Transportation.A New Development for Automated Freight Transportation Systems in the Netherlands[A].2001 IEEE Intelligent Transportation Systems Proceedings,Oakland[C].2001.

[7]吳清一.集裝單元化概論[J].物流技術與應用,2007,(1):59-64

[8]吳清一.再論我國托盤共用系統的建立[J].物流技術與應用,2004,(1): 14-19.

[9]徐玖平,吳巍.多屬性決策的理論與方法[M].北京:清華大學出版社, 2006.

[10]李太平.論我國物流托盤標準的選擇—基于貨運列車載盤效率角度[J].物流技術,2007,(3):28-31.

[11]李太平.論我國物流托盤標準的選擇—基于增進商品出口角度[J].生產力研究,2006,(8):201-203.

[12]李太平.論我國物流托盤標準的選擇—基于托盤標準應用現狀角度[J].國際標準化,2005,(12):7-10.

[13]李太平.論我國物流托盤標準的選擇—基于托盤載貨效率角度[J].企業標準化,2007,(12):28-31.

[14]李太平.論我國物流托盤標準的選擇—基于選用國際標準數量角度[J].中國標準化,2006,(4):29-32.

[15]李太平,應瑞瑤.基于啟發式算法的物流托盤載貨效率研究[J].武漢理工大學學報,2009,33(1):79-82.

[16]湯普金斯,等,著,伊俊敏,袁海波,譯.設施規劃[M].北京:機械工業出版社,2007.

[17]吳清一,唐英.解讀托盤新國標[J].物流技術與應用,2008,(5):82-85.

[18]Ma C L,Mao H J,Li X H,Zhang Y.Study on the reliability measure to select suppliers[A].ICCLTP2008[C].2008.

[19]馬成林.我國大城市地下物流系統關鍵技術研究[D].南京:東南大學,2011.

Study on Decision-making in Selecting Container Units for Urban Underground Logistics Systems Based on ANP and Fuzzy TOPSIS

Ma Chenglin1,Yang Xuechun2,Dong Jingfeng1,Ma Chao1,An Lihua1
(1.Northeast University of Forestry,Harbin 150040;2.Hefei University,Hefei 230601,China)

In this paper,we identified the evaluation indexes in the selection of pallets,then analyzed the restrictive relations among the indexes,built the corresponding ANP structural model,determined the weight of the evaluation indexes and built the fuzzy evaluation model as well as the TOPSIS algorithm for its solution.At the end,we presented a numerical example of pallet selection for the underground logistics system of a generic inland city and determined the suitable pallet size and specification for the city.

underground logistics system;container unit;ANP;fuzzy TOPSIS

F570；F252

A

1005-152X(2015)10-0110-05

2015-09-06

中央高校基本科研業務費專項資金資助項目（DL12BB07）；黑龍江省教育廳科學技術研究項目（12533018）；黑龍江省博士后資助項目（LBH-Z2018）

馬成林(1982-)，男，黑龍江人，東北林業大學工程技術學院物流工程系講師，研究方向：城市地下物流系統、行業物流耦合系統。

10.3969/j.issn.1005-152X.2015.10.031