（交通运输规划与管理专业论文）时效物流运输网路规划研究.pdf

同济大学申请硕士学位论文 摘要 随着我国物流业的快速发展，能够承担大规模、跨区域运输任务物流公司已 经开始出现。但针对于这类物流企业所进行的理论的探讨比较薄弱。特别是在企 业时效物流运输网络的规划研究上，相关的研究较少。另外，政府管理者在进行 物流发展相应决策过程中，对企业的需求往往难以量化，从而容易造成决策的偏 j z 工。 本文在系统总结国内外有关运输服务网络规划理论的基础上，从物流运输服 务企业( 第三方物流企业) 的角度，对区域时效性物流运输网路结构的设计规划 以及在相应网络下的运输组织形式进行研究，并建立对应于物流运输企业行之有 效的数学规划模型，从而为企业的相关决策提供帮助。同时，本文在企业相关决 策模型建立的基础上，对管理者( 政府部门) 物流运输通道建设的决策方法进行 了一定量化讨论。 关键词：物流，运输网络，决策模型，算法 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fl o g i s t i ci n d u s t r y , s o m el o g i s t i c sc o m p a n i e sw h i c hc a nt a k eo n t h em a s sm u l t i r e g i o n a l c a r g o st r a n s p o r t a t i o n m i s s i o nh a v ea p p e a r e d b u tf e wa c a d e m i c r e s e a r c h e sf o rt h e s ee n t e r p r i s e se s p e c i a l l yt h ep l a n n i n go ft h et i m ed e f i n i t el o g i s t i c st r a n s p o r t a t i o n n e t w o r kw a sm a d e a n df o rt h eg o v e r n m e n t ，s o m ei n c o r r e c td e c i s i o n sm a yb em a d eb e c a u s eo ft h e l a c ko f q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so f t h ed e m a n do f t h ee n t e r p r i s e s t h er e s e a r c hi n t h i st h e s i sw a sb a s e do nt h et h e o r i e sa b o u tt h et r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k p l a n n i n ga r o u n dt h ew o r l d t h et h e s i sw a se n g a g e di nr e s e a r c ho nt h es t r u c t u r eo fr e g i o n a lt i m e d e f i m t el o g i s t i c st r a n s p o r t a t i o nn e t w o r ka n dt h ef o r mo f t r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o nf r o mt h ep o i n t o fv i e wo fl o g i s t i c ss e r v i c ee n t e r p r i s e sf t h e3 mp a r tl o g i s t i c s ) a ne f f e c t i v em a t h e m a t i c a l p r o g r a m m i n gm o d e lw a se s t a b l i s h e d a n ds o m eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s w a sm a d eo nt h e g o v e r n m e n td e c i s i o n m a k i n gm e t h o dt h a ti su s e dt oe s t a b l i s ht h el o g i s t i c st r a n s p o r t a t i o nc h a n n e l s k e yw o r d s ：l o g i s t i c s ，t r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k ，d e c i s i o n - m a k i n gm o d e l ，a l g o r i t h m 同济大学申请硕士学位论文 摘要 随着我国物流业的快速发展，能够承担大规模、跨区域运输任务物流公司已 经开始出现。但针对于这类物流企业所进行的理论的探讨比较薄弱。特别是在企 业时效物流运输网络的规划研究上，相关的研究较少。另外，政府管理者在进行 物流发展相应决策过程中，对企业的需求往往难以量化，从而容易造成决策的偏 j z 工。 本文在系统总结国内外有关运输服务网络规划理论的基础上，从物流运输服 务企业( 第三方物流企业) 的角度，对区域时效性物流运输网路结构的设计规划 以及在相应网络下的运输组织形式进行研究，并建立对应于物流运输企业行之有 效的数学规划模型，从而为企业的相关决策提供帮助。同时，本文在企业相关决 策模型建立的基础上，对管理者( 政府部门) 物流运输通道建设的决策方法进行 了一定量化讨论。 关键词：物流，运输网络，决策模型，算法 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fl o g i s t i ci n d u s t r y , s o m el o g i s t i c sc o m p a n i e sw h i c hc a nt a k eo n t h em a s sm u l t i r e g i o n a l c a r g o st r a n s p o r t a t i o n m i s s i o nh a v ea p p e a r e d b u tf e wa c a d e m i c r e s e a r c h e sf o rt h e s ee n t e r p r i s e se s p e c i a l l yt h ep l a n n i n go ft h et i m ed e f i n i t el o g i s t i c st r a n s p o r t a t i o n n e t w o r kw a sm a d e a n df o rt h eg o v e r n m e n t ，s o m ei n c o r r e c td e c i s i o n sm a yb em a d eb e c a u s eo ft h e l a c ko f q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so f t h ed e m a n do f t h ee n t e r p r i s e s t h er e s e a r c hi n t h i st h e s i sw a sb a s e do nt h et h e o r i e sa b o u tt h et r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k p l a n n i n ga r o u n dt h ew o r l d t h et h e s i sw a se n g a g e di nr e s e a r c ho nt h es t r u c t u r eo fr e g i o n a lt i m e d e f i m t el o g i s t i c st r a n s p o r t a t i o nn e t w o r ka n dt h ef o r mo f t r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o nf r o mt h ep o i n t o fv i e wo fl o g i s t i c ss e r v i c ee n t e r p r i s e sf t h e3 mp a r tl o g i s t i c s ) a ne f f e c t i v em a t h e m a t i c a l p r o g r a m m i n gm o d e lw a se s t a b l i s h e d a n ds o m eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s w a sm a d eo nt h e g o v e r n m e n td e c i s i o n m a k i n gm e t h o dt h a ti su s e dt oe s t a b l i s ht h el o g i s t i c st r a n s p o r t a t i o nc h a n n e l s k e yw o r d s ：l o g i s t i c s ，t r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k ，d e c i s i o n - m a k i n gm o d e l ，a l g o r i t h m 声日月 ，o 本人郑币声明：本论文是在导帅的指导下，独也进行研究，i ：作所取 得的成果，撰写成硕士学位论文时效物流运输网路规划研究。除 论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注 明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：袭意哲 矿坤年；月驴日 同济大学申请硕士学位论文 第一章绪论 物流活动包括多种功能，如运输、仓储及设施规划与选址等。其中，运输是 物流活动的最为主要的组成部分，是物流的核心环节 1 】。而交通运输系统包括 公路、铁路、港口、机场、枢纽场站以及城市道路系统，是支持物流系统的重要 基础。物流业的发展，需要有一个便利、通达的运输体系给予支撑。 对于物流服务类型企业( 特别是提供物流运输服务的企业) ，在区域物流服 务业务的不断发展中，其物流运输体系的需求往往表现为，在保证一定运输服务 水平的条件下的物流运输网络的建立。 1 1 企业区域时效性物流运输体系规划研究的内容 1 1 1 区域运输系统的一般构成 区域运输系统一般由硬件系统和软件系统两部分构成。 区域运输系统的硬件构成主要包括：基础设施、运输设备和与运输相关的 人员等元素。其中基础设施包括道路、桥梁、货场、码头等；运输设备包括集装 箱、汽车、船只等用来载货运输的工具。 区域运输系统的软件则主要包括运输网络的模式。运输网络模式由两方面 组成，分别是运输网络构成模式和运输组织模式。具体见下图： 同济大学申请硕士学位论文 图l 区域运输系统构成示意图 1 1 2 时效性物流运输体系的主要内容 现代物流以交通运输技术和信息技术为基础，在满足流通需求的同时，追求 将服务全过程的系统总成本降至最低水平。而交通运输是物流的有机组成部分， 是物流大系统中极为重要的子系统。因此，无论是对于企业的物流需求还是物流 服务类企业，都需要在满足一定服务水平的基础上，实现成本的最低化。 时效性物流运输体系的主要含义是指在满足一定的物流运输时间( 或时间 范围内) 的情况下，建立的物流运输网络。时效性物流运输的营运作业与一般的 物流运输相比，有以下特点： 对物流托运者时效性的承诺； 根据对运输时效的承诺特点的不同，可以分成软时间窗和硬时间窗。软 时间窗指如果某项运输任务不能在承诺的时间范围内完成，则给予一定 的惩罚，也即有由物流服务企业支付一定罚金；硬时间窗则是指货主的 运输任务必须在要求的时间范围内完成，否则不予接收。反映到模型上， 硬时间窗的特点是若超过承诺的时间范围，则得到的模型解为不可行 解。本文将主要讨论软时间窗下的物流运输体系。 4 同济大学申请硕士学位论文 1 2 本文的立论依据 在经济全球化的发展以及我国加入w t o 并逐渐与世界经济融为一体的趋 势下，我国物流业的发展越来越受到重视，众多的物流企业处在快速成长之中。 目前的物流企业主要由国内分布在交通、铁路、民航、外运、商业、物资等领域 的从事与物流有关业务，并且具有物流功能的企业，再加上少量的国外物流企业 组成。 由于我国物流业刚刚起步，目前的物流企业大量是从原有的运输、仓储类 企业发展而来，导致的直接结果就是目前开展的物流业务也多停留在原来的服务 水平上，对物流运输的时效性特点重视不够。进而高附加值和定制化的个性服务 十分缺乏 2 】。 然而更为重要的是，从国外物流业发展的历程以及中国物流业未来的趋势 来看，大型集团化、跨地区服务的物流企业必将出现。因此，对这类企业建立一 套科学的时效性物流运输网络十分必要。本文从区域物流服务企业的角度，尝试 讨论区域时效性物流服务网络模式的建立。 1 3 本文力求解决的问题 本文的从承担时效物流运输任务的物流企业以及政府的行业管理者的角度 出发，主要研究以下几个问题： 对于物流运输服务企业，在服务对象的o d ( 起讫点) 已知，各o d 对 间的物流量的大小已知的条件下，如何科学确定物流运输服务网络模 式，以使整个物流服务成本最低且满足一定服务水平? 在物流运输服务网络模式确定的情况下，如何组织物流运输( 包括运输 规模和运输组织的确定) ，从而实现物流成本的优化? 政府管理者如何以企业实际需求为依据，通过投资来为企业建立高效的 时效物流运输网络服务? 1 4 研究范围的界定 货物运输的相关研究包括两个层面：组织( o r g a n i z a t i o n ) 层面与规划整合 同济大学申请硕士学位论文 性( i n t e g r a t i o n ) 层面。组织层面又可以分成需求层面的托运者( s h i p p e r ) 、提供 服务层面的载运者( c a r r i e r ) 以及管理层面的政府单位。而规划整合性层面则主 要是规划所涵盖的货物内容或项目，包括货运行业整体的总体性规划与单一货物 运输业者的个体性规划等两类。目前的货物运输的相关研究主要着重与两大领 域：政府层面的货物运输总体性规划和各货物运输业者的个体性规划。 在组织层面上，政府制定政策管理货物运输业，而载运者在政府货物运输的 有关政策下，承运托运者所交付的货物，以满足其运输要求。载运者按车队与货 物的所有权区分为自有( p r i v a t e ) 与营运( f o r - h i r e ) 两类。前者以自有的车队， 承运企业或个人的自有货物；而后者则对社会大众提供收费的货物运输服务。货 物运输业者可以按公告的费率或签订的运输合同收取费用，也可以按以车或以件 计价等方式进行收费。 货物运输业务按货源产生的特点的不同，又可以分为整车运输( t r u c k l o a d ) 和零担散货运输( l e s s t h a n t r u c k l o a d ) 。前者是以整车计价与托运者签订合同 承运货物，属于契约式服务。如集装箱运输业属整车运输业，提供集装箱运输服 务。零担散货运输按公告费率，以件计价，接受社会大众的货运委托，其中，按 所承诺的时间送达的零担散货运输属于时效性零担散货运输( t i m ed e f i n i t e ) ，反 之则属于非时效性零担散货运输( t i m ei n s e n s i t i v e ) 。 3 】 规划整合性层面的总体性规划侧重于国家、区域或城市内的货物运输需求预 测与运输系统设计；而货物运输业者的个体性规划，则侧重于运输服务企业的营 运网络结构、组织设计规划。 总体性运输系统规划的相关研究，按学科的不同可以划分成三个层次： 以规划学科的有关方法为基础，研究的主要内容是预测区域各城市未来 的运输需求； 以区域科学为主要方法，研究的主要内容为解释区域间货物流动产生的 原因，也就是空间价格均衡理论； 以交通工程学科为主，研究的是制定相关政策，规范城市内部货物运输 车辆的运行。 通过以上对整个货物运输系统的介绍，特别是不同货运方式( 如整车运输方 式和零担散货运输方式) 以及不同层面的货运规划( 总体性规划和个体性规划) ， 同济大学申请硕士学位论文 不难发现，对于整车货运，由于基本上提供点对点的直达服务，较为简单。而零 担散货运输因以集配小宗货物为主要业务，因此需要在运输网络上建立相应的站 所，同时还必须建立适应不同运输功能( 长途和短途) 的集配车队，通过合理的 运输组织，形成运输的规模经济( e c o n o m yo f s c a l e ) 。 本文的研究范围是零担散货运输业者的个体性规划，包括网络模式和组织模 式。具体见下图： 图3 本文研究范围示意图 1 5 本文的理论基础及技术路线 本文以运输经济学理论、运筹学理论以及物流学有关理论为基础，以现有运 输服务网络的研究成果为依托，采用数学建模及相关数学计算方法解决上述问 题。技术路线如下图所示： 同济大学申请硕士学位论文 图2 本文的技术路线 8 同济大学申请硕士学位论文 第二章国内外相关研究总结 2 1 国内外相关研究成果 2 1 1 运输网络模式的研究 近年，欧盟( e u r o p e a nu n i o n ) 制定了相关法律，以增强欧盟内部货运市场 的竞争。特别是运输税收的减低，更促使了这一趋势的增强。为降低企业成本， 众多的个体运输业者通过合资等形式，以第三方物流服务者的身份，在不同的地 区建立统一名称的货运服务网络。在这一过程中，一种新的纯轴辐式( p u r e h u b - a n d - s p o k e ) 货运网络逐渐形成。 纯轴辐式网络的特点主要是其组织结构。这种组织结构由站点( d e p o t s ) 和 中心站( h u b ) 组成。其中这些专门的站点覆盖了由相关集货和递送点所组成的 区域。同时，这些站点又至少与一个转运中心或中心站相连。物流货运的协调则 通过由站点到转运中心的运输得以实现。纯轴辐式网络系统结构见下图： 货运站点 转运中心( 中心站) 物流货运 图4 纯轴辐式网络系统结构 纯轴辐式网络系统中的运输工作方式如下： 第一个运输阶段：收集( p i c ku p ) 货主的货物( 简称集货) 并把货物运送 到相应的站点( d e p o t s ) 第二个运输阶段：来自于不同站点的货物按照走向的不同在转运中心( h u b ) 处进行分类组合。在工作时问内，卡车( 或其它运输设备) 以及卡车装载设备( 一 9 同济大学申请硕士学位论文 到两个集装箱) 的数量，必须要与当天从每一个站点到中心站和从中心站到每个 收获站点的货物运量相适应。 第三个运输阶段：该阶段主要包括收货站点把货物递送至收货客户，从而完 成整个货物的运输过程。一般来讲，集货与递送货物的工作往往合二为一。 在这样的运输网络下，商品的整个移动过程可以划分成干线运输( l i n eh a u l ) 和本 地运输( 包括集货和递送) 两部分： 干线运输通常是在发送站点与中心站间和中心站与收货站点间的长途 运输，使用的车辆一般也是大型卡车； 本地运输则在收货站点内部采用小型车辆的短途运输方式得以实现。 具体的组织方式见下图所示： 9 图5 纯轴辐式网络组织结构划分 一 中心站 货运站点 用户 需要注意的是，通过中心站的运输方式并不是唯一的选择。货物的运输也 可以直接由发送站点运至接收站点而不通过中心站的转运。这种情况下，纯轴辐 式网络将变成扩展( 复合) 式轴辐网络。下图为复合式轴辐网络示意图。【4 】 i o 同济犬学申请硕：仁学位论文 图6 复合式轴辐网络示意图 纯轴辐式网络与复合式轴辐网络无论是在网络构成上，还是运输组织上， 都存在较大的不同。本文后面会对其进行详细的叙述。 2 1 2 运输网络系统规划的研究 国外一般把运输网络系统规划划分为三个层面：战略规划( s t r a t e g i c p l a n n i n g ) 、战术规划( t a c t i c a lp l a n n i n g ) 和营运规划( o p e r a t i o n a lp l a n n i n g ) 。 战略规划主要适应于长期规划。主要内容包括制定基本的发展政策、物理 网络的框架设计和演变、主要设施( 如场站) 的选址以及服务的明确。 战术规划一般为中期规划。主要是服务网络的设计。也就是路径选择、营 运服务类型、结点和结点间的基本操作制度，结点内部的工作分配等内容。 营运规划则为短期规划，其内容主要为服务车辆( 司乘人员) 的排班、车 辆的路径选择以及稀有资源的分配。 对应于时效性零担散货运输的纯轴辐式网络系统规划也可划分成两个层 次：战略规划( s t r a t e g i cp l a n n i n g ) 、和营运规划( o p e r a t i o n a lp l a n n i n g ) ( 包括战 术规划) 。 战略规划需要解决的问题包括：站点及中心站数量和位置的方案选择、 客户发货站点和收货站点的任务分配、干线运输路径和运输设备的选 择。 营运规划主要是在战略规划的基础上，确定干线运输的卡车( 或其它运 输设备) 的数量( 规模) 、递送和集货的车辆巡回路径规划。 5 】 2 1 3 相关规划模型的研究 2 1 3 1 相关运输网络模型 早期的运输网络规划模型由于网络本身结构比较简单，因此相关的数学模 型中目标函数也相对较为简单。 由于运输网络设计模型表示的是结点( n o d e ) 以及连接结点的路径( l i n k ) 。 与路径相联系的还有选择路径所引起的固定成本( f i x e dc o s t ) 。所以，整个运输 同济大学申请硕士学位论文 网络的目标就是，通过选择网络中的合理路径，在满足需求的前提下，使所选择 路径的固定成本与网络使用的可变成本之和为最低。 m a g n a n t i 和w o n g 在1 9 8 4 年，m i n o u x 在1 9 8 9 年以及m a g n a n t i 和w o l s e y 于1 9 9 5 年等对运输网络模型进行了相关研究。模型的基本构造如下： 设运输网络为= ( n ，a ) ，其中n 为网络顶点( v e r t e x ) 集合，a 是网络路径 集合。 模型的数学方程表示形式如下： m i n i m i z e 厶+ c 辫 ( 1 ) ( 驴) e a( 扩) e a | 口e p s u b j e c t t o 工箩一= 吖，f n ，p p 斥n冉n x ；“扩y 扩，( f ，) a ，e p ( 2 ) ( 3 ) ( y ，矽中，( f ，歹) a ，p p ( 4 ) y y ，( f ，) a ( 5 ) o ，( f ，j ) a ，p p ( 6 ) 参数解释： f 1 ，路段( f ，) 为营业路段，且被选择 1 ，= 删 l0 ，其余情况 ：第p 种商品在( f ，) 路段上的流量 ：路段( f ，) 的固定成本 ：单位重量第p 种商品使用( f ，) 路段的运输成本 u 订：路段( f ，) 的容量 d | ：p ：结点f 处第p 种商品的需求量 d 7 = 一w p ，若f 点为商y a p 的起点 w p ，若i 点为商y a p 的终点 ( 7 ) 0 ，其它情况 1 2 同济大学申请硕士学位论文 其中，巧和蜥为决策变量。 目标函数( 1 ) 表示的是整个运输系统的总成本。方程( 2 ) 与方程( 7 ) 共 同表示的是货物流量的守恒以及结点的货物需求的数学形式。不等式( 3 ) 约束 了路段的货物流量不能大于路段容量。其余的约束条件主要表示的是各参数的有 效范围。 与上面的模型等价的以路径为基础的网络设计模型如下： m i n i m i z e 兀y 驴+ ， s u b j e c t t o 矽= w pp p | j l ，砧“i f y ；f ，( f ，) a y 茸y ，( f ，_ ，) a 五，o ，p p ， 其中，为第p 种商品在路径z 上的流量； 石驷一j 1 ，如果对于第p 种商品， ( f ，_ ，) 之间的路段属于路径，r ” 10 ，其余情况 = y c 善础，在路径，上商品p 的交通运输成本 一一， x ；= h 6 ； 以上的运输网络模型，适用于一般的运输网络规划。l t - l 类型的运输与其 它运输方式相比有所不同，无论是组织方式上还是在网络结构上，都相对比较复 杂。在类似一般运输网络建立模型的思路下，国外对l t - l 运输网络规划进行了 研究，特别是p o w e l l 和s h e f f i 等人在9 0 年代的一系列研究。 在网络的结点中，需要分成两种类型：一种为线路终点( e n d o f - l i n e ) ，是 货物运输的起点或终点；另外种是组装点( b r e a k b u l k ) ，这类结点仅是起到处 理货物的作用。设运输网络为= ( r ，i ) ， 参数解释： g ：从i 至l j j 每辆拖车的单位重量干线运输成本( 载货或空车) 。 同济大学申请硕士学位论文 掣：若f 为组装点，则表示单位拖车的组装处理成本；其余情况为o 。 c f ( 在线路终点f 处计算拖车处理成本的函数，它取决于以f 为终点的直 达服务的总量；若i 为组装点，则为0 。 w o d ：以结点0 为起点且到结点d 的l - t - l 运输的拖车数量。 儿：以结点0 为起点且到结点d 的整车运输流量。虽然整车运输中途不必 进行货物合并，但它产生的空车必须要与l t - l 运输产生的空车一起进行重新配 置，因此整车运输也被包括进方程。 z ：可能货运路径的集合。 ：辅助的流量变量( 用于描述聚类约束) 。 虼：服务决策变量；如果载运者( 运输服务商) 提供从结点i 到结点j 的直 达运输服务；否则为0 。 ：以结点硝终点且在路段( f ，) 上的三一丁一三运输的流量；嘞= 吒d ； d ：以结点硝终点且在路段( f ，_ ，) 上的整车运输的流量；= 曼箩； b ：从f 至妙的空车流量。 # ：在组装点f 处处乳- t 一货物的总量，其大小为以f 为起点的量加上在 该处进行中转处理的量。 鸩：如果结点，到结点提供直达服务的最小频率。 k 土服务频率；也就是指派于从结点f 到结点_ ，的规划区域的拖车数量， 其中： 巩) = 倍絮鸭 o 具体模型如下 m i n i m i z p c i f ， g ， ! y l ，+ 】+ 掣x 夕+ 掣h 】 ( 1 ) ( 驴) e i j e r s u b j e c t t o ： 1 4 同济大学申请硕士学位论文 形= l ，f ，d f j a r 扣 喵sy i ，i ，j ，d f 工；= l 屹+ 工丢弦，f ，歹，d i k i e r j 吻一= w i ，f ei e r k d w i - - z 瓦( x 詹) + 虬一乃k ) 一儿，f f 驴丢： 芝嚣d扣r 拓r 【篇 y 扩 o ，1 ) ，o ，j f ) i 形 o ，1 ) ，( f ，力i 巧d ，巧，0 , i ，j ，da f ( 8 ) ( 9 ) ( 1 0 ) ( 1 1 ) 在这一模型中，可以发现目标函数( 1 ) 的总成本包括了服务成本( 通过服 务等级来体现) 、载货和空车运输成本以及在结点处理货物成本几个部分。约束 ( 2 ) 、( 3 ) 和( 5 ) 保证同一起讫点的货物的路径选择服从一般路径的约束( 路 径选择唯一) ，同时保证需求得到满足。( 4 ) 式是只有货物操作处理服务被利用 的情况下才受到路径约束。( 6 ) 式和( 7 ) 式限制了空车流量的平衡。( 8 ) 式表 明的是整车流量守恒。 上面模型进行决策的是网络运输模式，也即确定两个结点间是否需要进行 直接运输。其应用范围比较广，适合于一般的网络组织。 2 1 3 2 轴辐式网络模型 战略决策模型 关于轴辐式网络系统的战略决策问题，国外有很多相关研究文献。其中， o k e l l y 在1 9 8 6 年首次提出通过建立方程，把轴辐式系统设计问题作为一个二次 规划问题加以解决。但由于中心站位置选择可能情况的增加会导致该问题的复杂 ) ) ) ) ) ) 2 3 4 5 6 7 ( ( ( ( ( ( 同济大学申请硕士学位论文 程度加大，同时也使这一设计方法只能适用于于较小规模的运输网络规划：因此， 之后的研究者尝试把中心站选址问题分解为两个子问题( 中心站选址和路径选择 问题) ，并针对不同子问题使用不同的解决方法。如，s k o r i n - k a p o v 等人采用禁 忌搜索( t a b o os e a r c h ) 的方法寻找每个子问题的最佳解决方案。a k y i n 研究了 中- i i , 站设计问题中的两个不同的变化。在第一种情况中，所有从给定结点发生的 运输在到达其终点之前，必须要经由特定的中心站。第二种情况则允许从给定结 点发生的运输根据终点的不同的选择中一1 1 , 站，也就是单中心站分派( s i n g l e a s s i g n m e n t ) 和联合中心站分派( m u l t i p l ea s s i g n m e n t ) p l 题。从而a k y i n 发展了对 于多重分配的枚举法( e n u m e r a t i o nm e t h o d ) 和对于一次分配的分支界定 ( b r a n c h - a n d - b o u n d ) 方法。c a m p e l l 则在1 9 9 5 年首次对联合中心站分派问题建 立了数学模型，并利用启发式算法对单中心站和联合中心站分派问题的数学解法 进行了研究。在此基础上，o k e l l y 和d b r y a n 在1 9 9 6 年发表论文，对这一问题 的模型进行改进。 单中心站和联合中心站分派问题 在单中心站分派网络模式中，结点必须与唯一的中心站连接。所有出发和 到达非中心站的结点的货运，必须要经过其所对应的中心站。而联合中心站分派 网络模式则允许每一相互作用的结点对的货运选择成本最低的路线和中心站。两 种模式的图示如下： 气 、 ， 、 卜一 ( b ) j 、 图7 ( a ) 单中心站分派网络模式( b ) 联合中心站分派网络模式 联合中心潍分派网络模式的相关模型： 施门i m i z e z = ( c 膻+ a c 拥+ c 州弦。加 ( 1 ) i j k 。m e s s u b j e c t t o 1 6 同济大学申请硕士学位论文 匕= p 七 = 1 ，v j i 詹，确 - r , o ，v j - i ；k 砸啄 一艺ow - 咖 k e s u ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) 其中： 口：货物流量在中心站之间的折减系数( o 口1 ) p ：开放的( 可用的) 的中心站的个数 ：以i 为起点j 为终点的货物流量 q ：路径上某路段的单位流量的运输成本 ，f 1 ，若磁点为中心站 10 ，其他情况 彳渤：以i 为起点j 为终点的流量中，选择k 和m 中心站的那部分流量 目标函数包括了网络的全部运输成本。约束( 2 ) 表示的是开放的中心站数 量；约束( 3 ) 保证了每一对起讫点( i ，j ) 间的路径选择通过某些中心站。约束 ( 4 ) 和约束( 5 ) 共同保证了o d 间的运输只能通过中心站的所在地。 单中心站分派网络模式的相关模型 m i n i m i z ez = ( c 庸+ 口c 拥+ c 耐弦咖 ( 1 ) s u b j e c t t o z 址= p ( 2 ) 七 z i k = 1 七 z i k z 咄0 一乙= o 臁三s n v f v i k i ；k ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) 1 7 同济大学申请硕士学位论文 一= ov j - i ；后 t e ( 6 ) 除了增加了一个参数z 外，该模型的目标函数的形式与联合中心站模型的 目标函数一致。该参数的定义如下： ，f 1 ，如果从结点f 出发的货物被分l e n k e e 心站 厶扶一10 ，其余情况 7 一f l ，若结点七为中心站 厶殷10 ，其余情况 约束( 3 ) 表示的是每个结点必须要分配对应于一个中心站。约束( 4 ) 表 示的是在结点被分配对应给k 之前，k 必须是中心站。而约束( 5 ) 与约束( 6 ) 在一起，保证了除非起始结点i 和终到结点j 已经分别分配给中心站k 和中心站 m ，否则o d 间的运输不能选择通过中心站k 和m 的路径。 显而易见，在实际应用中，联合中心站模型的应用更据广泛性，因此使用 范围也较大。【6 】 轴辐网络运输规模经济效应( 中心站间流量折减) 闯题的研究 在上面的网络模型中，描述中心站间运输的运输规模经济效果，采用了流量 折减系数口。由于该值小于l ，因此不管通过路段流量的大小，这种中心站间的 流量折减是必然发生的。同时，这也体现了企业组织轴幅式运输网络的经济效益。 但由于流量与货运成本间的具体关系比较复杂，在模型中两者仅仅采用线性关 系，与实际情况有很大差别。 0 k e l l y 与d l b r y a n 等人研究认为，在实际的情况下，单位货运成本与货 物流量之间的关系往往表现为，货运成本在流量增加的情况下，其增长是以速率 逐渐变小的形式进行的。示意图见下面： 同济大学申请硕士学位论文 每 公 里 成 本 中心站间的流量 非线性函数 模型采用的函数 其数学表达式如下： q = 矿矿 孽 ， 川 鬻 其中： q ：每公里运输成本 厂：中心站间的流量，也即 i j fp ：结点q 与结点r 间总流量 x 咖 、，f1 ，若g 与，间的运输选择经过中心站闭小 加一10 ，其余情况 e ，| b ：参数。9y - 0 ，py - 0 x 砌：中心站k 和m 间的总流量 t i y 彬，：网络总流量 j _ 一_ j v l i 此外，该函数的导数特点如下： 一d 9 2 - 0 ，堡 g m 趣白呓卜c 5 ii # 蔺# 帕# 其中，为从i 结点到j 结点的运输过程中经过的最后一个枢纽。 以上所列的是在软时间窗的情况下，各网络模式的成本函数的构成。在硬时 间窗的情况下，将c d m a x o ，勺一f ： 项替换成常数c 即可。 驴 网络约束条件 根据时效性物流运输网络的特点，主要的约束条件为： 运输时间承诺 主要是指货物的运输时间需要满足承诺规定的要求。 货运常规约束 同济大学申请硕士学位论文 容。 包括车辆流量的守恒约束、运输和处理能力等约束。 运输组织约束 包括干线车辆运输模式约束、集配车辆运输模式约束以及工作时间约束等内 决策变量 在战略规划层面，通过模型所要进行决策的内容包括运输路线( 网络模式) 的确定、中心站站点位置的选择以及结点间车辆配置规模。 3 2 企业时效物流运输网路规划模型 该模型的假设条件除了上节模型描述的假设条件外，还包括： ( 1 ) 每天车辆的发车间隔时间相同，每班发送的车辆相同。 ( 2 ) 每票货物总量不超过任何两个结点间一天全部的货运总能力。 ( 3 ) 每天货物的运输班次的开行时间不大于工作时间。 设物流时效运输网络为n = ( ，n ) ，其中，所有结点间运输路径的集合，为 所有结点的集合。( f ，歹) 、( 刀) 、( 疗7 ，刀) 都为有道路直接相连的节点对。根据以上 对模型的描述，可以建立时效物流运输网路规划模型如下： m i n i m i z e 巾牵毡心 其中 g = q 1 1 1 珠白一名) = + + 幻+ 哆弓坶 嵇d 旧船= 警+ 皿 同济大学申请硕士学位论文 q = 殛霹弓彰+ 弓 审j dj 心 g = 乙乃c ： 扩 s u b j e c t t o 彰霸 彰霹l 巧 匕- m 彰霹一嚷碟= 妒f e k ，) 7 ，_ 如 ) 。 。 南 彩e z r a x 爹 0 ，1 ) ，l o ，1 ) 吩 o 1 z 扩n + ， 模型参数解释： ：所有运输起讫点对组成的集合，矽= ，九) ，其中0 ，d n 彰：以( 丸，九) 为起讫点的运输中，分配在从i 到j 结点间路径的货运量。 c ，：结点i 处的单位货物处理成本。 岛：从i 到j 结点问路径上的单位货物运输成本。 c f ：购置单位运输车辆所需成本。 巳：延误单位时间所支付的成本。 l ，：在j 处建设中心站的成本。 t 南，t 而：在起终点处处理货物所需的时间。 t ；：以( 九，九) 为起讫点的运输中，从i 到j 结点问路径上运输所需的时间a t ，：在结点j 处处理所需时间，若该结点非中心站则该值为0 。 露：对于起讫点对，所承诺的运输时恻。 ) ) ) 0 5 0 d ” ” m ( ( ( ( 同济大学申请硕士学位论文 瓦：每日工作日的最长工作时间。 _ ，：结点j 处和路径i j 的货物最大处理运输能力。 y ：单辆车的最大装载能力。 厶：从i 到j 结点间每日的发车频率( 次日) 。 m ：整个运输网络的中心站点的个数。 t ；：从i 到j 结点间单次运输所需的时间。 珥：i 结点到j 结点间的距离。 日，日：均为经验常数，其中日为单位距离与单位重量货物之比。 决策变量： 霹= 嚣的路径是以妫起讫点的运输路径 y f 1 ，结点为中心站 l0 ，否则 z 茸：从i 到j 结点间每班次的发车数量。 约束条件( 1 ) 表示的是任意结点的处理货物总量不能超过处理能力。约束 条件( 2 ) 表示的是路径上的货运总量不能超过路径的运输能力。约束( 3 ) 则限 制了全网络的中心站的数目。而约束( 4 ) 说明了结点的货物流量的守恒。约束 ( 5 ) 保证了假设条件( 2 ) 的成立。约束(