軸輻式多式聯運網絡下冷鏈物流運輸方式優化研究

李帥帥　張諍　趙叢叢

摘 要：考慮到冷鮮產品在運輸過程中，環境變化、運輸時間的長短、溫度的高低均能造成冷鮮產品的變質，造成成本增加。所以在運輸過程中，將軸輻式網絡理論和多式聯運理論引入冷鏈物流運輸過程中，在構建目標函數的同時考慮碳排放、貨損費用等，在保證廣義成本最小基礎上，用Dijkstra算法對其進行求解，得到最優的聯運方式。

關鍵詞：軸輻式網絡理論；多式聯運理論；冷鏈物流

中圖分類號：F506 文獻標識碼：A

Abstract： Considering the cold fresh products in the process of transportation， the environment changes， transport time and temperature can cause the stale， so in the process of transportation， introduce the hub-and-spoke network theory and intermodal transportation into the process of cold chain logistics. In constructing the objective function at the same time consider carbon emissions and bad cost of products， on the basis of minimum cost， utilize dijkstra algorithm to get the best of intermodal transportation.

Key words： hub-and-spoke theory； intermodal transportation； cold chain logistics

0 引 言

我國處在多種交通方式快速發展時期，綜合性交通體系正在被快速的發展和完善，目前很多物流企業看到了多式聯運廣闊的發展空間，尤其是在國際貿易中在運輸條件允許的情況下都會選擇多式聯運，他們就會更加關注多式聯運運輸成本和時間。此外，多式聯運網絡體系在提高經濟發展時仍然存在很多問題，如運輸模式單一、管理結構合理性差、固定的運輸線路及各種運輸方式之間的銜接不恰當等。隨著環境污染的日趨嚴重，國家提倡綠色物流的發展模式，同樣加大多式聯運的難度。

許多學者針對以上問題做了很多研究。其中，張運河[1]運用廣義最短路徑法對目標函數進行轉化，最后使目標函數可以用Dijkstra算法進行求解，從而獲得使廣義成本最小的聯運方案。陳雷[2]將碳排放量引入多式聯運模型中，然后進行多式聯運方式的選擇，并用C++調用LINGO程序進行求解。佟璐[3]從影響多式聯運的運輸費用相關因素出發，將多式聯運路徑問題轉化為一個廣義的最短路徑問題，并運用蟻群算法進行求解。盛景軍[4]采用收斂速度較高的Pareto混合遺傳算法對多式聯運模型進行求解，通過實例驗證算法有效性。雷定猷[5]從可行性和合理性角度出發，分析了長大貨物多式聯運路徑優化影響因素。以最小運輸時間、里程、費用為目標函數，最后應用遺傳算法進行求解。康凱[6]從承運人和客戶的利益出發，采用啟發式算法，構建運輸方式選擇與運輸優化模型，運用粒子群—蟻群雙層優化算法進行求解。楊雪[7]考慮運輸時間、運輸成本、換裝時間和換裝成本，用定量研究的方法，以時間和成本的廣義成本最小為目標函數，選擇最佳的多式聯運運輸路線以及運輸方式。孫麗娜[8]在前人研究的基礎上，考慮了運輸成本、固定成本以及運量和運輸時間窗的限制，以網絡費用最小建立模型，最后運用禁忌搜索算法進行求解。

上述各學者從不同的方面構建多式聯運網絡模型，在構建模型方面，有些模型以單一的運輸費用、時間、承運人服務水平為目標，沒有綜合考慮各個因素共同的影響。有些忽略了碳排放、滿載率、客戶的時間窗的約束。為此，在構建多式聯運網絡時，引入了軸輻理論，在構建模型時考慮總時間、碳排放成本、滿載率等因素，以廣義的最小費用為目標函數，最后運用

Dijkstra算法對模型進行求解分析，為以后的相關研究提供理論基礎。

1 軸輻式多式聯運網絡的構建

1.1 軸輻式網絡概述

軸輻式網絡由軸（Hub）和輻（Spoke）組成。其中軸代表網絡的中轉站的節點，輻代表著由中轉站節點輻射的線路。

1.2 軸輻式多式聯運網絡的構建

本文所探索的軸輻式多式聯運網絡可定義為：貨物在起始的節點進行集聚，經過若干個中轉節點進行轉運，最后在目的地把貨物疏散到配送中心，由配送中心配送到零售商，以達到最優的聯運方式，降低網絡成本。

軸輻式多式聯運網絡中存在著多種運輸方式，為了合理表示出運輸方式間的轉運，要將它進行相應的變換。網絡變換方法如下：

如果在兩個中轉節點之間有運輸方式發生轉運，把這一節點進行拆分處理，在拆分節點間添加相應的線條和換裝線，一種線條對應一種運輸方式。任意兩種運輸方式間通過換裝線進行運輸方式轉換。如圖1所示，O、A、B、C、D其中O、D代表城市的起始節點和目的地，A、B、C為中轉站，每個中轉站可以提供3種常用的運輸方式。

2 運輸方式優化模型的建立

2.1 運輸問題的提出

假設某物流企業在起始節點O點進行貨物集結，之后把貨物途經若干個城市運輸到終端D，這些城市之中有若干個節點可以進行貨物中轉，每個城市可以提供的常用的運輸方式，最多有鐵路、公路、航空3種，每個城市任意兩種運輸方式的中轉費用相同，然后再由物流配送中心把貨物分散到各個零售網點，完成貨物運輸的全過程，本文只進行干線運輸方式優化，在后續的研究中再對配送路徑進行探索。

2.2 假設條件

假設1 貨物只能在轉運節點進行轉運，每個節點只能轉運一次；

假設2 貨物在運輸過程中，要看成一個整體；

假設3 貨物在兩節點之間只能選擇一條路徑、一種運輸方式；

假設4 貨物在運輸過程中不考慮路況和交通流量的影響；

假設5 不考慮貨物的集結時間。

2.3 運輸方式優化模型的建立

在上述模型中，式（1）為目標函數聯運總成本最小，由貨物運輸成本、中轉成本和貨損成本構成；式（2）為運輸能力約束；式（3）為兩城市之間只能選擇一種運輸方式；式（4）表明只能在中轉城市才能進行中轉；式（5）防止各運輸方式發生沖突，如果在城市i運輸方式由k轉換為l，從城市i-1到城市i聯運方式為k，從i到i+1聯運方式采用l；式（6）為運輸過程中消耗的總時間；式（7）為運輸過程中總的碳排放費用。

3 Dijkstra算法求解聯運運輸網絡最優運輸方式問題

4 算例分析

某物流公司想運送50T貨物，從起始地O到物流配送中心D，途中經過四個城市，各個城市之間都能進行運輸方式的中轉時間和中轉費用如表1，表2為各運輸方式的其他參數，表3為各運輸方式的距離，同種運輸方式中轉費用為0，不同運輸方式的中轉費用相同為2，在綜合考慮各種費用條件下，如何進行運輸，才能得到使目標函數最小且最優聯運方式？

應用Dijkstra算法對算例進行求解，首先構建如圖2最短路徑計算網絡示意圖，由公式（1）求出每一條邊的最小權值，利用Dijkstra算法的求解步驟進行求解，得到最優的聯運方案（假設碳稅稅率=0.02元/kg，θ=0.03）。

應用MATLAB R2012b進行求解，求解結果如圖3所示：

總時間為27.5h，總費用為9 100元，在貨物集結和配送時均用公路運輸，圖3沒有表示出集結和配送兩過程。

5 結 論

多式聯運網絡優化是一個多約束條件的綜合性規劃問題，本文創新點在目標函數中加入碳排放費用、貨損費用、中轉費用等，使求得的最優聯運方式成本更加接近實際。在構建聯運網絡時，文章引入了軸輻式理論，進行聯運網絡的構建，進一步提高了運輸工具的滿載率，降低了單位運輸成本。另外，本文在探索過程中忽略了交通量和時間窗對運輸方式選擇造成的影響，這些問題是今后的研究重點。

參考文獻：

[1] 張運河，等. 優化多式聯運問題的一種廣義最短路方法研究[J]. 鐵道學報，2006，28（4）：22-26.

[2] 陳雷，等. 基于碳減排政策的多式聯運運輸方式選擇優化模型[J]. 北京交通大學學報，2015，39（3）：70-75.

[3] 佟璐，等. 多式聯運路徑優化模型與方法研究[J]. 物流技術，2010，5（19）：57-60.

[4] 盛景軍，等. 基于Pareto適應度的混合遺傳算法在多式聯運問題中的應用[J]. 西南師范大學學報（自然科學版），2012，37（9）：43-47.

[5] 雷定猷，等. 長大貨物多式聯運路徑優化模型與算法[J]. 交通運輸工程學報，2014，14（1）：75-83.

[6] 康凱，等. 多式聯運中運輸方式與運輸路徑集成優化模型研究[J]. 計算機應用研究，2010，27（5）：1672-1675.

[7] 楊雪. 考慮換裝時間的集裝箱多式聯運路徑優化問題研究[D]. 大連：大連海事大學（碩士學位論文），2013.

[8] 孫麗娜. 軸輻式多式聯運樞紐網絡優化研究[D]. 北京：北京交通大學（碩士學位論文），2015.