區(qū)域綜合貨運樞紐布局優(yōu)化模型

趙若彤

摘 要：隨著區(qū)域一體化進程的加快，區(qū)域之間的合作和交流增多，區(qū)域貨運樞紐一體化布局能有效節(jié)約資源，提高運輸效率。以區(qū)域貨運系統(tǒng)總體運輸費用最低為目標，構(gòu)建了區(qū)域綜合貨運樞紐布局優(yōu)化模型.該模型與實際情況較為吻合，是區(qū)域綜合貨運樞紐布局優(yōu)化方法。

關(guān)鍵詞：貨運樞紐;貨物運輸;布局優(yōu)化

一、區(qū)域綜合貨運樞紐布局優(yōu)化模型構(gòu)建

區(qū)域綜合貨運樞紐布局優(yōu)化問題為區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)問題（NDP）的一個特例.通常NDP被分為兩種形式：離散型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計問題（DNDP）和連續(xù)型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計問題（NDP）區(qū)域綜合貨運樞紐布局是在現(xiàn)有的綜合運輸網(wǎng)絡(luò)中確定貨運樞紐布局，屬于離散型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計問題.在區(qū)域綜合貨運樞紐布局優(yōu)化問題中，政府部門制定合理的規(guī)劃方案，使整個貨運系統(tǒng)運輸成本最低或社會效益最大，而貨物運輸業(yè)者隨著方案的變化及時調(diào)整自己的出行路線，使自己的運輸費用最小.區(qū)域綜合運輸貨運系統(tǒng)運輸費用包括通過樞紐貨物運輸費用和不通過樞紐貨物運輸費用兩部分.其中通過樞紐貨物運輸成本包含：貨源地至樞紐的運輸成本、樞紐之間的運輸成本及樞紐至目的地的運輸成本，且由于樞紐之間單位運輸成本要低于非樞紐之間單位運輸成本，故樞紐之間單位運輸成本相對非樞紐之間運輸成本有一個成本折扣A（0

二、貨物聯(lián)運網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

1、聯(lián)運網(wǎng)絡(luò).聯(lián)合運輸是指用兩種或兩種以上運輸方式以完成某項運輸任務(wù)的綜合運輸方式，采用聯(lián)合運輸方式完成一次門到門運輸任務(wù)，為了方便描述各方式的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，從圖中可以很清晰地看出整個聯(lián)合運輸過程的運作流程和參與聯(lián)合運輸?shù)母鞣N方式的獨立與協(xié)作關(guān)系.由此，可以采用比較成熟的地理信息系統(tǒng)（GIS）網(wǎng)絡(luò)處理技術(shù)，對聯(lián)合運輸網(wǎng)絡(luò)進行處理，供計算時使用。如圖。

2、可行合理路徑的確定。所謂/可行合理路徑0是指符合一般貨物運輸作業(yè)特性的包括運輸方式使用在內(nèi)的合理可行的運輸路徑方案.生產(chǎn)實踐中公路運輸主要位于聯(lián)合運輸路徑，各種運輸方式都有其合理的運距.另外，現(xiàn)代物流中的/ 合理運輸0原則也要求在運輸方式的合理運距范圍內(nèi)盡量選擇直達運輸，從而減少中間環(huán)節(jié)帶來的成本提升和貨損增加.因此完成一次運輸任務(wù)各種方式間換裝的次數(shù)必須有一定的限制.由上可以認為/可行合理路徑0的內(nèi)涵是在一般聯(lián)合運輸路徑概念的基礎(chǔ)上增加約束條件：合理的方式序列;合理的運距;合理的換裝次數(shù)，根據(jù)約束條件，結(jié)合區(qū)域綜合運輸貨運網(wǎng)絡(luò)的特點，可以得到在求解區(qū)域綜合貨運樞紐布局優(yōu)化模型時，貨運運輸在路徑方案選擇時的約束條件：一是合理的方式序列，一般認為其它運輸方式的集散運輸主要通過公路進行，所以對于給定的聯(lián)合運輸路線，可以認為它是不合理的路徑;二是合理運距，這個條件主要是針對樞紐之間的干線運輸而言的，一般認為樞紐之間干線運輸之運距要大于其合理運距;

三、模型求解

該模型是較為復(fù)雜的數(shù)學規(guī)劃問題，是個不確定的選址問題，因為目標函數(shù)中需求點與樞紐及樞紐之間運輸費用參數(shù)（阻抗）fij1、fij2、fij3、Fij和其間貨運需求 Z ij、Y ij、X ij、V ij均不是一個確定值，它們隨著貨運樞紐布局的變化而變化，是貨運樞紐開關(guān)變量H的函數(shù)，該問題不能直接求解。因此，要求解該模型首先要確定H，而H正是模型的求解目標.然而求解出所有樞紐的最優(yōu)組合是不現(xiàn)實的，因為樞紐的組合數(shù)隨著備選樞紐數(shù)目的線性遞增而幾何增長.因此應(yīng)該選用一種合適的啟發(fā)式算法來求解。用遺傳算法中的基因作為樞紐方案的數(shù)學表達式較為合理，因為在樞紐設(shè)置時常常需要模型化、數(shù)量化的方法支持，而遺傳算法則對于解決該類問題有突出的優(yōu)越性。

1、遺傳算法模型的建立（1）解的構(gòu)造用一個n段基因串來表示一組樞紐設(shè)置方案，每段n位，n為候選方案中建設(shè)樞紐的個數(shù).基因的每一位表示在它所代表的位置建設(shè)樞紐與否（H），不建設(shè)為0，建設(shè)為1.（2）初始群體的產(chǎn)生在滿足編碼方案的前提下，隨機產(chǎn)生L個個體，構(gòu)成初始群體.將其記為：G0 = {g0，g1，gL }.并對其可行性驗證.（3）適應(yīng)度函數(shù)適應(yīng)度函數(shù) Fit（#）為度量群體中各個個體在 優(yōu)化計算中接近于最優(yōu)解的優(yōu)良程度的函數(shù)，在該問題中它度量每個方案的優(yōu)劣程度

2、求解步驟：（1）構(gòu)建多方式超級貨運網(wǎng)絡(luò)由于區(qū)域綜合貨運樞紐是基于多方式網(wǎng)絡(luò)進行的，因此首先要構(gòu)建多方式網(wǎng)絡(luò).而多方式網(wǎng)絡(luò)模型與單方式網(wǎng)絡(luò)有很大區(qū)別，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間可能有多種方式聯(lián)系，采用以往方法是無法很好表達的，而超級網(wǎng)絡(luò)可以解決此類問題，因此可以采用基于超級網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建基于多方式貨物聯(lián)合運輸網(wǎng)絡(luò).較為簡便的方法是在基本路網(wǎng)（如公路網(wǎng)）上增加代表其它方式（如鐵路、水路等）的虛擬路徑，即可得到用于描述區(qū)域綜合貨物運輸?shù)某壘W(wǎng)絡(luò).（2）增設(shè)樞紐之間專用虛擬路徑如前所述，樞紐之間單位貨物運輸費用較非樞紐之間單位運輸費用要低，這就有可能出現(xiàn)在同一路段上可能有兩種運輸費用（阻抗）的問題，即同一路段上通過樞紐之間的貨運交通阻抗較非樞紐之間貨運阻抗要低，而這也是一般分配網(wǎng)絡(luò)所無法表達的，因此可以考慮在超級貨運網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同方案增設(shè)描述樞紐間貨運運輸?shù)膶Ｓ锰摂M路徑.虛擬路徑的分配貨運量可以視為樞紐間直接貨運量。

參考文獻

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