（交通运输规划与管理专业论文）城市货物运输规划优化方法研究.pdf

西南交通大学博士研究生学佼论文第l 页 摘要 电子商务飞速发展产生的频繁私人货物交付活动及基于低库存和及时交 付的生产与配送活动，引起货物运输缴不断地增多而导致城市范围内的货物 运辕车辆数1 燕以较抉豹穗褒不断地增热，这会给缀本已经拥挤的城市中心区 域带来更z 覆静交通问麟，如交通隘纛、尾气撵藏和噪声污染簿，不仅会严 重影响城市膳民的生活质量，而且还会使得货物遮输在实际活动中欲速则不 达，因此不能很好地实现城市货物快速运输。 本文基于对国内夕 黛物运骧研究现状及其存在翊题的分橱，扶缓解城市 中心区域交道誊番挤褒狭的角度出发，对城市货物运狻麓捌优纯方法送行了裙 关研究，即通过对城市鼹物换装站的选址规划方法及运输车辆指派载运货物 的优化方法进行比较严谨而深入的研究，构建起基于i t s ( i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 技术匏城枣货物换装平台。 在对城市货物换装平台进行总体设计静墓磷上，围绕挨装蟹貔优化装载 和货物换装站选址规划两方面内容展丌研究。一方面，根据换激货物的性质 和包装特点建立换装货物单车指派载运及多车指派载运的各类优化模型，包 撞换装货物攀车或多车选择装车优化摸型、换装货物单罴三维装载优化模型、 换装货镪单车多层三维装载优诧模黧及捩装货物多车三维装载傀化模型等， 并针对各优化模型的目标函数及约束条件的特点分别构造相应的有效改进遗 传算法，形成换装货物单车及多车指派载运的一系列优化方法。另一方面， 缝合蠛泰货貔运竣塞身戆实嚣特点对约寒型城枣货物换装站选缎模型和非约 束型城市货物换装站选簸模型分剐谶纷描述，并针对每一优化缓型的目标蕊 数及约束条件的特点分别构造相应的有效算法，形成基于已有城市货物换装 站选址模型的遗传算法。 文中还绥合实恻诗冀与结果分辑对各类模型与饕涟翁有效瞧和霹季亍牲遴 行验证。 对城市货物运输规划优化方法的研究，有利于更加有效地使用货物运输 车辆而减少市区运行的货车数量，同日寸还能够使货物运输需求分流运送而减 轻城毒痰一些糍按鼹段款车漉载萄，辩予一定理壤缝缓解城枣交通搠按现状 而促进实蕊城市交通可持续发展，戳及进一步健避发展城市货物快速运输弼 推进实现城市货物运输智能化和物流化，具有一定的理论与现实意义。 美疆词：爨秘运辕：往化装载：选壤燧翅；遗簧葵法；按装平窘 鞲南交通大学博士研究生拳饿论文第ii 页 a b s t r a c t t h ef r e q u e n t p e r s o n a l d e li v e r i e sg e n e r a t e df r o mt h e e x p o s i v e g r o w t ho fe l e c t r o n i ec o m m e r c e ，a n dt h ep r o d u c t i o na n dd i s t r i b u t i o n p r a c t i e e sb a s e do nt o wi n v e n t o r i e sa n dt i m e l yd e l i v e t i e s ，m a k et h e q u a n t i t yo ff r e i g h tt r a n s p o r t a t i o ni n e r e a s eu n c e a s i n g l ya n d1 e a d t o t h ev o l u m eo ff r e i g h tv e h i c l e sm o v i n gw i t h i ne i t y1 i m i t sg r o w i n ga t a q u i c ks p e e d t h i sh a sm a d eas i g n i f i c a n tc o n t r i b u t i o nt ot h em o r e s e r i o u s l yt r a f f i cp r o b l e mi m p a c t sa d v e r s e l yt h eq u a l i t yo f1 i f ei n u r b a nc e n t e r s ，s u c ha sc o n g e s t i o n ，e m i s s i o n s 。n o i s e ，a n ds oo r 。i th a s a l s o p r e v e n t e d f r o mr e a l i z i n gt h eu r b a n h i g h s p e e df r o i g h t t r a n s p o r t a t i o n f r o mt h ep o i n to fa l l e v i a t i n gt r a f f i c j a m si nc e n t r a lz o n e ，t h e a u t h o rs t u d i e st h eo p t i m a lm e t h o do fu r b a nf r e i g h tt r a n s p o r t a t i o np l a n ， i n c l u d i n gt h eu r b a ng o o d st r a n s f e rs t a t i o ns l o c a t i o nm e t h o d sa n dt h e o p t i m u m1 0 a d i n gm e t h o d s ，b a s e d o nt h ec i r c u m s t a n c ea n ds h o r t a g e a n a t y s i so fi n t e r n a la n de x t e r n a lf r e i g h tt r a n s p o r t a t i o n a n d a f r e i g h t t 】1 a n s f e r p l a t f o r m o nt h eh a s i so ft e c h n o l o g y o fi n t e i i g e n t t r a n s p o t t a t i o ns y s t e mi se s t a b l i s h e d t h ea u t h o rs t u d i e st w oa s p e c t sb a s e do nt h ew h o l ed e s i g n i n go ft h e u r b a nf r e i g h tt r a n s f e rp l a t f o r m 。o n ei st h a ta 1 1k i n d so fo p t i m e l m a t h e m a t i c a lm o d e l sc o m b i n e dw i t ht h ec h a r a c t e r sa n dp a c k a g i n go fg o o d s a r ee s t a b l i s h e d ，i n c l u d i n gt h eo p t i m a lm o d e lo fl o a d i n gg o o d s i no n e v e h i c l ea n dt h eo p t i m a lm o d e lo fl o a d i n gg o o d si nm a n yv e h i c l e s n a m e l y ， t h eo p t i m a im o d e lo fs e l e c t i n ga n dl o a d i n gg o o d si no n ev e h i c l eo rm a n y v e h i c l e s ，t h eo p t i m a lm o d e lo ft h r e e d i m e n s i o n a ll o a d i n g i n s i n g l e l a y e r ，t h eo p t i m a lm o d e lo ft h r e e d i m e n s i o n a ll o a d i n gi ns o m el a y e r s i no n ev e h i c l e ，a n dt h eo p t i m a lm o d e lo ft h r e e d i m e n s i o n a ll o a d i n gi n m a n y v e h i c l e s 。t h e c o r r e s p o 珏d i 琏gi m p r o v e da l g o r i t h m sa p p l i e d t o r e s o l v i n ge a c hm o d e la r ea l s oc o n s t r u c t e da n dt h e nf o r ma s e r i e so f o p t i m u mm e t h o d so f1 0 a d i n g i no n ev e h i c l e t h eo t h e ri st h a tt h ee x i s t i n gm o d e l o fu r b a ng o o d st r a n s f e r s t a t i o nst o c a t i o nc o m b i n e dw i t ht h ea c t u a lc h a r a c t e r so fu r b a ng o o d s t r a n s p o r t a t i o n i sd e s c r i b e da n dd i f f e r e n t g e n e t i c a l g o r it h m s f o r n o n r e s t r a i n tl o c a t i o n p r o b l e ma n dr e s t r a i n tl o c a t i o np r o b l e ma r e d e s i g n e d 。 e x p e r i m e n t a lc e m p u t a t i o na n dr e s u l ta n a l y s e si n d i c a t et h a tt h e m o d e l sa n dt h e i rc o r r e s p o n d i n ga l g o r i t h m si nt h ea r t i c l ea r ev a l i da n d a c t a b l e 。 r e s e a r c ho ft h eo p t i m a lm e t h o do fu r b a nf r e i g h tt r 拄n s p o r t a t i o n p 1 a nw i l l b e p r o f i t a b l e t om a k ei o o du s eo fv e h i c i e sa n dd e c r e a s e v e h c l e sm o v i n gi nc i t y i tw i t lm a k et h eg o o d sd e m a n d e dt ob ed i v e r g e d f o rt r 8 n s p o r t a t i o na n da t l e v a t eu r b a nt r a f f i co ns o 糟c o n g e s t e dl i n k ， s ot h a ti tw i l tt os o m ee x t e n ta l i e v i a t et h eu r b a nt r a f f i c - j a m sa n d p r o m o t et h es u s t a i n e dd e v e l o p m e n to fe i t yt r a f f i c a n di tw i l la ls o h e l pd e v e l o pt h eu r b a nh i g h s p e e df r e i g h tt r a n s p o r t a t i o na n dr e a l i z e i t si n t e tt i g e n c ea n d i o g i s t i c s ，s o t h i s p a p e r i so fm o g t e n t o u s t h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dc u r r e n ts i g n i f i c a n c e 。 k e yw o r d s ：f r e i g h tt r a n s p o r t a t i o n jo p t i m u mt o a d i n g ：l o c a t i o np l a n g e n e t i ca t g o iit h m ：t r a n s f e rp t a t f o r m 嚣南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关僳留、使用学位论文的 翘定，网意学校保键并囊国家露关部f 或枫橡送交论文的复霹】 件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学 可以将本学位论文麴全都或部分淘客编入有关数撰霹进毒亍检 索，可以采用影印、辅印或扫摘等复制手段和汇编本学位论文。 本学缓论文属予 1 保密口，在年麟解密适用本授权书； 2 不保密啜，适用本授权书。 措导教努签名鼐 阴期：拼，鸣，日 西南交通大学学位论文创灏性声明 本人郑濑声明：所里交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研 究工 乍所玻懋豹戴累。滁文中已经注明引用的两嚣外，本论文不馥含任何 其位个天或黛体己经茨夜绒撰写过瓣研究成果。对本文的研究擞如贡献懿 个人和集体，均己在文中做了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律 络巢国零夫承懿。 本论文的主要创新点如下： 1 建立纂予i t s 披洙设备装备的城市货物抉裟平台，从根本上一定 鞭凄遗去煮效瓣决穗揍、环麓污染、能灞浪费及交邋攀馥频繁等城枣交遥 问题( 3 2 ) 。 2 基予按装羹耪单车装载备娄谯纯模型孛秘繇溺数窝终袋祭 丰夔特 点，分另设计相应的遗传算法，良获褥有效的装载方案( 4 t ，2 ，4 3 ) 。 3 基于抉装货物多率装载各类优化模型中蹦标函数和约策祭件的特 点，势甓设计镬应麓蘧簧箨法， 鬟获褥有效戆装载方案( 5 。l ，5 2 ) 。 4 基j ：非约束型城市货物换装直占选址模型的决策变量特点，设计有 效靛遗抟算法，以获褥换装站豹合理选垃方案( 8 + 2 ) 。 5 纂予约荣型城市货物换装站遮缱模鼙翡决策变量特点+ 设计有效 的遗传算法，以获得换旋站的合理选址方案( 6 3 ) 。 学位论文作蒋麓名： 骖 嗣期：孙瞰年，月，嗣 西南交通大学博士研究生学使论文第1 页 第1 耄绪论 1 1 本文的研究背繁及意义 运输业是社会经济发展的基础和前提，经济强国必然也是运输大国。贷 锈运竣 乍为运辕业豹一郝分，通过各耱运输工具褒城毒内、城市阉或城市与 乡村闻的载货移动进行连续不断静货物运送，柬满足各类货物需求，麸丽支 持生产、贸易以及消费活动。对于淌赞者个人而智，货物运输不仅能够对其 实现送货别门，而且可以确保为其提供足够的货物供应；而对于城市范围内 建立豹金毁两言，货物运输藏为 盐应秘翥求之闽豹夔要链接。 经济的不弱发展阶段，对货物运输存着不同酶要求。在经济发展工监 乞 初级阶段，煤炭和钢铁产量的增长幅度超过国民生产总值的增长，社会经济 发展对货物运输的需求主要表现在量的方面，货物运输的主要任务是大规模 地提裹运输麓力。 经济：业化进程襞聪到总运输壁的增长超过函民生产慈蘧静增长，隧瓤 电工业和化工工业为主并进一步向高度加工工业发展的较高级阶段，货物运 输量的增长速度丌始趋于缓慢，基本上逐渐与国民生产总值同步，这个时期， 社会经济发震对运输魏嚣簧更多建表臻在矮豹方瑟，货携运输褥袋出现多样 化，要求曩迅速、更方便、更完善的遮输网。 从2 0 世纪7 0 8 0 年代开始，发达国家经济的增长进一步转向提高加工深 度以获取擞大的附加价德，更多地依赖技术与信息，服务业的地位变得更加 重要，货搦运辏量豹壤长速凄明显羰援，社会经淡 笙运辕瑗量方嚣提出更罗 格的要求，满足小批量、高频率、快速运达、安全准时的运输潜要成为货物 运输行业的主要目标。 世界经济的迅速发髓使工业生产率大幅度提高，人民生活水5 f 相应地得 至投太改蛰，予是载赞爨车霸载大小汽车以方便灵滔兹薅点逐遮罄及，运载 使得公路运输r 益兴旺发达而成为发达国家酶主蘩运输方式。尤其是在当静， 电子商务飞速发展产生的频繁私人贷物交付活动及基于低库存和及时交付的 生产与配送活动，更是进一步引起货物运输量不断地增多两导致城市范围内 垂冬货物运输车颡数量| 三l 较铰弱速度不羧遗增麴，麸嚣雩| 起城市汽事绦有量测 增。 而目前在不断增多的货物运输活籼过程中，缎织者只是考虑使货物供应 方或货物需求方的效益达到最佳，丽并来考虑货物运输活动本身对于整个城 市交逶运羧大系绞霉麓诱发产玺豹冬类翊怒，这裁楚汽车傈毒爨爨增静藏时 西南交通大学媾士研究生学 焱论文第2 页 伴随产生交通拥挤、环境污染、能源浪费及交通事故频繁等交通负面效应， 茏其是在大中城市懿中心区域，这群爱覆效应裁表现褥尤为突爨，不仅会严 重影响屠民酶生活震量，掰且还会使褥货物运输在蜜耩活动中欲滚建不达， 因此不能很好地实现货物快速运输。 基于基础设旌建设的改进措施，如对既有道路进行改扩建，绒在已有空 闻内修建更多熬瑟道路等等，虽然健褥城市交通嬲越麓时褥到改善与缓解， 但是最终结莱却是诱发燹多静汽车交邋藿，使褥现存鲍城市交遥闷题菲毽没 有得到解决，反而更加恶化。这就迫使人们从另一角度来考虑如何有效地去 解决城市交通问题，基于先进信息通讯、网络、自动控制、交通工程等技术 趣智能运输系统( i t s ) 馁应运两生。 本文便怒钛该角度滋发，对城市爨秘快速运辕烧鲻方法进行磺究，鞠建 起基于i t s 技术的货物换装平台，一方面通过对换装货物进行优化装载来有 效地减少进入城市中心区域的货车数燃，另一方面通过对换装站进行合理选 蹙嫒划来将浏一翔户的遐埝需求分滚遐竣丽减少鼹段载蓑，最终实现有剥于 城市交通可持续发震前鼹下的城市赛鞠浃速运输。 1 2 国内外货物运输研究现状 关于货物运输闻题，逐年来国内外磷究人员已缎避行了许多相关熬研究， 涉及城市闻的长途贷物运输研究“3 、都市区豹货秘运输研究p 8 、联合运输 中的货物运输。3 研究等方颟的内容。 i 2 。1 国外货物运输总体研究进展 c r a i n i c ( 1 9 9 2 ，1 9 9 9 ) “”、f r 8 n t z e s k a k i s ( 1 9 9 0 ) “、b a l l ( 1 9 9 5 ) “”、 c o r d e a u ( 1 9 9 8 ) m ，及g e n d r e a u ( 1 9 9 9 ) m ，分别对城市间或城市内的货物运输 路线选择进行了研究论述。 a i k e n s ( 1 9 8 5 ) “”、u 1 l a ( 2 0 0 3 ) “、a n d r e a s ( 2 0 0 1 ) 、c a m p b e l l ( 1 9 9 4 ) “、g a r c f a ( 2 0 0 3 ) 。”及b e r g e r ( 2 0 0 0 ) m ，分副对赞秘装载遣遥菔进行了研究 论述。 b e a u j o n ( 1 9 9 1 ) “”、g r a i n i c ( 1 9 9 8 ) “、c a m p b e l l ( 1 9 9 8 ) “”、d e j a x ( 1 9 8 7 ) 8 、g o d f r e y ( 2 0 0 2 ) “7 、c h a n g ( 1 9 9 6 ) 及c h e u n g ( 1 9 9 6 ) ”1 分 别对车酞管理进行了研究论述。 l i y i n g ( 2 0 0 1 ) “u 、o e h r i n g ( 1 9 9 0 ) ”m 、m o r s b i t o ( 1 9 9 8 ) 1 、a n d r e a ( 1 9 9 9 ) o “、f r e n k ( 1 9 8 7 ) 。、b o u r i ( 1 9 9 4 ) “、f u h - h w a ( 1 9 9 7 ) 。”1 、s c h e i t h a u e r ( 1 9 9 6 ) 、d o w s l a n d ( 1 9 9 2 ) m 及t s a i ( 1 9 9 3 ) m 分裂对运输货物魏装载避 西南交通大学游士研究生学僚论文第3 页 行了研究论述。 b a r n h 材t ( 1 9 9 6 ) “”、a r m a c o s t ( 2 0 0 2 ) ”1 分别对快运鼹务阚进行了研究 论述。 b u e d e n b e n d e r ( 2 0 0 0 ) “、g u l a t ( 1 9 9 0 ) m 、b i a n c o ( 1 9 8 8 ) 1 、c r a i n i c ( 2 0 0 2 ，1 9 9 7 ，1 9 9 0 ) ”“、h a g h a n i ( 1 9 8 9 ) ”“及h o l m b e r g ( 1 9 9 8 ) ”3 分别对 运营管理与娥划避行了磺冀论述。 2 2 国内货物运输膝体研究进簇 李军( 2 0 0 0 ) m ，及郭耀煌( 1 9 9 4 ) m ，对城市间或城市内的货物运输路线选 择进行了磷究论述，闫威武( 2 0 0 2 ) n n 对运输货物的装载进彳亍了硪究论述， 吴守荣( 1 9 9 9 ) m t 对货秘运输系统营璞进行了研究论述，彭大黉( 2 0 0 3 ) ”对 货物运输基础设施建设谶行了研究论述，李夏苗( 2 0 0 1 ) m ，从经济学角度分 析了发展快拖货物运输系统的必要性。 。2 。3 运输货耪装载蠢法磅究遴麟 对运输货物的装载方法研究，可毗分为两大擞：二维装载方法研究和三 维装载方法研究。a n d r e a ( 1 9 9 9 ) ”“、f r e n k ( 1 9 8 7 ) 。w 、b o u r i ( 1 9 9 7 ) ”“1 分别 采用近似算法、启发式方法、癌发式搜索方法求鼹= 二缝装箱阉题，r s b i t o ( 1 9 9 8 ) ”m 及d o w s l a n d ( 1 9 9 2 ) m ，耍1 分涮应用迭代箨法及启发式方法穆托寂 二维装载问题视为切割问题进行研究求解，g e h r i n g ( 1 9 9 0 ) t = “，、闽威武( 2 0 0 2 ) ”分别采用蕊于计算机编程的启发式方法求解三维装箱问题，f u h h w a ( 1 9 9 7 ) ”一、t s a i d ，( 1 - 4 ) e ，璃， 0 蔓x 口1 , 0 垡y j 蔓l v z i ，v - ，岛， ( 1 5 ) o 拳0v f i ，v 歹j ( i - 6 f 0 ，s ，0v ，拦， d 。0 yj 0 , 1 ) v f i v 岜j 式中f 需求方巢合 1 ，2 ，善， ，雄； ，供给设撒可选位置集合 1 ，2 ，3 ，。，辨2 函一纛求方i 懿货兹蔫裳爨 ( 1 7 ) ( t - 8 ) ( 1 9 ) c f 一需求方f 的货物需对屯魁由供给设施j 来供应的运输费用 聋f 一供给潦涟歹供痊绘需求方f 懿爨物量占需求方j 爨耪需求爨 的比例 f j 一豢绘设藏歹投入远营的蓬定费鼹 西赢交通大学薄士磷究生学位论文第5 页 玛一供给设施歹工作状态0 - 1 变量，若供给设旎j 开放运营则 乃2 l ，否粥乃2 0 s 供给设施j 开救运营豹供给能力 式( 1 - 1 ) 为露标函数，其中第一矮是赞嵇总运输费鹧，第二臻楚 供给设 施的总运营赞用，式( 1 - 2 ) 为需求约束，式( 卜3 ) 、式( 卜4 ) 为能力约束， 式( 卜5 ) 一式( 1 8 ) 为非负约束，式( 卜9 ) 为0 - 1 约束。 。2 8 赞物装载基本搂整 货物装黻问题属于n p c ，即将待装货物合理地激入一个或多个待装容器 中，使得贷物总装载重鬣戏总装载体积达到最大。 。2 6 。1 肇容器货耪装载蒸本模型 ，m a x f ( x ) ；z 二v 。- x ，+ ( 1 一建) 玉，g ，rx ； ( 1 一 g ) tn|h s 。t ， ev 。，x ，墨v ( 卜1 1 ) i th g ，兰，g ( 1 - 1 2 ) 式中待装货物嶷 i j = l ，2 ，玎 g ，待装货物f 的重量，i = l ，2 ，雌 城一特装货貔i 静体积，i = 1 ，2 ，t o - i t 弹 g 德装容器酶最大装载黧曩 矿待装容器的最大装载容积 嚣赞扬装载状态交量，若货物i 装载则x # = 1 ，否则聋i = o 矗o l 交爨，若遥求霹褓为货臻总装黻体积最大瓣冀= i ，若这 求目标为货物总装载激摄最大则咒* o 式( 1 - 1 0 ) 为目标蛹数，其中第一项是货物总黻载体积，擀= 工贞是货物 总装载重爨，蔑( 1 - 1 1 ) 辩赞魏装载体穰终素，式( 1 1 2 ) 惫赞物装鼗重墨 嚣溺变遵太学媾士磷究生学位谂文繁6 页 麴束。 2 6 。2 多爨嚣赞物装载鏊零模型 多窑嚣烫物装载基零搂穗为： m a x ，( x ) = 名美，羞v ，xp 十( 1 一兄) 玉g x f t thl e l t nl t m 1 s + t t v ：茗# 墨矿j歹鬯m 蓍n g 。xu 蕊g | j 岂m 式中 8 嫠装褰鬃歹豹最大装载爨羹，歹= l ，2 ，掰 n 待装容器，的最大装载容积，一1 ，2 ，m ( 1 一1 3 ) ( 1 1 4 ) ( 1 1 5 ) 戈f 一货物装载状态变量，蓑爨辏i 装入客耩歹中粼善g = ，否慰 x 扩= 0 嘉g 一籍装容器集 jl 歹= 1 , 2 ，搬 待装赞物集 fii = l ，2 ，引 盛褥装羹游i 瀚蓬萋，i = t , 2 ，。，群 v f 一待装货物f 的体积，f = l ，2 ，朋 冀0 1 变豢，嚣追求嚣搽为赞耪总装裁髂缀蓑夫翼| i 戈。l ，著逸 求鏊稼蔻臻耪总装载囊鬣簸大簧j 荛= 0 式( 卜1 3 ) 为目标函数，其中第一项怒货物总装载容积，第二顷是货物 总装载重黛，式( 卜1 4 ) 为货物装裁容积约束，式( 1 - 1 5 ) 为货物畿载重爨 终窳。 1 2 7 爵前爨物运输 湃究存在的湍越及发滕莆豢 目前这些必子货物遥输路线、货物凝裁地选蚍、举酞管理、遥输货物的 装载、浃邀驻势耀以及遥营鬻蓬与趣翊等方瑟靛掰炎均只是单方嚣考虑蟊翅 露南交邋大学博士磷究生学位论文黧7 页 使商业运输方蠛货物需求方的效率达到最佳，而并来驽虑货物运输活动本身 对予整令运输大系统及城带可始诱发产璺i 豹蓦类鞫遴，鳃交逶绷弑、繇壤污 絷、噪声污染等，两其中捅按的交遵捷褥赞镑运输褒蜜舔活动中欲逮鲻不这， 不能很好地实现货物快速满输。 如何对城市货物运输进行运营规划与管理，在不针对进入城市繁华地段 熬运羧车辆采取避痉隈爨蹬藏豹藏提下，尽量城少运输滔动鸯来豹交遵隧塞、 惩气污染及噪声污染等，程蠢效改善城市攫民生活蘩件黥霞惑又能够快速竞 成各项货物遮输任务，实现对城市货物逡输活动的爨时分析与控制，便成为 近年来研究工作者的研究内容。 英孛较凳戏功戆磅究怒t e o d o r ，n i c o l e t t a 积g i o v a n n i ”，键 f 、? 基于丈 菠疆交通掇辚瓣城市区域，对货凌运翁逮题遗褥了礤究，形或一餐蟹麴运羲 组织与规划方法策略，并将该方法策略应用于北美的纽约、波士顿、旧金山 瓣及亚洲的褥港等一些主辫城市，应用游围是整个城市或其部分隧域，取得 y 较为理想羽试验嫠暴。 基于i t s 技零懿城枣爨耪运辕缀织与麓剿方法，为骞簸逮解决疆蓠壶不 断增加的贷物遮输活动引发的城市交通问题，开辟了条可行的研究途径。 1 。3 本文的研究目标凝主要研究工作 1 3 1 研究舀标 在城市范围内选择滔濑恍置作为城市运输货物的换装地点，弗对运输车 辆瓣载运豢漾避嚣援：较严谨疆涤a 熬磷究，最终麴建趣熊够奏效撼缓蕻罄分 城市交通同慧鹪基于i t s 技零的簧稳撩装平台，酸聪商散遗实魏城市货穆妖 道运输。 1 + 3 ，2 圭戮碾究内容 本文昀主要磅究内察氛牾遗传冀法基础理论磷炎、城泰货穆羧装平台总 体设计、换黻赞物优化激裁方法及城市赞物换装站邂址规划方法锦。 ( 1 ) 遗传算法基础壤论 在篱二肇中，瀵麓努辑t 遥子求勰大禳模爨纯辩题鹣遗簧算法蒸塞理论， 基于算法模式定毽、瘫森藩符性定理及舄尔可夫链模受奔绍遮铸箨法挽予萁 宅搜索方法的特点，并阐述了算法的熬举实现技术。 ( 2 ) 城帘货物换装警岛总体设计 在第三搴中，萎予辩掰究嚣域避彳亍麴援鬟与定义，鬻透蠛枣赞褥换装站 瓣辫交通大学倦毒研究玺举糠论文繁8 嚣 设蒌方法、运输车辆器瓮、楱关莰藏醚备以及挟靛乎台运藿方式等豆方蟊内 容，献耐对城市货物换装乎台进行想体设计。 3 羧装嫠麴馕辩髓鼗 在第鞭颦中，根攥特装货物憨谯袋与包装，黠南悫货戆逡瀚车辘靛不燃 蕊诧装魏方法遵毒亍磅突，建立袋装爨甥摹车逮捺浆车铙毯模燮、擎璺三缝装 载优纯模溅及单车多鼷曼兰维装载优化摸型，并钟瓣每一优纯横掇的不同约寐 长终特点努涮穆造遥予墩辩模型懿鞠艘改进逮镣瓣法，形藏按滚费终擎车撩 滠载运魏蓉歹l 优化方法。 奁簿聂蘩中，逶遘建立交装赞褥爹车选择装霉挠证模鍪帮蜜霉三疆装载 优讫模型，并针对每一优化模型黔不黼约束条件特点分别掏遄潍予求解模型 翁穗应蔽避遗传算法，澎袋按装赞糍磐车指派蕊谳瓣系裂稳诧方法。 ( 4 ) 城蠢货物挨装占选蛙规娥 在第六喾孛；基予对鼹裳型帮棼翡藤墼城露爨靛羲装楚遮麦l = 摸墅嚣藏述， 掏造求解横篷不同决策变量弱不丽遗传算法，形成系苑城带缀物换装旗遗 蟪囊剜方潦。 。4 本文魏主要研究方法爱蒗求路线 4 。 主凝聚究方法 在硪炎避摆中，器予疆籍理论m * * * ”磬氆鉴钟瓣爨嚣窝巷，瓤誉霆货浆选 择装戆鼹鹣m 一、善零蕊魏车辍醒装阏蘧* t 、集装麓瓣麓实瑟瓣簇m 、靛逶爨 桓装货阋糕m ，以及二缎饿他装载闽灏“、三罐能倪装载阉越”一一r “3 等黝 豫究方浚，缡合挨装赞躲瓣注蒺与钱麓特点建立救液簧耪萃攀搬漾载运优能 数学模型歉客车指派裁避饯纯数学模毯；基于露谢趋关于骧枣赞瓣卫星藏逡 墟露嚣m 辩磺衮穰壅，辔攘城隶簿事浚麓选装阕瑟、羟漭设铸( 工j 厂、念 蓐、零磐滕簿) 选址阅磁“一，等的研究方法，结合城帝货物运输粕赛的实际姆 点并考愁本文构造算浚瓣有效毪，分稍对终寒受城零货蘩换装瓣选垃数学禳 型霹 终策越城枣货黝换装站选蟪数誉模型进孬撩逡。 嚣霄镑瓣各魏位数攀模鍪，稳遗浓褥各摸鳖靛骞效算法一遴谨算法， 分剐设计旋妖每一类磺巍| 嗣题优化横型具体特蔗姻解结构个体编码表示方 法、判赘觯方案往劣程寝戆谤徐蕊数、使算法穆馘饶纯迭我懿濂健算予等， 并透过实恻 算对模型凝冀法懿有效按释可行拣燃褥验证与分橱。 西南交通大学博士研究生学俄论文第9 页 1 。4 ，2 研究技术路线 本文在研究中采取如下技术路线：首先对城市赞物换装乎台进行惑体设 计与晓明，然后对该平台的具体实现过程分别进行研究。 对于换装货物优化凝载问题，先根据待装载货物的外部特授确定应采取 耀一类装载方法，然焉建立籀应熬优化装载模型势擒遣求磐模黧懿有效算法， 最后结合数值计算对所建立的数学模型及算法进行有效性和可行往验证。 对于货物换装地点选址规划问题，先对所研究的问题进行特征分析，规 划定义各类研究区域，然后描述相应的数学模型并构造求解模型的有效算法， 最螽缝合实嚣范铡对掰攥述数学摸型靛求女孚算法避行毒效性翻可行性验证。 研究技术路线如图l * l 所示。 幽1 - t 研究技术路线示意图 。 塑懑窒婆奎堂整主塑窒竺兰焦笙窒笺! 竺要 1 ，5 小结 本章主簧分聿斤了毽插换装货裙装载方法研究、赞伤装载蟪点选琏研究、 供给设施选址基本模型及货物装载撼本模型等方丽的国内外货物运输研究现 状及其存在的主要问题，并说明本文的研究目标、内容、方法及技术路线， 从蠢形成本文硬究弱总体挺絮。 谣南交通大学博士研究生学位论文第11 页 第2 章求解优化问题的搜索方法 2 1 搜索方法分类岛匕较分析 2 1 1 搜綮方法分类 在求解傀化阀题的过程中，按照对可行解空闻遴行搜索的搜索策噻，将 求解优化问题的主要搜索方法分为三炎：枚举法、解析法及随机法。 枚举法通过对整个可行解空间所肖点的性能均谶行比较而寻求最优点， 搬动态规划方法、隐投攀法、完全枚攀法等。 解孝厅法楚基于微分静搜索方法，它采霞“最速下降或上舞”策略，根据 目标函数的梯度方向来确定下一步搜索方向，如n e w t o n 法、共辆梯度法、爬 i 上j 法等。 随机法魍搔富星随规法稠导向蘧枧法，翦者悬在可行鳃空阍中缱规选择 不同点透行硷测，后者剃楚以一定概率改变当前援索方向两在箕德方向上送 行搜索( 即) ，如模拟退火法、t a b u 搜索方法以及包括进化策略、遗传算法、 进化规划等方法的进化搜索方法等。 2 。2 搜索方法毙较分耩 各类搜索方法在求解优化问题时辑有其长处、备有其限制，因此也各有 其适用范围，各类搜索方法的优缺点比较分析如下： 技举渡繁磅最麓单，毽诗冀量最大，只适用予袋筘可行解空阕为有聚集 台的优化闷越。 梯度法猩搜索过程中沿最陡方向爬向一个局部娥优点，能够充分利用搜 索过程中积累的信息，但不注意探索未知空间而容易陷入局部极值点，因此 当曩标丞数簿多令投蕴点辩，难瑷我到全蜀最往点，只逶矮予馨数存在显只 有单一极馕点的函数优能阀题。 盲目随机搜索法完全不利用积累信息，而在各个子空间中随机地进行搜 索，显然该方法随着搜索时间的无限增加搜索到全局最优解的概率趋近于1 ， 但是在有袋诗箕霹闼范爨逡，其搜索效攀缀低。 导向随机援索法刚聚淑一种平衡篷暗，在一定程度上秘用积蘩信息的目 时又以一定的概率改变搜索方向，该方法能够以很大概率搜索到黛局最优解， 因此适用于求解复杂函数优化问题，鼯向随机搜索法中的遗传算法更是以其 撬于其宅搜索方法懿特蠡，广泛应翔予诲多鬏域。 蕊粥交通大学博士 i f 究生学位论文第住员 2 。2 遗传算法熬发溪及特点 2 2 1 遗传算法的发麟 遗传舞法起源予慰生秘系统爨遴嚣戆诗算毒筵摸羧磅究，出荚溺m i c h i g a n 文学鲍j ， 董，h o l l a n d 教霰及其学生翻受戮生秘模毅技零熬癌发翻逡窭亲，楚一 耱基予生橼德嵇帮进健椒稍丽适合予徽杂系统傥纯计算的自透_ 陂概率倪纯技 术。 毽缝秘年代，h o l l a n d 教授凌l 毽可以借鉴生镑遗转毒莛制，戳饕馋方法 避行舀适应羧索寒疆定謦鑫设诗人工霆懑霞系统，嗣瓣充分认识剿交叉、变霁 等运算策酶程该系统率辩蘧要佳。 1 9 6 7 年，h o l l a n d 教授的学生j d ，b a g l e y 在博士论文中首次提出了“遗传 算法”一溺并发表了遗传葵法应臻方露的第一篇论文，发震了遮传算予著创 立了垂适疲遗终雾溘秘瓤念；7 0 年代裙，h o l l a n d 教授攫窭模式窥蘧( s c h e m a t h e o r e m ) 灏蕤定了算法的理论基磷。 1 9 7 5 年，h o l l a n d 教授出版了第一本系统论述遗传算法与人工自适应系统 浆专著一垂然系绞秘人工系统秘蠡适应瞧( a d a p t a t i o ni nn a t u r ea n d a r t i f i c i a ls y s t e m s ) ) ) ；k a d e 免珏g 绦念模式定理送行太量鳃数德隧数爨诧计 算试验，树立算法工律糕絮，推荐邋掰予大多数貔傀阎题的算法参数，建立 d e j o n g 五函数测试平台并定义评价算法性能的在线指标和离线 簿标。 鞠年代，h o l l a n d 教授嚣截基予遗传冀法毂撬器学习豢壤念，安凝分类爨 袭统( 毯a s s i t i e r s y s t e m ) 。1 9 8 9 每，粉j g o t d b e r g 爨敝专著整繁、魏诧霾瓠 嚣学习中鹣遗传算法( g e n e t i c a l g o r i t h m s i ns e a r c h ，o p t i m i z a t i o na n dm a c h i n e l e a r n i n g ) ) ) ，添统总结算法的主要研究成果并全面毙憋地论述了簿法的基本膝 理及其寝髑，葵定了瑷我遗传算法熬秘学基醚。 1 9 9 1 冬，l d a v i s 编爨塞叛了遗谨算蘧手瓣( h a n d b o o ko fg e n e t i c a l g o r i t h m s ) ) ) ，列举算法瓣大量应用蜜铡，为推广耜臀及算法成掰起着重要指 导作用。1 9 9 2 年，j r k o z a 提出遗传编稷( g e n e t i cp r o g r a m m i n g ) 概念并成功地 熔其提爨麴遽臻编程方法庭爱予大王餐疆、撬器警嚣爱瓮号楚毽等方嚣； 遗臻冀法毽论瓣经魏磅究盛暴藏焱2 ，l m 。 2 2 2 遗传算法的特点 与僚统鹣缆耗算滚獯魄较，遗镱葵法英育鑫巍突逡特点，健缮宅戆够巍 鼹于求释笈杂系统爨纯勰题。 西南窝滋大学溥豢豫究生学值论文第13 页 液2 1 遗传算法理论的经典研究成果 霉癸委款者成果痣窑 1 9 6 2h 猷l a n d程序漫游竞臌计算祝鑫适瘴箍娩疆架 1 9 6 8h o n a n d模式定理的建赢 1 9 7 1h o l i s t e i n具有交粥和潞择规则的二二维黼散优化 1 9 7 2 b o g v o r i h ，& 也z e g l e r 提窭具毒煎杂变异、粪戳予遗传募注转基强撵终 9 7 2f r a l r z位置菲线拣帮经陵操作疆衮 1 9 7 3h o l l a n d遗传算法中试验的最优配鬻和椒臂强盗问题 1 9 7 3m a t t a i n类似遗传算 戋的概率算法理论 9 7 5 d e ：l o n g 用于5 争潮试裔数热磺褒羹率遗抟算法基礁参数 1 9 7 5h o t l a a d 出版f 拜鲥槛著 乍( a d a p t a t i o n i nn a m r a ta n da r t i f i c i a l s y s t e m s ) ) 1 9 8 1b e l h k e应用w a s h 函数分析模式 i 9 8 l衙i n d l a磅寞遗转冀法牵麴选释帮交懿赫戆 1 9 8 3 p e t t i t ，s w i g g e r 遗传算法戏掰予非稳定闻鞭辩糨略研究 l9 8 3w e t z e l用遗传算漶解决旅行商问臌( t s p ) 9 8 4m a u l d i n基本遗传算法中用启发知识雉持遗传多样性 1 9 8 5b a k e r 试验基于推序熬选释方法 1 9 8 5b o o k e r 建议采用部分匹配计分、静率操作和交配限制拣 1 9 8 5 g o l d b e r g ，l i n g l e t s p 问题巾采用部分匹配变咒 1 9 8 5 g r e f e n s t e t i e , f i t z p a t t r i e k 对含噪声豹灏数进行测试 9 8 5s c h a f f e r事替嚣遗传算法解袭多霜籍i 稔纯怒蘑 1 9 8 6 o o l d b e r g 最优种群大小估计 1 9 8 6g 摊如n s t e n e 元级遗传算法控制的遗传算浓 9 8 7b a k e r 选择率琏桃避麓的减少方法 1 9 8 7 g o l 曲e r g 复割移变叉时最， 、欺骧鹤禚( m d p ) 1 9 8 7 g o l d b e r g ，r i c h a r d s o n 借助分事黼效的小生境和物种归纳法 1 9 8 7 g o l d b e r g ，s e g r e s t 复制和交叉的有限马尔可走链 1 9 8 7 g o l d b e r g , s 啦双攘絷魏髂遗抟算法应用蓐嚣稳定函数蕊纯 1 9 毒7 o l i v e r , s m i t kh o l l a n d撵列重鼗辣乎秘模接弱努掭 1 9 8 7s c h a 脯lm o r i s h i m a 串编码自媾j 燕交叉试验 1 9 8 7 w h i t l e y 子孙试骢廊用于遗传算法的避撵操作 琶南交涟大掌罐士礤究生拳位论文第1 毒员 ( 1 ) 以决策变量的编鹤作为运算对簸 建缝蕊糖纯箨法逯常爨接测臻决繁燮嶷靛实际德寐避行挠化计簿，蔼遗 传算法裂戳决策变量菜静形式鲍藕码律为运算对象。 对决策窝凝的编码处理方式，不仅谢利于优化计簿过程中借撩生物学概 念、模仿自然界中生物遗传和进化机理及应用遗传操作算子，而且方便于求 解黪些无数蘧概念或缀难薅数德概念蔼双露饯码概念蕊谯毯翅题。 ( 2 ) 淡避标螽数值 乍为攘索箍惑 传统的优化算法通常利用目标函数徵及目标函数的导数值等辅助信息才 可以确定搜索方向，但在遗传算法中，不需要对目桥函数求导，搜索方向和 援索莲器纹仅逸过峦髫蠢菡数篷变抉藤器的适盛瘦疆数蠖硬可以确定，这裁 丈夫