基于掛車共享的甩掛運輸聯盟中牽引車的調度研究

摘要：甩掛運輸聯盟的成立是為了聯盟成員之間實現資源與信息的共享，彌補甩掛運輸資源尤其是車輛及貨源信息不平衡方面的問題。針對目前甩掛運輸聯盟中存在的牽引車調度問題，構建以調度成本最低為目標的車輛路徑優化模型。為驗證模型的有效性，以某甩掛運輸聯盟的運營數據作為案例進行仿真實驗，利用遺傳算法進行求解。這一舉措不僅有助于優化甩掛運輸聯盟的運營模式，更在提升行業整體效率和資源利用水平方面發揮了重要作用。

關鍵詞：甩掛運輸聯盟 車輛調度 遺傳算法 掛車共享

中圖分類號：U492

Research on Drop and Pull Dispatching in the Drop and Pull Transport Alliance Based on Trailer Sharing

WANG Li ZHANG Lu YUAN Jingjing

Xinjiang Institute of Technology， Aksu， Xinjiang Uygur Autonomous Region， 843000 China

Abstract： The establishment of drop and drill transport alliance is to achieve resource and information sharing among alliance members， to compensate for the imbalance of drop and drill transport resources， especially vehicle and cargo information. A vehicle path optimization model with the goal of minimizing dispatching costs is constructed to address the drop and drill dispatching problem currently present in drop and drill transport alliance. To verify the effectiveness of the model， a simulation experiment was conducted using the operational data of a certain drop and drill transport alliance， and a genetic algorithm was used to solve the problem. This measure not only helps to optimize the operation mode of drop and drill transport alliance， but also plays an important role in improving the overall efficiency and resource utilization level of the industry.

Key Words： Drop and pull transport alliance; Vehicle dispatching; Genetic algorithm; Trailer sharing

甩掛運輸聯盟內部的車輛調度問題本質上是一種基于道路貨運車輛調度的貨運運力資源配置問題，關于甩掛運輸的車輛調度問題可以分為三類：（1）只考慮牽引車的調度問題而掛車只作為運輸單位的調度問題；（2）掛車的調度問題；（3）牽引車和掛車同時調度的問題。由于牽引車的購置成本高、保養維修費用以及司機人員的成本等問題，聯盟成立初期對于各個企業來說成本與收益的分配問題合作中最難解決的問題，如果當牽引車在規定時間內完成運輸任務之后返回起始甩掛運輸站場，一方面能夠保證運力的穩定以及自身企業內部資源的配置，另一方面對于每家企業來說減少了各方面的成本分配問題，也有利于促進聯盟內部企業的合作。

通過研究聯盟內部企業間掛車共享牽引車返回原車場的甩掛運輸牽引車調度問題。首先通過分析車輛調度的流程建立調度模型，其次利用遺傳算法進行求解，然后利用某甩掛運輸聯盟的數據仿真實驗，驗證該模型的合理性與有效性。

1問題描述和模型構建

現代物流業作為碳排放量較高的幾大行業之一，尤其是在物流的運輸環節，其碳排放量在物流作業中占80%以上。近年來，國家倡導綠色運輸，甩掛運輸以其低碳環保、高效運輸的優勢受到了國家的高度重視。后來部分地區的規模較小甩掛運輸企業為了解決甩掛運輸發展中遇到的這些問題，形成了甩掛運輸聯盟，以彌補甩掛運輸資源尤其是車輛及貨源信息不平衡方面的問題。甩掛運輸聯盟是一個物流協作團隊為了實現甩掛運輸的順利開展而組成的聯合體，包括尋找足夠穩定的貨源、建設基礎設施和甩掛運輸線路的分工合作等[1]。目前國內關于甩掛運輸聯盟的研究主要集中聯盟企業如何選擇合作伙伴[2]、甩掛運輸聯盟穩定性分析[3-4]，以及甩掛運輸聯盟平臺價值創造的實現過程等方面進行了研究[5]，關于甩掛運輸聯盟中車輛調度問題的研究文獻相對較少，李雨婷以公鐵聯運應用場景下的共享掛車池甩掛運輸為例，建立牽引車調度模型和掛車配置模型[6]，解決了二者之間的最佳適配數量。

1.1問題描述

1.2目標函數：

目標函數，表示該車輛調度問題要實現在完成運輸任務時成本最低。以成本最小的目標函數如下：

1.3約束條件

（1）車場開出牽引車數量的限制。

（2）所有運輸任務都要完成。

（3）牽引車只有完成當前任務才能完成下一任務。

（4）牽引車在完成任務后必須在車場最晚結算牽引車數量時返回車場。

（5）從車場出發并且最后回到原車場。

（6）不能從車場到車場。

（7）決策變量的整數約束。

2利用遺傳算法求解

2.1遺傳算法原理

遺傳算法模擬了自然選擇和遺傳中發生的復制、交叉和變異等現象，從任一初始種群出發，通過隨機選擇、交叉和變異等操作，產生一群更適應環境的個體，使群體進化到搜索空間中越來越好的區域，這樣一代一代地不斷繁衍進化，最后收斂到一群最適應環境的個體，求得問題的最優解[7]。

2.2遺傳算法步驟

2.2.1確定編碼方式及初始群體的產生

對于TSP來說，基于二進制的交叉和變異操作是不適用的[5]，以1985年Grefenstette提出的基于順序（Ordinal Representation）的遺傳基因編碼方法作為算法編碼為基礎，本文采用雙層編碼，第一層為配送任務順序編碼，長度為配送任務數，基因位為1～的自然數。第二層為指派配送中心編碼，長度為配送任務數，基因位為1～，為車場數量。如，則一個合法的編碼為，其中為第一層編碼， 表示首先執行5號配送任務（5號配送任務的起點和目的地，配送量都已知），然后再執行3號配送任務，再配送4號配送任務以此往下繼續進行。為第二層編碼表示，1號配送任務由車場2服務，2號配送任務由車場1服務，3號配送任務由車場2服務，4號配送任務由車場2服務。

2.2.2確定個體評價方法

對于極小值問題，適應度值就等于目標函數的倒數，取目標函數為，那么適應度函數即為。

2.2.3變異和交叉

第一層編碼遺傳算子設計如下：

（1）變異 。在此過程中采用單點變異，首先產生2個隨機自然數，然后交換第位和位的基因。比如那么染色體的變異為

（2）交叉：兩點交叉。①隨機選擇兩個染色體作為父本；② 產生2個隨機自然數和；③將兩個父本染色體至之間的基因片段進行交換，得到兩個子代染色體，并對得到的兩個染色體進行修訂處理，使得不發生沖突。例如：選擇的兩個父本染色體，那么交叉過程為，交叉后 修補之后為。

第二層編碼遺傳算子設計如下：

（1）變異。 同樣采用單點變異，首先產生一個隨機自然數，表示采用隨機變異的方式將第位的基因發生變異。比如， 那么染色體的變異為。

（2）交叉：兩點交叉。首先隨機選擇兩個染色體作為父本，然后產生2個隨機自然數和，最后將兩個父本染色體～之間的基因片段進行交換，得到兩個子代染色體。例如選擇的兩個父本染色體，那么交叉過程為，交叉后。

2.2.4終止條件

算法終止一般指適應度函數值的變化趨于穩定或者滿足迭代終止的公式要求，也可以是迭代到指定代數后停止進化[8]。

3案例分析

某甩掛運輸聯盟由S1、S2、S3、S4、S5五家運輸企業組成，每個運輸企業都有自己的甩掛運輸站場，站場主要負責貨物的中轉以及集散。企業間掛車可以共享，牽引車由各企業自己管理，所以在當天運輸任務完成之后牽引車必須在當天最晚結算點返回車企業站場。每家企業所擁有的牽引車數量如下表1所示，每輛車在出發之后20 h內必須返回車場。

該運輸系統中還存在5個運輸任務節點，分別為N1、N2、N3、N4、N5，運輸任務節點及甩掛運輸站場兩兩之間的距離如表2所示，而相互之間的運輸任務如表3所示。假設牽引車的運輸速度為60 km/h，掛車載重為60 t，且每公里的運輸費用為4.344元/km，車輛調度費用為C=300元。

利用 MATLAB 工具軟件實現文中算法。在約定的時間內，完成所有任務的前提下，假設種eRy6mp+0LqlLPFOHOTqCzvXIEsYpLjOpZMsnsliru3w=群規模為20，設置迭代次數為100，交叉概率為0.7，變異概率為0.1，通過利用MATLAB進行計算，得到遺傳算法優化的迭代曲線（如圖1所示），當迭代至90代之后，成本趨于穩定，得到最小成本為 50 608.92元。

4結語

隨著甩掛運輸在我國的逐步開展，甩掛運輸聯盟企業合作發展的模式未來也將成為中小企業與大企業競爭的必然發展模式，那么企業間資源的調配以及資源的合理分配等問題對于甩掛運輸聯盟的推進具有重大意義。牽引車返回原始甩掛運輸站場有利于保證運力的平衡和解決車輛維修保養等問題，對于甩掛運輸聯盟組織模式的開展也是一種創新。

參考文獻

[1] 楊偉健.關于以聯盟方式開展甩掛運輸的探討[J].鐵路采購與物流，2016，11（6）：46-48.

[2] 馮建麗，高超.“互聯網+”背景下的甩掛運輸企業聯盟的伙伴選擇研究[J].公路交通科 技，2022，39（7）：181-190.

[3] 楊揚，鄒欣辰，徐新揚.跨境甩掛運輸聯盟穩定性的演化博弈分析[J].重慶理工大學學報（社會科學），2021，35（6）：131-144.

[4] 楊揚，徐新揚.基于博弈理論的甩掛運輸企業聯盟條件與合作演化研究[J].公路交通科技，2020，37（5）：140-148.

[5] 康鳳偉，于夢琦，周志成，等.公鐵聯運企業甩掛運輸聯盟平臺的價值創造模型[J].物流技術，2022，41（5）：33-38.

[6] 李雨婷.共享掛車池甩掛運輸的牽引車調度和掛車配置研究[D].北京：北京交通大學，2020.

[7] 何金濤，楊中華.基于自適應交叉策略遺傳算法的非空貨位分配方案優化研究[J].物流科技，2024，47（10）：15-21.

[8] 李巖，袁弘宇，于佳喬等.遺傳算法在優化問題中的應用綜述[J].山東工業技術，2019（12）：242-243，180.