考慮運(yùn)輸成本最優(yōu)化的多式聯(lián)運(yùn)路徑選擇模型

文/李蓁 魏雯

多式聯(lián)運(yùn)是貨物流通的重要媒介，由于傳統(tǒng)模型在預(yù)測(cè)路徑選擇時(shí)對(duì)成本因素考慮不足，導(dǎo)致多式聯(lián)運(yùn)路徑選擇的成本較高，研究考慮運(yùn)輸成本最優(yōu)化的多式聯(lián)運(yùn)路徑選擇模型。獲取道路更新數(shù)據(jù)特征，處理數(shù)據(jù)庫更新道路信息。構(gòu)建多式聯(lián)運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)，連接運(yùn)輸轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)。預(yù)測(cè)路徑選擇行為，引導(dǎo)路徑選擇，調(diào)控貨運(yùn)量。基于運(yùn)輸成本建立多式聯(lián)運(yùn)路徑選擇模型，完成路徑選擇。經(jīng)實(shí)驗(yàn)論證分析，與傳統(tǒng)模型對(duì)比，本文模型的路徑選擇運(yùn)輸成本更低，節(jié)約了40102.54元，說明本文模型具有較好的應(yīng)用效果。

0.引言。

隨著綜合運(yùn)輸系統(tǒng)的不斷發(fā)展與普及，多式聯(lián)運(yùn)業(yè)務(wù)也不斷增多，多式聯(lián)運(yùn)作為一種先進(jìn)的運(yùn)輸形式廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代物流行業(yè)，多式聯(lián)運(yùn)能夠充分發(fā)揮不同運(yùn)輸方式的特點(diǎn)，具有運(yùn)輸效率高，涉及面廣、運(yùn)輸成本低的特點(diǎn)，是提升運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量的有效保障[1-3]。多式聯(lián)運(yùn)在國外發(fā)展已較為成熟，但在國內(nèi)還處于快速發(fā)展中，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了較為深入的研究，本文基于運(yùn)輸成本為限制條件建立運(yùn)輸模型，為未來考慮成本的路徑選擇提供一定的參考。因此，根據(jù)不同貨物的特點(diǎn)，在保證運(yùn)送質(zhì)量的基礎(chǔ)上選擇運(yùn)輸成本最低的多式聯(lián)運(yùn)的路徑具有重要的使用價(jià)值，對(duì)今后對(duì)多式聯(lián)運(yùn)的路徑選擇研究有著現(xiàn)實(shí)意義。

1.考慮運(yùn)輸成本最優(yōu)化的多式聯(lián)運(yùn)路徑選擇模型

1.1 獲取道路更新數(shù)據(jù)特征

道路實(shí)體情況一直處于變化中，因此需要掌握實(shí)時(shí)道路數(shù)據(jù)的更新情況。獲取數(shù)據(jù)庫更新的地理特征，主要包括道路維修，河流的水量情況、建筑物修筑與拆除等信息數(shù)據(jù)[4]。道路的點(diǎn)特征包括新建、廢除和重命名的建筑物，道路的線特征也有不同方面的更新，主要包括道路元素的重新分類和屬性的變化，這種變化屬于道路特征基本變化，若道路元素有部分屬性發(fā)生變化則對(duì)應(yīng)更新路段[4-5]。本文將每個(gè)路段作為獨(dú)立的地理區(qū)域，將數(shù)據(jù)元素在每一路段顯示，形成數(shù)據(jù)信息字典的形式，將更新數(shù)據(jù)與道路事件相關(guān)聯(lián)，按順序處理更新。

1.2 構(gòu)建多式聯(lián)運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)

在建模前需要對(duì)模型對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相應(yīng)的處理，為了更好地了解建模思想需要先對(duì)基礎(chǔ)交通網(wǎng)絡(luò)的信息進(jìn)行分析。在多式聯(lián)運(yùn)的交通網(wǎng)絡(luò)中，一次完整的運(yùn)輸過程需要經(jīng)過多種方式進(jìn)行運(yùn)送，在相同線路中，多式聯(lián)運(yùn)交通會(huì)給運(yùn)送方提供多種運(yùn)輸方式，運(yùn)送貨物的過程將經(jīng)過多種運(yùn)輸方式的選擇，其中包括對(duì)運(yùn)送方式的選擇和運(yùn)送路徑的選擇，由于需要考慮運(yùn)輸成本的最優(yōu)化，本文采用基于多式聯(lián)運(yùn)的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。通過不同的制式的不同站點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)重新構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)，將運(yùn)送服務(wù)作為連接線，在多式聯(lián)運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)中，將利用制式作為區(qū)分依據(jù)，使各區(qū)域形成相對(duì)獨(dú)立的子網(wǎng)絡(luò)，并以運(yùn)輸轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)為連接，該網(wǎng)絡(luò)可表示為：

式中R為多式聯(lián)運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)，Z為多式聯(lián)運(yùn)交通的集合，X表示各交通站點(diǎn)集合，C為各類連接線的集合。城市內(nèi)部交通線網(wǎng)絡(luò)通常采用單一軌道交通制式，在城際交通線網(wǎng)絡(luò)采用可以兼容低級(jí)制式的高等級(jí)線網(wǎng)，提供多式聯(lián)運(yùn)的運(yùn)輸服務(wù)。在整體網(wǎng)絡(luò)中用實(shí)線連接線表示運(yùn)輸方式的多樣性，用虛線連接線表示運(yùn)送路徑的轉(zhuǎn)換行為，使整體網(wǎng)絡(luò)符合運(yùn)輸者對(duì)多式聯(lián)運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)的理解。

1.3 預(yù)測(cè)路徑選擇行為

預(yù)測(cè)貨物運(yùn)送方對(duì)路徑的選擇行為是建模前的關(guān)鍵步驟，通過調(diào)整物流服務(wù)，引導(dǎo)運(yùn)送方進(jìn)行不同的路徑選擇。通過獲得事件發(fā)生的預(yù)測(cè)概率，預(yù)測(cè)變量是離散的選擇支，通過比較不同選擇的效用，計(jì)算選擇支被選擇的概率。根據(jù)效用最大化的觀點(diǎn)，預(yù)測(cè)運(yùn)送方?jīng)Q策者將優(yōu)先考慮成本為效用的最大，此選擇支概率最大。根據(jù)觀測(cè)到的自變量分析和描述在特定情況下的事件發(fā)生概率，給出運(yùn)輸成本，額外成本，運(yùn)送時(shí)間等信息，得到貨物運(yùn)送方路徑選擇的概率，從而預(yù)測(cè)未來的路徑選擇結(jié)果。

1.4 基于運(yùn)輸成本建立多式聯(lián)運(yùn)路徑選擇模型

根據(jù)多式聯(lián)運(yùn)各運(yùn)輸方式的特點(diǎn)，船運(yùn)價(jià)格最低但耗時(shí)較長(zhǎng)，因此在時(shí)間充分的條件下可以通過船運(yùn)進(jìn)行貨物的運(yùn)送，但更多情況下，物資運(yùn)送希望在時(shí)間上得到有效地保障，因此在約束條件中，時(shí)間約束是極其重要的部分，設(shè)置Kn為第n種運(yùn)輸方式的運(yùn)輸成本，Klnn′為從第n種運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換為第n′運(yùn)輸方式時(shí)的轉(zhuǎn)換成本。具體建模過程如下：

上式為始發(fā)地貨物運(yùn)往中轉(zhuǎn)站的運(yùn)輸成本，其中l(wèi)為原產(chǎn)地節(jié)點(diǎn)，l′為原產(chǎn)地中心城市，設(shè)第s個(gè)城市為中心城市；i為需求地節(jié)點(diǎn)，i′需求地中心城市，n為運(yùn)輸方式，dnll′=1為節(jié)點(diǎn)i到i′采用n種運(yùn)輸方式運(yùn)輸，hnll為原產(chǎn)地l到中心城市l(wèi)′之間的運(yùn)輸量，unll為原產(chǎn)地l到中心城市l(wèi)′之間的運(yùn)輸距離，且l≠1。在中轉(zhuǎn)站中，貨物運(yùn)輸方式的轉(zhuǎn)換成本為：

式中hnl為原產(chǎn)地節(jié)點(diǎn)貨物運(yùn)輸量，從需求點(diǎn)中轉(zhuǎn)站運(yùn)送到需求地的運(yùn)輸成本為：

式中pn為n種運(yùn)輸方式的運(yùn)輸二氧化碳排放因子，綜合上述各運(yùn)輸環(huán)節(jié)成本，建立總的目標(biāo)函數(shù)的模型為：

式中Q=1表示貨物運(yùn)輸采用多式聯(lián)運(yùn)樞紐，式中所有參數(shù)均為非負(fù)數(shù)。接下來對(duì)成本進(jìn)行分析，進(jìn)行模型求解，通過模型對(duì)路徑成本的變化分析，為貨物運(yùn)送方選擇運(yùn)送路徑提供參考。

2.實(shí)驗(yàn)論證分析

本文隨機(jī)選取了成都作為多式聯(lián)運(yùn)的出發(fā)點(diǎn)，設(shè)定運(yùn)送貨物40噸，終點(diǎn)為日本東京。本文基于遺傳算法，求解多式聯(lián)運(yùn)路徑選擇模型成本最優(yōu)路徑，設(shè)計(jì)運(yùn)送路徑節(jié)點(diǎn)共13個(gè)，具體情況如圖1所示。

圖1 成都到東京多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)

由圖1所知，為后文表述方便，將圖中城市用字母符號(hào)表示，對(duì)照字母已在圖中給出。由上文運(yùn)輸成本函數(shù)可知，計(jì)算各運(yùn)輸方式的運(yùn)費(fèi)，不同運(yùn)輸工具之間的中轉(zhuǎn)費(fèi)用具體來源于網(wǎng)絡(luò)收集，鐵路運(yùn)輸成本約為0.32-0.52元（噸/千米），內(nèi)陸水運(yùn)為0.44元（噸/千米），國際水運(yùn)為0.44元（噸/千米），航空運(yùn)輸為0.78-0.9元（噸/千米），不同運(yùn)輸工具之間中轉(zhuǎn)費(fèi)用如下表1所示。

表1 運(yùn)輸中轉(zhuǎn)費(fèi)用（元/噸）

由表1可知，考慮路程中換裝費(fèi)用不受運(yùn)輸距離影響，因此假設(shè)運(yùn)輸方式之間換裝成本固定不變。運(yùn)用matlab軟件，編寫本文采用的遺傳算法程序進(jìn)行求解，可求解出最優(yōu)成本路徑，設(shè)定上述算法參數(shù)，設(shè)交叉概率為0.8，變異概率為0.01，最大世代數(shù)為450。最終得到16個(gè)非劣解集，根據(jù)運(yùn)輸成本最優(yōu)化的目標(biāo)，本文選出了最優(yōu)路徑，為驗(yàn)證本文模型的有效性，本文選擇傳統(tǒng)路徑選擇模型與本文模型進(jìn)行對(duì)比，具體最優(yōu)路徑選擇情況如表2所示。

表2 不同模型路徑選擇最優(yōu)結(jié)果

由表2可知，1代表鐵路運(yùn)輸，2代表水路運(yùn)輸，3代表航空運(yùn)輸，本文模型選擇的路徑與傳統(tǒng)模型路徑相比，節(jié)約了40102.54元，說明本文模型具有有效性，可以在多式聯(lián)運(yùn)的基礎(chǔ)上根據(jù)不同運(yùn)送需求提供不同的聯(lián)運(yùn)參考方案，節(jié)約運(yùn)輸成本。

3.結(jié)束語。

本文以運(yùn)輸成本最優(yōu)化為目標(biāo)，獲取道路更新數(shù)據(jù)特征并在數(shù)據(jù)庫進(jìn)行添加、修改和刪除等處理，構(gòu)建多式聯(lián)運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)，預(yù)測(cè)路徑選擇行為，建立多式聯(lián)運(yùn)的路徑選擇模型，取得了一定的研究成果。但同時(shí)，由于時(shí)間和條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，需要進(jìn)一步探討。本文路徑選擇模型中只針對(duì)成本這一影響因素做了具體研究，日后還可以考慮時(shí)間成本等因素，進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，進(jìn)一步研究更加科學(xué)的因素取值方法，提高現(xiàn)代物流運(yùn)輸?shù)恼w競(jìng)爭(zhēng)力。C