危險貨物鐵公聯(lián)運的優(yōu)化模型與算法研究.pdf

1、危險貨物鐵公聯(lián)運包括鐵路長途運輸、公路短途接駁以及換裝操作三大過程，這一結(jié)合鐵路和公路各自特點的運輸模式既可以囊括鐵路長距離運輸規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，又具備公路運輸?shù)撵`活性特點，是危險貨物長距離陸路運輸?shù)囊环N常用運輸模式。危險貨物鐵公聯(lián)運優(yōu)化問題主要包含站在以鐵路運輸部門為主導(dǎo)的鐵公聯(lián)運運輸商角度的運輸辦理站選址問題和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計問題，以及站在危險貨物鐵公聯(lián)運貨主角度的路徑優(yōu)化等問題，本文利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)優(yōu)化理論和方法探討危險貨物鐵公聯(lián)運優(yōu)化的這三

2、大關(guān)鍵問題，主要的研究內(nèi)容如下:
　　第2章研究了危險貨物鐵公聯(lián)運風(fēng)險評估問題，該問題的關(guān)鍵在于綜合考慮危險貨物鐵公聯(lián)運全過程的風(fēng)險特性，建立適用于危險貨物鐵公聯(lián)運優(yōu)化問題的風(fēng)險評估模型。本章首先系統(tǒng)分析了鐵公聯(lián)運流程，根據(jù)流程和各風(fēng)險評估模型的特點，分析了鐵公聯(lián)運各過程的事故概率和事故后果;并期望風(fēng)險作為風(fēng)險評估的基礎(chǔ)，建立了給定鐵公聯(lián)運路徑下的危險貨物鐵公聯(lián)運風(fēng)險評估模型，考慮到該模型適用范圍的局限性，構(gòu)建了基于期望風(fēng)險的危險

3、貨物鐵公聯(lián)運單商品流路徑優(yōu)化和多商品流路徑優(yōu)化模型，為后續(xù)優(yōu)化問題的模型構(gòu)建提供風(fēng)險目標(biāo)建模思路;最后，設(shè)計了兩個優(yōu)化模型的求解算法，并構(gòu)造算例驗證了模型和方法的有效性，測試結(jié)果顯示鐵公聯(lián)運模式對于危險貨物運輸來講具備一定的風(fēng)險優(yōu)勢。
　　第3章探討了危險貨物鐵公聯(lián)運辦理站選址問題，該問題在于在若干鐵公聯(lián)運辦理站備選點中，選址各類危險貨物鐵公聯(lián)運辦理站，并將各批危險貨物運輸需求在這些辦理站之間進(jìn)行合理分配，以使得各類型的各批貨物的

4、運輸需求均能滿足，且達(dá)到系統(tǒng)總成本和總風(fēng)險的權(quán)衡。本章首先構(gòu)建了危險貨物鐵公聯(lián)運p-hub選址模型，該模型易于理解，但由于建模策略的弱點，使得模型規(guī)模較大，進(jìn)而帶來了模型求解的困難。為了改進(jìn)該模型，接著構(gòu)建了一個基于點弧模型思想多商品網(wǎng)絡(luò)設(shè)計模型，該模型以最小化系統(tǒng)總成本、最小化系統(tǒng)總風(fēng)險為國標(biāo)，考慮了運到時間限制、辦理站對不同類型危險貨物的辦理能力等約束。多商品服務(wù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計模型結(jié)構(gòu)緊湊，相比于p-hub選址模型能夠大大降低變量和約束的

5、個數(shù)，基于此特點，為多商品服務(wù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計模型定制了3個多目標(biāo)求解算法，包括線性加權(quán)求和算法、增廣加權(quán)切比雪夫算法和增廣ε-約束算法。最后，對1個大規(guī)模切實算例所進(jìn)行的計算分析、算法比較和靈敏度分析結(jié)果表明:模型和3種算法均是正確有效的;3個算法中，增廣ε-約束算法由于在非支配解的區(qū)分度上面所占據(jù)的優(yōu)勢，較適合于本問題的求解;另外，辦理點能力的擴(kuò)大，在一定程度上可以降低系統(tǒng)總成本和總風(fēng)險。
　　第4章探討了鐵公聯(lián)運服務(wù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計問題

6、，該問題是基于我國的鐵路貨物運輸?shù)膶嶋H情況，綜合考慮危險貨物和普通貨物，在既定的鐵路危險貨物貨運列車編組計劃基礎(chǔ)上，確定列車開行頻率、貨流分配方案和貨流的鐵路公路接續(xù)方案。通過巧妙運用統(tǒng)一化手段，將服務(wù)節(jié)點之間的公路運輸服務(wù)和鐵路運輸服務(wù)定義為不同服務(wù)類型的運輸服務(wù)弧;將鐵路、公路服務(wù)節(jié)點之間的換裝、中轉(zhuǎn)服務(wù)統(tǒng)一定義為不同類型的中轉(zhuǎn)服務(wù)弧，構(gòu)造出鐵公聯(lián)運基本服務(wù)網(wǎng)絡(luò)?；诖?，建立了綜合考慮危險貨物和普通貨物的鐵公聯(lián)運服務(wù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計的混

7、合整數(shù)線性規(guī)劃模型，模型以最小化系統(tǒng)總成本、最小化系統(tǒng)總風(fēng)險為目標(biāo)，并且考慮了貨物與服務(wù)的相容性約束、鐵公聯(lián)運辦理點的能力限制、貨物的運到時間限制等因素?；诜?wù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的建模思路使得模型構(gòu)建較為簡便、結(jié)構(gòu)緊湊，根據(jù)該特點，同樣定制了3個多目標(biāo)求解算法。最后，對1個大規(guī)模切實算例所進(jìn)行的計算分析、算法比較和靈敏度分析結(jié)果表明:鐵公聯(lián)運服務(wù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計模型和算法均是正確有效的;3個算法中，增廣ε-約束算法由于在非支配解的區(qū)分度上面所占據(jù)的優(yōu)勢

8、，較適合于本問題的求解;另外，運到時間限制要求的放寬和辦理點中轉(zhuǎn)時間的壓縮，在一定程度上均能降低系統(tǒng)總成本和總風(fēng)險。
　　第5章探討了危險貨物鐵公聯(lián)運路徑優(yōu)化問題，該問題的關(guān)鍵是在綜合考慮鐵路運輸固定時刻表、服務(wù)時間窗和規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，確定各批危險貨物運輸路徑，以使得所有危險貨物的運到時間要求得到滿足，且能達(dá)到總成本和總風(fēng)險的權(quán)衡。首先將鐵路運費描述為分段線性函數(shù)，并且在細(xì)致分析鐵路運輸固定時刻表和服務(wù)時間窗要求的基礎(chǔ)上構(gòu)造

9、考慮時間的鐵公聯(lián)運服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。然后建立了一個同時以總費用最小和總風(fēng)險最小為目標(biāo)，囊括所有運營和能力約束、各批貨物運到時間限制因素等的便于理解的危險貨物鐵公聯(lián)運路徑優(yōu)化的多目標(biāo)非線性模型。接著，對模型進(jìn)行線性化，并且定制了3個通用的多目標(biāo)優(yōu)化算法求解該線性模型。最后，對1個大規(guī)模切實案例的計算分析、算法比較和靈敏度分析結(jié)果表明:模型和算法均是正確有效的;增廣ε-約束算法既可確保非支配解均勻分布，也可有效避免冗余計算，并且還在更側(cè)重費用目標(biāo)的