公路快速貨運軸輻式網(wǎng)絡運載規(guī)劃研究與應用.pdf

1、公路快速貨運是為適應優(yōu)質服務和快速運輸需求而開展的公路運輸業(yè)務。由于經(jīng)濟和科技的發(fā)展，商品流通速度加快，小批量、多品種、高時效的貨物不斷增加，普通公路貨運已經(jīng)不能滿足貨運市場的需求，而公路快速貨運以其快速、安全、準確和“門到門”的服務形式成為貨物中短途快速運輸?shù)淖罴呀M織方式。近年來公路快速貨運發(fā)展迅速，已經(jīng)成為道路運輸市場新的經(jīng)濟增長點。 公路快速貨運以零擔貨物和小件貨物為主要運輸對象，注重服務的時效性。軸輻式網(wǎng)絡可以通過合并運

2、輸達到提高車輛實載率，降低運營成本的目的，因此成為公路快速貨運企業(yè)普遍采用的運輸組織形式。運載規(guī)劃是軸輻式網(wǎng)絡中期營運規(guī)劃的一個分支，是將貨物排程、車輛選擇、空車平衡等問題結合起來進行規(guī)劃研究，以期在保證服務水平的前提下最大限度地降低運營成本。目前，歐美發(fā)達國家和臺灣學者對此研究較為深入，也有研究人員將設施和運載規(guī)劃進行統(tǒng)籌考慮。這些研究所針對的地區(qū)往往經(jīng)濟發(fā)展狀況較好，運輸企業(yè)成熟度普遍較高，加上運輸政策的支持，運輸企業(yè)常采用載重量相

3、對固定的車輛(其中，許多國家和地區(qū)采用甩掛運輸，即一個牽引車拖掛多個車廂的形式)。因而，現(xiàn)有文獻對軸輻式網(wǎng)絡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貨物路徑及運營成本影響的研究。由于國內各地經(jīng)濟發(fā)展極不平衡，同一企業(yè)不同貨運站的貨運需求量差異極大，加上甩掛運輸由于運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行運輸。將車型選擇因素納入軸輻式網(wǎng)絡運載規(guī)劃，是針對國內公路快運實際情況提出的新課

4、題，亟待開展相關研究。 另外，由于國內人力成本等固定支出不斷上漲，車輛保有成本持續(xù)上揚，加上整個貨運市場運力過剩，許多貨運企業(yè)更愿意在保有部分自有車輛的情況下與個體車主簽訂合同，采用車輛掛靠、租用等多種形式，以求增加經(jīng)營靈活性，降低運營成本。車輛掛靠和車輛租用方式在車輛調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、調度方便性及運輸安全方面進行綜合平衡，是公路快運企業(yè)面臨的現(xiàn)實問題，鮮有文獻研究，值得我們進行深入

5、地探討和研究。 本文以帶有沿途停靠線路的層級軸輻式網(wǎng)絡和帶有直達運輸線路的混合軸輻式網(wǎng)絡為研究對象，以最優(yōu)化理論和方法為指導，針對國內獨有的多車型混合及多種車輛使用方式并存的狀況，對軸輻式網(wǎng)絡的運載規(guī)劃問題進行了分析和數(shù)學描述，找到了符合工程應用研究特點的解決方法，采用實際業(yè)務數(shù)據(jù)進行了運算和驗證，通過大量理論分析和實際應用，取得了較為豐富的研究結果。 本文首先討論了公路貨物運輸?shù)膬煞N營運方式：整車貨物運輸和零擔貨物運輸

6、，指出由于需要保證在指定時間內將貨物送到收貨人手中，零擔貨物運輸不能按照整車運輸“車滿即發(fā)”的原則進行，只能采用“合并運輸”的方式，通過軸輻式網(wǎng)絡進行貨物的運輸和組織，以求能在保證服務承諾的前提下，提高車輛實載率，降低運輸成本。本文介紹了軸輻式網(wǎng)絡的概念，根據(jù)以往的文獻資料對其結構進行了描述，總結歸納了軸輻式網(wǎng)絡的分類，闡述了軸輻式網(wǎng)絡中貨物的發(fā)運過程，介紹了軸輻式網(wǎng)絡中兩個最重要的要素—中轉站和貨運站的概念、作用和貨物走向。

7、本文研究的層級軸輻式網(wǎng)絡是單一中繼站指派情況下帶有沿途停靠線路的軸輻式網(wǎng)絡。為避免大規(guī)模優(yōu)化問題給建模和求解帶來不便，本文通過分析層級軸輻式網(wǎng)絡的特點，將網(wǎng)絡分為多個普通子網(wǎng)和一個主干子網(wǎng)。每個中轉站及其所屬的貨運站加上其中的線路歸入一個普通子網(wǎng)，所有中轉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，以各車型車輛數(shù)和車輛行駛線路為決策變量，對普通子網(wǎng)和主干子網(wǎng)分別建

8、立了數(shù)學模型。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)出層級式遺傳算法用于求解普通子網(wǎng)模型，運用分枝定界方法求得主干子網(wǎng)的優(yōu)化運載方案，然后將所有子網(wǎng)的優(yōu)化結果綜合起來，就是整個層級軸輻式網(wǎng)絡的優(yōu)化結果。本文以國內某快運公司的三個中轉站及其覆蓋的軸輻式網(wǎng)絡作為實例進行運算和驗證，運算結果表明，經(jīng)過優(yōu)化后的層級軸輻式網(wǎng)絡運載方案較企業(yè)原有運載方案節(jié)約成本15.3％，而且在車輛

9、行駛時間約束下，同一普通子網(wǎng)內部線路數(shù)較少的情況下更容易得到較優(yōu)的運載方案，即同一線路上經(jīng)過的站點較多時，采用車載量較大的車輛進行運輸，更易得到較為經(jīng)濟的配置方案。 混合軸輻式網(wǎng)絡也是公路貨運企業(yè)經(jīng)常采用的運輸網(wǎng)絡形式。本文研究的混合軸輻式網(wǎng)絡是在層級軸輻式網(wǎng)絡的基礎上增加直達線路形成的。研究以層級軸輻式網(wǎng)絡運載規(guī)劃的結果為基礎，采用改進的貪婪算法向網(wǎng)絡中添加直達線路，添加時以每次添加能夠最大限度地降低運營成本為準則。分析表明，

10、當兩貨運站間距離較短或貨量較大時增加直達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貪婪算法，分別運用這兩種算法對問題實例進行運算。運算結果驗證了“在距離較近或貨量較大的貨運站間添加直達線路更有利于降低運營成本”的推測，經(jīng)過比較進一步發(fā)現(xiàn)，采用基于貨量的改進貪婪算法可以更好地發(fā)揮出直達線路在降低成本方面的作用。對某快運公司軸輻式網(wǎng)絡添加直達線路，可以在層級軸輻式運載優(yōu)化結果的基礎上將子網(wǎng)成本再降低4.86％左右。

11、 針對目前國內貨運行業(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、包租車輛和臨時租車管理特點和結算特征的基礎上，歸納和總結了這幾種車輛使用方式的成本構成要素，在成本、運輸安全性和調度方便性等方面對它們進行了比對，提出了綜合考慮成本、安全和調度方便性的多目標規(guī)劃模型，采用多目標規(guī)劃的主要目標法，結合拉格朗日松弛技術、層級式遺傳算法和分枝定界法對模型進行求解。經(jīng)過分析，提出了安全性參數(shù)和方便性參數(shù)的設置原則，采用國內某快運