公路快速貨運(yùn)軸輻式網(wǎng)絡(luò)運(yùn)載規(guī)劃研究與應(yīng)用.pdf

1、公路快速貨運(yùn)是為適應(yīng)優(yōu)質(zhì)服務(wù)和快速運(yùn)輸需求而開展的公路運(yùn)輸業(yè)務(wù)。由于經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，商品流通速度加快，小批量、多品種、高時(shí)效的貨物不斷增加，普通公路貨運(yùn)已經(jīng)不能滿足貨運(yùn)市場(chǎng)的需求，而公路快速貨運(yùn)以其快速、安全、準(zhǔn)確和“門到門”的服務(wù)形式成為貨物中短途快速運(yùn)輸?shù)淖罴呀M織方式。近年來(lái)公路快速貨運(yùn)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為道路運(yùn)輸市場(chǎng)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。 公路快速貨運(yùn)以零擔(dān)貨物和小件貨物為主要運(yùn)輸對(duì)象，注重服務(wù)的時(shí)效性。軸輻式網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)合并運(yùn)

2、輸達(dá)到提高車輛實(shí)載率，降低運(yùn)營(yíng)成本的目的，因此成為公路快速貨運(yùn)企業(yè)普遍采用的運(yùn)輸組織形式。運(yùn)載規(guī)劃是軸輻式網(wǎng)絡(luò)中期營(yíng)運(yùn)規(guī)劃的一個(gè)分支，是將貨物排程、車輛選擇、空車平衡等問題結(jié)合起來(lái)進(jìn)行規(guī)劃研究，以期在保證服務(wù)水平的前提下最大限度地降低運(yùn)營(yíng)成本。目前，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家和臺(tái)灣學(xué)者對(duì)此研究較為深入，也有研究人員將設(shè)施和運(yùn)載規(guī)劃進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。這些研究所針對(duì)的地區(qū)往往經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r較好，運(yùn)輸企業(yè)成熟度普遍較高，加上運(yùn)輸政策的支持，運(yùn)輸企業(yè)常采用載重量相

3、對(duì)固定的車輛(其中，許多國(guó)家和地區(qū)采用甩掛運(yùn)輸，即一個(gè)牽引車拖掛多個(gè)車廂的形式)。因而，現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)軸輻式網(wǎng)絡(luò)中多車型并存的情況研究較少，較少涉及使用不同載重量的車輛對(duì)貨物路徑及運(yùn)營(yíng)成本影響的研究。由于國(guó)內(nèi)各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展極不平衡，同一企業(yè)不同貨運(yùn)站的貨運(yùn)需求量差異極大，加上甩掛運(yùn)輸由于運(yùn)輸政策和成本限制難以執(zhí)行和推廣，不可避免地需要采用具有不同裝載容量的車輛進(jìn)行運(yùn)輸。將車型選擇因素納入軸輻式網(wǎng)絡(luò)運(yùn)載規(guī)劃，是針對(duì)國(guó)內(nèi)公路快運(yùn)實(shí)際情況提出的新課

4、題，亟待開展相關(guān)研究。 另外，由于國(guó)內(nèi)人力成本等固定支出不斷上漲，車輛保有成本持續(xù)上揚(yáng)，加上整個(gè)貨運(yùn)市場(chǎng)運(yùn)力過(guò)剩，許多貨運(yùn)企業(yè)更愿意在保有部分自有車輛的情況下與個(gè)體車主簽訂合同，采用車輛掛靠、租用等多種形式，以求增加經(jīng)營(yíng)靈活性，降低運(yùn)營(yíng)成本。車輛掛靠和車輛租用方式在車輛調(diào)度的方便性和保障貨物的安全性方面顯然不如自有車輛。如何在成本、調(diào)度方便性及運(yùn)輸安全方面進(jìn)行綜合平衡，是公路快運(yùn)企業(yè)面臨的現(xiàn)實(shí)問題，鮮有文獻(xiàn)研究，值得我們進(jìn)行深入

5、地探討和研究。 本文以帶有沿途?？烤€路的層級(jí)軸輻式網(wǎng)絡(luò)和帶有直達(dá)運(yùn)輸線路的混合軸輻式網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，以最優(yōu)化理論和方法為指導(dǎo)，針對(duì)國(guó)內(nèi)獨(dú)有的多車型混合及多種車輛使用方式并存的狀況，對(duì)軸輻式網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)載規(guī)劃問題進(jìn)行了分析和數(shù)學(xué)描述，找到了符合工程應(yīng)用研究特點(diǎn)的解決方法，采用實(shí)際業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行了運(yùn)算和驗(yàn)證，通過(guò)大量理論分析和實(shí)際應(yīng)用，取得了較為豐富的研究結(jié)果。 本文首先討論了公路貨物運(yùn)輸?shù)膬煞N營(yíng)運(yùn)方式：整車貨物運(yùn)輸和零擔(dān)貨物運(yùn)輸

6、，指出由于需要保證在指定時(shí)間內(nèi)將貨物送到收貨人手中，零擔(dān)貨物運(yùn)輸不能按照整車運(yùn)輸“車滿即發(fā)”的原則進(jìn)行，只能采用“合并運(yùn)輸”的方式，通過(guò)軸輻式網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行貨物的運(yùn)輸和組織，以求能在保證服務(wù)承諾的前提下，提高車輛實(shí)載率，降低運(yùn)輸成本。本文介紹了軸輻式網(wǎng)絡(luò)的概念，根據(jù)以往的文獻(xiàn)資料對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，總結(jié)歸納了軸輻式網(wǎng)絡(luò)的分類，闡述了軸輻式網(wǎng)絡(luò)中貨物的發(fā)運(yùn)過(guò)程，介紹了軸輻式網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)最重要的要素—中轉(zhuǎn)站和貨運(yùn)站的概念、作用和貨物走向。

7、本文研究的層級(jí)軸輻式網(wǎng)絡(luò)是單一中繼站指派情況下帶有沿途?？烤€路的軸輻式網(wǎng)絡(luò)。為避免大規(guī)模優(yōu)化問題給建模和求解帶來(lái)不便，本文通過(guò)分析層級(jí)軸輻式網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，將網(wǎng)絡(luò)分為多個(gè)普通子網(wǎng)和一個(gè)主干子網(wǎng)。每個(gè)中轉(zhuǎn)站及其所屬的貨運(yùn)站加上其中的線路歸入一個(gè)普通子網(wǎng)，所有中轉(zhuǎn)站及它們之間的線路歸入主干子網(wǎng)。這樣的劃分，使得子網(wǎng)內(nèi)部各要素間耦合度很大而子網(wǎng)間耦合度很小。本文以成本最小化為目標(biāo)，以各車型車輛數(shù)和車輛行駛線路為決策變量，對(duì)普通子網(wǎng)和主干子網(wǎng)分別建

8、立了數(shù)學(xué)模型。各子網(wǎng)之間沒有互相交叉的決策變量，因此完全可以獨(dú)立求解。論文借助分枝定界和回溯法的思路縮小搜索空間，開發(fā)出層級(jí)式遺傳算法用于求解普通子網(wǎng)模型，運(yùn)用分枝定界方法求得主干子網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)載方案，然后將所有子網(wǎng)的優(yōu)化結(jié)果綜合起來(lái)，就是整個(gè)層級(jí)軸輻式網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化結(jié)果。本文以國(guó)內(nèi)某快運(yùn)公司的三個(gè)中轉(zhuǎn)站及其覆蓋的軸輻式網(wǎng)絡(luò)作為實(shí)例進(jìn)行運(yùn)算和驗(yàn)證，運(yùn)算結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的層級(jí)軸輻式網(wǎng)絡(luò)運(yùn)載方案較企業(yè)原有運(yùn)載方案節(jié)約成本15.3％，而且在車輛

9、行駛時(shí)間約束下，同一普通子網(wǎng)內(nèi)部線路數(shù)較少的情況下更容易得到較優(yōu)的運(yùn)載方案，即同一線路上經(jīng)過(guò)的站點(diǎn)較多時(shí)，采用車載量較大的車輛進(jìn)行運(yùn)輸，更易得到較為經(jīng)濟(jì)的配置方案。 混合軸輻式網(wǎng)絡(luò)也是公路貨運(yùn)企業(yè)經(jīng)常采用的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)形式。本文研究的混合軸輻式網(wǎng)絡(luò)是在層級(jí)軸輻式網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加直達(dá)線路形成的。研究以層級(jí)軸輻式網(wǎng)絡(luò)運(yùn)載規(guī)劃的結(jié)果為基礎(chǔ)，采用改進(jìn)的貪婪算法向網(wǎng)絡(luò)中添加直達(dá)線路，添加時(shí)以每次添加能夠最大限度地降低運(yùn)營(yíng)成本為準(zhǔn)則。分析表明，

10、當(dāng)兩貨運(yùn)站間距離較短或貨量較大時(shí)增加直達(dá)線路更有利于降低成本。于是，本文提出基于距離和基于貨量的兩種改進(jìn)貪婪算法，分別運(yùn)用這兩種算法對(duì)問題實(shí)例進(jìn)行運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果驗(yàn)證了“在距離較近或貨量較大的貨運(yùn)站間添加直達(dá)線路更有利于降低運(yùn)營(yíng)成本”的推測(cè)，經(jīng)過(guò)比較進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，采用基于貨量的改進(jìn)貪婪算法可以更好地發(fā)揮出直達(dá)線路在降低成本方面的作用。對(duì)某快運(yùn)公司軸輻式網(wǎng)絡(luò)添加直達(dá)線路，可以在層級(jí)軸輻式運(yùn)載優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上將子網(wǎng)成本再降低4.86％左右。

11、 針對(duì)目前國(guó)內(nèi)貨運(yùn)行業(yè)多種車輛使用方式并存的情況，本文在分析自有車輛、掛靠車輛、包租車輛和臨時(shí)租車管理特點(diǎn)和結(jié)算特征的基礎(chǔ)上，歸納和總結(jié)了這幾種車輛使用方式的成本構(gòu)成要素，在成本、運(yùn)輸安全性和調(diào)度方便性等方面對(duì)它們進(jìn)行了比對(duì)，提出了綜合考慮成本、安全和調(diào)度方便性的多目標(biāo)規(guī)劃模型，采用多目標(biāo)規(guī)劃的主要目標(biāo)法，結(jié)合拉格朗日松弛技術(shù)、層級(jí)式遺傳算法和分枝定界法對(duì)模型進(jìn)行求解。經(jīng)過(guò)分析，提出了安全性參數(shù)和方便性參數(shù)的設(shè)置原則，采用國(guó)內(nèi)某快運(yùn)