（计算机应用技术专业论文）集装箱多式联运系统运输组合优化与分级优化研究.pdf

a b s t r a c t i i l ll l ii l l l i lll l i lll li 17 3 3 8 8 5 、矾t 1 1t h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m i cg l o b a l i z i n g ，t h eb u s i n e s so fc o n t a i n e r t r a n s p o r t a t i o nd e v e l o p sv e r yq u i c k l y i no r d e rt om e e tt h er e q u i r e m e n to ft h ef a s t d e v e l o p m e n to ft h ec o n t a i h e rt r a n s p o r t a t i o n b o t ht h ee f f i c i e n c ya n dt h es e r v i c el e v e lo f t h ec o n t a i n o rt r a n s p o r t a t i o nm u s tb ei m p r o v e d u n d e rt h i sc o n d i t i o n t h em u l t i m o d a l t r a n s p o r t a t i o nc h a i ni sr e s e a r c h e di nt h i st h e s i sf r o mt h es y s t e mp e r s p e c t i v ea i m i n gt o o p t i m i z et h et r a n s p o r t a t i o ns e r v i c e f i r s tad e t a i l e da n a l y s i so ft h ev a r i o u sf a c t o r st h a t i n f l u e n c et h em u l t i m o d a l t r a n s p o r t a t i o ns y s t e mi sg i v e n ，a n dt h e nat r a n s p o r t a t i o n n e t w o r kg r a p hi sd e s c r i b e dw i t ht r a n s p o r tr o u t e sa sa r c sa n dt h ec i t i e sa sn o d e s a t i e rt h a t am a t h e m a t i cm o d a li se s t a b l i s h e dt o c o m p u t et h et o t a l c o s to ft h em u l t i m o d a l t r a n s p o r t a t i o ns y s t e mw i t ht r a n s p o r t i n gt i m ea n dc o m p e t e n c eo ft h er o u t e a st h e r e s t r i c t i o n s ，a n dt h e nak i n do fm o d i f i e dg e n e t i ca l g o r i t h mi sa p p l i e dt ot h em o d e lt o s e a r c ht h eb e s tr e s u l t so ft h em o d e l b a s e do nt h ed e t a i l e d a n a l y s i so fb c l t h f l o w sa n dh u b so ft h em u l t i m o d a l t r a n s p o r t a t i o ns y s t e r n ，ah i e r a r c h i c a lm o d a lo ft h em u l t i m o d a lt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mi s p r o p o s e dt oo p t i m i z et h es y s t e mw i t hf u l l yc o n s i d e r a t i o no ft h ep l a n n i n gt r a n s i tt i m e ，t h e c o s to ft h et r a n s p o r t a t i o n ，t h ec o o r d i n a t i o na m o n gd i f f e r e n tt r a n s p o r tc o m p a n i e sa n do t h e r f a c t o r s t h e nt r a n s p o r t a t i o np l a n n i n gm o d e l sf o rc o n t a i n e r st r a n s i t e db ys e aa n db yl a n d a r ee s t a b l i s h e ds e p a r a t e l y a tl a s tw eu s eg e n e t i ca l g o r i t h ms o l v et h en u m e r i c a le x a m p l e s t ov e r i f yt h em o d e l s a c c o r d i n gt oo u rr e s e a r c h ，t h ec o s to ft h et r a n s p o r t a t i o nc a nb e d e c r e a s e d ，t h ee f f i c i e n c yo ft h et r a n s i tc a nb er a i s e da n dt h ee c o n o m i cb e n e f i tc a nb e o p t i m i z e d ，s ot h es e r v i c eo fm u l t i m o d a lt r a n s p o r t a t i o nc h a i nc a nb eg r e a t l yi m p r o v e d f r o mt h es y s t e m p e r s p e c t i v e k e yw o r d s ：m u l t i m o d a lt r a n s p o r t a t i o n ；n e t w o r km o d a l ；c o m b i n a t i o no p t i m i z a t i o n ； g e n e t i ca l g o r i t h m ；h i e r a r c h i c a l 摘要。 a b s t r a c t 目录 i j i m 、， 目j i ：v i i 第一章绪论 1 1 研究背景1 1 1 1 集装箱多式联运概述1 1 1 2 集装箱多式联运的优势3 1 1 3 研究目的和意义4 1 2 国内外研究现状6 1 2 1 国外研究现状6 1 2 2 国内研究现状7 1 3 本文研究的主要内容8 第二章集装箱多式联运系统分析9 2 1 集装箱多式联运系统概述9 2 1 1 集装箱多式联运组织形式9 2 1 2 集装箱多式联运中转站1o 2 2 集装箱多式联运流程及影响因素分析14 2 2 1 多式联运的流程分析14 2 2 2 影响因素15 2 3 本章小结1 6 第三章集装箱多式联运运输组合优化的网络化模型1 7 3 1 图论网络化模型简述1 7 3 2 集装箱多式联运的问题以及条件。1 8 3 2 1 问题描述l8 3 2 2 假设条件18 3 3 集装箱多式联运运输组合优化模型的建立1 9 3 3 1 符号说明1 9 3 3 2 集装箱多式联运运输组合模型的建立2 1 3 4 本章小结2 2 第四章基于遗传算法的集装箱多式联运运输组合优化模型的求解。2 3 4 1 遗传算法简介2 3 4 1 1 遗传算法2 3 4 1 2 遗传算法的基本结构2 3 4 1 3 遗传算法的优势2 5 4 1 4 遗传算法的应用2 6 4 2 基于遗传算法的多式联运组合优化模型求解设计2 7 4 2 1 染色体编码设计2 8 4 2 2 适应度函数设计_ 2 9 4 2 3 选择运算3 0 4 2 4 交叉运算31 4 2 5 变异运算3 2 4 3 算例分析3 3 4 3 1 已知条件3 3 4 3 2 仿真结果3 4 4 4 本章小结3 5 第五章集装箱多式联运的分级优化3 6 5 1 集装箱多式联运的分级优化问题3 6 5 2 分级优化模型3 6 5 2 1 海上班轮运输计划优化模型3 8 5 2 2 内陆集疏运计划优化模型3 9 5 3 仿真实验4 0 5 3 1 海上班轮运输计划仿真矗一4 0 5 3 2 内陆集疏运计划仿真4 2 5 4 本章小结4 3 第六章结论与展望 6 1 结论4 4 6 2 展望4 4 参考文献 攻读学位期间的研究成果 致谢。 学位论文独创性声明。 学位论文知识产权权属声明。 4 5 4 9 5 0 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 集装箱多式联运概述 集装箱运输( c o n t a i n e rt r a n s p o r t ) 是指把集装箱作为大型物资货物的容器，将 大量的货物集合组装成集装箱单元，以便于在现代运输流通过程中运用大型的装卸 机械设备进行物资装卸、使用大型的运输车辆进行集装箱的搬运、堆存等现代机械 化搬运方式，以便于能够更加高效的完成运输任务，从而更好更方便的实现货物的 “门到门”运输，以集装箱作为运输的整体单元能够大大的提高货物运输效率，进而 提高经济效益【l j 。 集装箱运输是随着运输业务发展的需要而逐步形成并发展起来的。英国最早采 用了以集装箱作为运输过程中的运输单元，最初主要应用于陆上的各种运输方式中。 到了2 0 世纪6 0 年代中期，美国开始将集装箱运输方式运于海洋运输中，并提出了 集装箱运输的“海陆联运 【2 】，由此具有现代意义的集装箱运输才真正开始了，与 此同时国际标准集装箱运输也逐渐形成了。 为了便于更好的完成集装箱的运输、搬运、存放等作业，国际标准化组织( i s o ) 对通用集装箱制定了1 3 种标准规格的国际标准集装箱，将原先各种各样形状和尺寸 的零散货物通过集装箱这一标准化容器实现了规格的统一【3 】。随着集装箱这一容器 的标准化，集装箱运输设备、装卸机械以及搬运设备的标准化也逐渐的成为了人们 的研究课题，并且得以迅速的发展与应用。在实现了箱体设计以及运输、装卸、搬 运等机械的标准化以后，集装箱运输在各种不同的运输方式之间的所进行的转运换 装也越来越方便了，为集装箱运输采用多种不同的运输方式的联合运输提供了物质 条件，为集装箱多式联运的发展与应用提供了必要的基础条件。 在货物的运输与装卸过程中，由于集装箱箱体能够对货物起到一定的保护作用， 而且集装箱在各种不同的运输方式之间进行转运换装操作时，不需要进行拆箱并搬 运箱内货物而只对集装箱进行整体的换装操作即可，这在很大程度上提高了集装箱 的换装作业效率，同时也减少了货物的损伤等意外，避免了货物丢失等情况的出现， 因此集装箱非常适用于在不同的运输方式之间进行联合运输。在进行集装箱的换装 转运时，海关等有关监管单位只需要加封或验封转关放行，从而可以减少了货物的 运输时间，提高了货物的运输效率。集装箱运输所具有的这些优势使得国际集装箱 运输在出现以后很快便得到了迅速的应用以及发展。 作为一种先进的现代化运输方式，集装箱运输与传统的散运方式相比较，具有 更高的运输效率、较好的经济效益以及更高的服务质量等优势。集装箱多式联运是 青岛人学硕十学位论文 在货物运输的整个过程中将多种不同的运输方式进行有效的、合理的组织与联合之 后所形成的更加高效的运输服务方式，采用集装箱多式联运能够提高整个运输过程 的运输效率和经济效益【4 】。 集装箱多式联运是以集装箱为运输单元，在整个的货物运输过程中同时包含了 两种或者两种以上不同的运输方式海运、陆运、空运、内河运输等，将所选用 的几种不同的运输方式有顺序、有组织的组合起来所构成一种连续的综合性一体化 的货物运输组织方式，争取达到货物的整体运输效益能够最优化【5 l 。在采用了多式 联运运输方式的集装箱在整个运输过程中，只需要进行一次托运、一次计费、一份 单证以及一次保险的办理，之后各个运输区段的承运人就能够共同合作来完成集装 箱货物的全程运输，也就是说将货物的全程运输看作是一个完整的单一运输过程来 安排，如此能够简化集装箱全程运输的流程，同时可以提高货物的运输效率。 一般来说，在运输过程中存在着水路运输、公路运输、铁路运输、航空运输等 四种主要的运输方式，而不同的运输方式均有其自身的优点与不足，如表1 1 所示， 对四种运输方式的优点与不足进行了分析比较。 表1 1 各种运输方式的优点与不足比较 主要运输工具优点不足 运输速度比较快，灵活性比较运输量受运输工具的限制较 公路运输汽车运输 强，便于实现货物的j 到门运输 大，运输成本较高 受气候的影响较小，运输量比较运输路线同定，短距离货运 铁路运输铁路列车大，可以深入到内陆地区亦可以的运费昂贵，车站固定，不 横贯大陆实现k 距离运输能随时停：乍等 船舶( 包括内河运运输能力大，运输成本低，航道 运输速度慢，受自然条件( 航 水路运输 输和海洋运输)建设费用低，生产效率高 道、气候、潮汐等) 影响大 飞机或其他航运输量小，运输成本以及运 航空运输 运输速度快，机动性比较大， 空器 价高，不适宜大货量运输 从表中可以看出，汽车运输的主要优点是速度快、灵活性强，但具有货运量小、 运输成本高的不足；而铁路运输运量大、稳定，却又有灵活性差的缺点；对于水路 运输，虽然运量大、成本低，但是其运输速度慢、受自然条件限制多等；航空运输 具有运输速度最快，机动性高的优点的同时，也具有运输成本高、运量小的不足； 为了能够充分利用各种运输方式的优点，减小其不足之处的影响，人们开始关注多 式联运这种运输组织方式。集装箱多式联运是以集装箱作为运输单元在运输过程中 采用两种或两种以上的运输方式进行联合运输，这样可以综合利用各种不同运输方 式的优点，以提高货物在整个运输过程的运输效率、降低运输成本、提高经济效益。 2 第一章绪论 1 1 2 集装箱多式联运的优势 全面开展集装箱的多式联运，是今后国际运输行业发展的目标和方向，多式联 运具有许多采用单一运输方式进行货物运输时所不可比拟的优越性，主要表现在以 下几个方面： 第一，多式联运简化了托运、结算以及理赔等各种手续，节省了人力、物力等 相关费用【4 】。在采用了多式联运方式以后，无论货物的运输距离有多么的远，需要 经由多少种不同的运输方式来共同完成，或者是在联合运输过程中需要通过哪些路 线、经过多少个城市进行货物的转运换装，多式联运经营人都会负责办理这所有的 运输事项，从而能够保证集装箱货物能够更方便、更快速、更简单的运送到目的地。 在这整个的联合运输过程中，只需要办理一次托运，签订一份运输合同，支付一次 费用和一次保险，从而能够省去了货主需要在运输过程中多次办理托运手续的许多 繁琐手续或程序。在整个的集装箱多式联运过程中，由于只需要办理一份货运单证， 进行一次计费，从而能够简化制单以及结算过程，进而可以节省人力、财力以及物 力等，此外，多式联运经营人会对运输过程中所发生的货损货差等意外情况负责， 从而也在一定程度上简化了理赔过程。 第二，多式联运缩短了运输时间，减少了货物的库存时间，进一步提高了货物 的运输质量。在多式联运组织方式下，各个运输环节和各种运输工具之间能够密切 的衔接，快速的中转，缩短了货物在途中的停留时间，因此能够实现集装箱货物安 全、快速、及时的运送到收货人的手中，同时也能够在一定程度上减少了货物的库 存时间，节省了货物的库存成本。另外，以集装箱作为运输单元的联合运输，在途 中需要经过的多次转运，只需要使用专业的装卸、搬运设备进行操作，无需拆箱就 能够完成，从而能够减少运输过程中的货损货差事故，进一步提高联合运输的服务 质量。 第三，集装箱多式联运减少了运输成本。多式联运能够实现货物的“门到门 运输【4 1 1 ，因而对于货主来说，在将货物交给联运经营人之后便可以拿到货运单证， 这时便可以根据单证进行费用结汇，将结汇提前完成，这样不仅可以提高资金的周 转速度，同时能够减少资金的利息支出部分。 第四，集装箱多式联运提高了运输管理水平，使得运输更加的趋于合理化f 4 2 1 。 传统的运输业务中，各个区段是单独进行货物运输的，各个经营人各自管理着自己 的一部分运输业务，为货主提供运输服务，独自成为一个单独的运输小体系，这样 的运输体系限制了各个经营人的运输业务范围以及集装箱货运量，而在采用了多式 联运后，整个运输过程是由各个不同区段的运输经营人共同来完成，因此能够在很 大的程度上扩展了经营人的业务范围，充分利用各个经营人的现有设备，选择并组 3 青岛人学硕十学位论文 织最佳运输线路，使运输更加合理化。 第五，其它作用：开展集装箱多式联运有利于政府部门加强对整个货物运输服 务链的监督与管理工作，可以保证参与运输的各个承运人在运输过程能够获得合理 的运费收入，同时相互学习运输经验、借鉴先进的运输技术，改善运输设施的利用 率，提高运输效率。 1 1 3 研究目的和意义 当前，在西方经济发达国家已经形成了一套完整的集装箱多式联运运输服务体 系：公路运输有专用的集装箱拖挂车、铁路运输也有专门的集装箱专用列车、海洋 运输也有专用的全集装箱船、港口码头有岸桥、轮胎吊等装卸机械以及自动导引车、 集装箱卡车等运输工具，这一套完整的集装箱运输基础设施，为集装箱多式联运服 务体系的发展和完善提供了物质基础条件。同时，日益完善的集装箱运输服务体系 也能够为该体系的迅速完善创造了经营管理、法律制度、口岸服务等软环境方面的 条件。 “国际上已经形成的集装箱多式联运是以枢纽港为核心的。枢纽港作为集装箱 的主要集散地，同时也是世界上各个大班轮公司的挂靠港，随着国际集装箱运输的 迅速发展，枢纽港已逐步成为全球资源配置以及信息共享的中心【6 】。通常枢纽港 的周边地区会通过水上运输或者是陆上供给将集装箱运输至此以进行运输或者是转 运。这充分展现了集装箱多式联运运输业务的必然趋势：以枢纽港为核心的运输服 务系统。 目前，水上运输完成了约占世界9 5 的货物运输，尤其是集装箱水路运输更是 各种运输方式中的重中之重。据不完全统计，目前已经有超过一半的货物运输采用 集装箱运输【7 1 。随着集装箱运输的快速发展，作为国际贸易和物流运输枢纽的港口， 是国家进出口贸易、货物运输的主要窗口。港口具备了进行水运、陆运进行联合运 输的设备和条件，既能够为水路运输提供运输服务，又能够为陆上运输提供必备的 条件，具有这样的天然优势使得港口成为了国家进出口工农业产品和进行内外贸易 的主要物资集散中心，同时也是船舶停泊、上下旅客、装卸货物、补充给养的重要 场所，因此，港口又被称为联系内陆腹地和海洋运输的天然界面哺j 。 港口服务支撑着国际综合物流的形成与发展。当前全球化已经成为了国际发展 的趋势，它包括资源在全球范围内的流动以及资源在全球的共享两层涵义。为了能 够达到资源在全球范围内的流动，海洋运输是必不可少的一种运输方式，这是因为 海洋运输在各种运输方式中具有运输量最大，运输效率最高，运输成本最低等优势。 海洋运输的巨大的运输能力和作用使得港口周围逐渐的变成了资源全球化配置的枢 纽中心。 4 第一章绪论 自2 0 0 2 年以来我国港口集装箱进入了全面发展的阶段。这一年，中国大陆港口 以3 7 2 1 万t e u ( t w e n t ye q u i v a l e n tu n i t ，标准集装箱的单位) 的集装箱吞吐量，首 次超过了连续4 6 年保持世界首位的美国【9 1 ，一跃成为世界级集装箱运输大国；2 0 0 3 年，中国港口集装箱的吞吐量比2 0 0 2 年增长了1 1 0 0 力t e u ，达到4 8 0 0 万标准箱； 到了2 0 0 4 年，我国港口集装箱吞吐量迅速增长至6 1 6 8 万t e u ，仍居世界第一位： 2 0 0 5 年，我国港口集装箱吞吐量持续平稳增长，全年吞吐量达到7 5 6 4 万t e u ；2 0 0 6 年我国港口集装箱的吞吐量继续保持迅速增长的趋势，全年吞吐量达到9 3 0 0 万 t e u ；到了2 0 0 7 年，我国港口集装箱吞吐量突破了1 亿万t e u 大关，达到1 1 4 亿 t e u n 町，并实现了集装箱吞吐量连续四年来一直稳居世界第一位。如图1 1 所示为 近六年来我国集装箱运输年吞吐量： 单位：万t e u 图1 1 我国集装箱年吞吐量 年份 从我国集装箱年吞吐量增长图中可以看出，近几年来我国港口集装箱吞吐量连 年持续平稳迅速增长，使得各个港口码头的作业压力逐同增大。为了能够与全球范 围内集装箱运输吞吐量的高速增长相适应，我国集装箱码头逐步建设并发展了专业 化、大型化的运输、装卸以及搬运机械等基础设施，并通过提高港口的装卸作业效 率、更新完善集装箱装卸设备、提高服务水平以及投资回报率等各项措施来提高自 身的市场竞争力。然而传统意义上的集装箱港口码头的生产作业，存在着业务操作 人员管理经验的狭隘性、码头堆场利用的不合理性、装卸机械调配的不科学性等各 种不合理性条件，这些在很大程度上限制着码头的装箱、拆箱、装卸、搬运等作业 效率，影响了港口吞吐能力的提高，严重制约着港口事业的发展，进一步阻碍了我 国物流行业的发展。 面对当前经济全球化进程日渐加快和跨国公司规模不断壮大的现实，各大企业 的原材料产地、生产加工车间、装配工厂以及消费市场分布于世界各地的全球化现 状，各个集装箱运输场站在不断地提高其作业效率的同时已经开始加大发展多式联 5 o 加柏嬲 青岛人学硕十学位论文 运的力度，通过整合联运服务链以便于更好的与跨国公司生产、加工、消费等进行 同步协调，通过对多式联运系统运输服务链的优化操作来提高运输的效率，使得整 个运输过程成为一个系统性的、整体性的运输服务链以更好的满足国际运输的需求， 促进运输事业的发展，带动集装箱运输中转站的发展进步。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 国外研究：早在1 9 9 7 年的时候a i m a i 等】假设在调度计划开始的时候船舶已 经在港口等待就泊了，然后以船舶在港口的总逗留时间同因为排队等候而引起的船 方的不满意度之间达到妥协为目标，建立了港口泊位分配( b a p ) 问题的数学模型， 并求解得出了该b a p 问题的非劣解。1 9 9 8 年，b o s t e l 和o e j a x 等【1 2 】为了能够减少集 装箱在港口内部的不必要的移动，建立了集装箱海一铁联运过程中在中转站进行堆 场作业的优化模型，并针对模型提出了优化算法。1 9 9 9 年k i m 等【1 3 】在充分考虑了运 输服务的时间窗口等现实约束条件，对快件运输的航空一公路联运优化问题进行了 讨论，为大规模快递服务网络的设计与决策提供了参考。k o z a n j 4 】于2 0 0 0 年分析了 影响多式联运效率的相关因素，提出了一个用于分析多式联运系统的运输流程的网 络模型，并成功的将该网络模型运用到一个集装箱枢纽港口，这个模型同时可以被 看作是一个投资集装箱多式联运枢纽港的决策支持系统。r o n d i n e l l i ( 2 0 0 1 ) t 1 5 j 分析了 运输系统和物流系统对物理环境的影响，讨论了集装箱多式联运对环境的负面影响， 包括运输运营及装卸、搬运等设施带来的环境影响，提出了从运输的角度控制或防 止环境污染的方案等。2 0 0 1 年，a n g e l i c a 1 6 】应用标签法在多式联运运输网络上搜索 从起点到终点之间的最短路径，将可行路径定义为在一定约束的条件下由一系列可 行的运输方式所组成的一条路径，并采用a dh o e 修改的顺序算法对多式联运中的最 短可行路径问题进行了求解。由于用户在进行路经的选择时会考虑到运输费用和运 输方式转换的次数等不同的因素，因此该求解模型的计算结果是一组解，以供用户 进行选择。2 0 0 4 年j a n s e n 等【1 7 】提出了一个以港口为中心的制定集装箱运输计划方案 的模拟研究，其研究成果已成功的应用于日常的集装箱调度计划过程中。b e t h e 明 也在2 0 0 4 年研究了公路、铁路、水路运输三种货物运输方式的直接运输和交叉运输 的需求弹力系数，对巴尔干地区的1 0 种不同的货物类型利用详细的多式联运运输网 络分别进行了计算，全面地考虑了整个网络的特征，包括可行的路径以及各种交通 方式间的组合等因素，开发出了交通需求分配模型。同年，n i j k a m p t l 9 】分别利用l o g i t 和p r o b i t 离散选择模型和神经元网络模型比较了优化模型和预测模型对货物多式联 运网络上的物流优化和预测的能力，为了研究一些政策问题，他实施了方法论和建 6 第一章绪论 模的调查和数据收集，研究了在欧洲的特定道路上实施道路收费的效果。 1 2 2 国内研究现状 2 0 世纪9 0 年代以来，在沿海港口集装箱服务能力和服务水平不断提升的同时， 我国集装箱综合运输体系也逐步的得到了完善与发展。但集装箱多式联运尤其是海 铁联运在集装箱运输中所占得比重还很低，其发展水平与世界集装箱多式联运运输 服务水平还有非常大的差距，由此还具有非常大的提升发展空间，有待于进一步的 研究与完善，以适应同渐增长的集装箱运输要求以及港口吞吐量。 国内研究：2 0 0 6 年2 月，马彩雯和孙光圻【2 0 】应用a g e n t 技术对多式联运过程中 各个区段的承运人进行选择的过程中去，利用a g e n t 的独立能力以及相互协作能力， 模拟了各个运输企业以及他们之间的相互协调能力，以充分发挥各种运输方式之间 的优势互补。同年，上海海事大学的曾艳和宗蓓华【2 1 1 ，通过分析了组成集装箱多式 联运系统的内陆运输子系统、港口子系统、海运子系统三个子系统，建立了系统的 协同发展方程，并进行了分析研究。张运河，林柏梁【2 2 】等在分析了前人研究的模型 的基础上，提出来了一种用于求解最佳运输路线的广义最短路径算法，这种方法是 首先构造了联运网络图，用图中的节点、边对运输中的数据、信息等相互联系，然 后分别估计了运输费用和中转费用，在网络中添加虚拟的出发站和目的站，最后用 d i j k s t r a 算法对问题进行求解。也是在这一年，大连海事大学的杨秋秋和王辉【2 3 】在分 析了多式联运的优势之后，通过假设任意两个城市之间各种运输方式的路径，建立 了的多式联运的运输方式和路径选择的模型，运用遗传算法对问题进行了求解，但 是在该模型中没有能够考虑到在某些城市之间不存在某些运输方式的路径。2 0 0 8 年 姜军、陆建【2 4 j 通过建立多式联运虚拟运输网络，以多式联运网络系统性能指标( p i ) 最优为目标建立模型，采用遗传算法求得多式联运过程中各种运输方式的最优组合 模型。2 0 0 8 年武汉理工大学的杨岩【2 5 l 运用协同学及协同管理理论，提出了集装箱海 铁联运协同实现的建议，通过参与海铁联运的各企业实体及要素之间协调一致的工 作，来实现集装箱海铁联运快速高效的发展。2 0 0 9 年4 月，重庆大学的曾永长、王 勇以及毕节学院的赖志柱1 2 6 1 等从4 p l ( 第四方物流企业) 的角度出发，分析了多式 联运的过程，建立了带有时间限制的运输费用模型，以求解多式联运的最优运输路 径，并采用了基于k 最短路径的遗传算法对模型进行了求解。同年，2 0 0 9 年，哈尔 滨工业大学的王巍，张小东，辛国栋【2 。7 】等针对多式联运过程中的运输路线和运输方 式的选择问题，建立了组合优化模型，通过将运输网络划分成几个阶段，增加虚拟 节点，扩充运输网络进行了求解。内蒙古财经学院的王雪瑞，包文从配送中心的角 度出发，充分考虑了运输时间和运输成本，建立了多式联运的程序模型，为配送中 心在现有生产能力下提高联合运输服务水平提供了的参考。河南工业大学的刘海滨， 7 青岛人学硕十学位论文 李凤廷【2 8 1 对集装箱多式联运虚拟企业的运作流程进行了具体的阐述，并运用多 a g e n t 技术建立了多式联运细腻企业的结构模型，优化了多式联运运作模式，使之 成为一个高效、动态的运输链，充分发挥多式联运的优越性。上海海事大学的史磺 【2 9 】以集装箱运输组织网络为研究对象，通过计算每条可行路径的时间、成本和服务 质量，建立具体的运输方案，对集装箱运输网络进行优化，提高了企业物流运行效 率，用e x t e n d 系统软件对运输方案进行动态仿真。 1 3 本文研究的主要内容 目前国内外许多的学者大都是把缩短运输工具在集装箱运输中转站的停留时间 为研究目标，通过对中转站内集装箱搬运工具以及转运工具的调度顺序等集装箱作 业过程进行优化或者通过优化集装箱在中转站堆场的存放位置以及转运路径来提高 中转站的作业效率和服务水平【3 0 1 。大多数学者的研究都是对集装箱在中转站作业时 的各个子系统( 如港口集装箱的吞吐量、中转站硬件资源的调度分配、岸桥、轮胎 吊等装卸设备的作业、集装箱卡车的行驶路径以及作业调度等) 分开来单独的研究 建模并进行仿真优化，而对于整个多式联运系统的运输调度过程以及运输方式的选 择进行系统的分析和研究的还比较少，尤其是在强调快速、高效的现代社会，对多 式联运系统的全局研究和优化更应该引起我们的重视，更应该成为更多学者们的研 究课题，以进一步的提高运输效率和经济效益。 为适应当前进出口贸易的发展对运输服务效率不断提高的需求，综合考虑整个 运输服务链以减少对硬件资源、实时作业以及运输时效性、运输成本等因素的要求， 对多式联运系统进行整体的研究并进行优化，从整个运输服务链的角度对服务水平、 运输效率、经济效益进行优化。 本论文的主要研究内容： 1 系统分析了集装箱的多式联运服务链中各种运输组织方式及运输中转过程， 综合考虑各种影响因素，以提高多式联运运输服务水平以及运输效率。 2 综合考虑影响多式联运运输组合方式的效率、成本等各种因素，以运输总费 用最小化作为优化目标，建立集装箱多式联运路径选择的数学模型，并运用遗传算 法进行仿真计算进行了求解验证。 3 在分析多式联运运输方式最优组合的基础上，建立了多式联运的分级优化模 型，着重分析了海上班轮运输模型和内陆的集疏运模型，最后对模型进行了优化研 究。 8 第二章集装箱多式联运系统分析 第二章集装箱多式联运系统分析 2 1 集装箱多式联运系统概述 集装箱多式联运的实质就是把在集装箱接力似的运输过程中，原来运输承运人 需要在货物的中转换装的地点逐个的去各个机关办理托运手续，而在实现了多式联 运以后，联运经营人只需要在集装箱运输的起点所属于的机关办理全程包运手续， 也就是说多式联运出现以后，联运经营人只需要办理一次托运手续便可以全程通关 一直运输到最终目的地，由此可以说多式联运是一种更经济、更便捷的运输管理方 法f 2 】。开展联合运输是促进各种运输方式相互协作的一种有效组织形式，但是它并 不会改变参与联合运输的各个企业之间的生产资料所有制以及隶属关系。如图2 1 所示，为集装箱多式联运整个运输过程的流程【3 引】： 发货人 土 接受托运申请、 订立全程运输合同 lj 多式联运经营人 或其代理 联运经营人接受申请、 1 制定集装箱运输计划 1r l 船代船公司 货代货运食、i i ， 铁路运输公司 ij实际承运人完成集装箱 士 1 货物的运输过程 l 多式联运经营 人或其代理 集装箱货物交付 1 1rl 收货人 图2 1 集装箱多式联运流程框架图 r1 选择运输路线 2 选择运输方式 l3 锘0 定运输任务分配计划 2 1 1 集装箱多式联运组织形式 集装箱多式联运是采用两种或两种以上不同运输方式进行联合运输的运输组织 形式【孙。所谓的至少两种运输方式可以是海洋运输、内河运输、铁路运输、公路运 输、航空运输等运输方式中不同的两种。多式联运不同于一般的海海，陆陆，空空 9 青岛人学硕十学位论文 等形式的联合运输，这两者之间有着本质的区别，后者虽然也属于联运形式，但它 仍然是在同一种运输工具之间的联合运输，而多式联运则是在不同的运输方式之间 进行联合运输。一般来说，集装箱多式联运有海陆联运、陆桥联运、海空联运等三 种主要的联运组织形式【3 2 】。 ( 1 ) 海陆联运，又称海铁联运，是国际多式联运的主要组织形式，这种方式是 以海洋运输为主、由海上货物运输公司签发联运提单并与航线两端的内陆运输部门 开展的联合运输业判2 , 3 3 1 。 在我国，集装箱海陆联运是货物以集装箱装箱的形式经过内陆运输到沿海的各 个港口码头，在这罩换装成海洋运输船舶进行运输，或者是反方向的陆海联运。对 于距离海运港口较近的货物，一般采用集装箱汽车运输与海洋船舶运输相连接的陆 海联运形式，而距离海运港口比较远的货物多采用集装箱铁路运输与海洋船舶运输 相结合的铁海联运形式【3 4 】。 ( 2 ) 陆桥联运。所谓的陆桥运输是指采用集装箱专用列车或者卡车，把横贯于 大陆的铁路或公路作为联合运输的中间“桥梁”，使大陆两端的集装箱海洋运输航线 与专用的列车或卡车相互连接起来所组织成的一种连贯运输方式【z j 。 严格来讲，陆桥运输也是一种海陆联运形式，两者的不同在于联运过程中链接 整个运输过程的最主要的运输方式不同，海陆联运是海洋运输连接了两端的公路运 输或者铁路运输，而陆桥联运是由公路运输或者铁路运输连接了两段的海洋运输。 ( 3 ) 海空联运，也被称为空桥运输( a i r b r i d g es e r v i c e ) ，这种联运组织方式， 具有总的运输时间比全程海运少，而整个过程中的总运输费用又比全程的空运要便 宜的多这两个最主要的优势。然而受到航空运输和海洋运输的局限，一般的海空联 运，不可能离开陆运而直接的将海运和空运连接起来，严格意义上来说，这种联运 组织形式应该叫做海陆空联运。 在运输组织方式上，陆桥运输与空桥运输的有一个重要的不同之处是：陆桥运 输在整个货运过程中使用的是同一个集装箱，在进行两种运输方式的转换时不需要 对货物进行换装操作，而通过空桥联运进行运输的货物通常需要在航空港换入航空 集装箱或者是从航空集装箱换装到普通集装箱【3 6 1 。无论在进行运输方式的转换时是 否需要进行集装箱换装，陆桥联运与空桥联运这两种联运组织形式的目标都是相同 的，那就是以最低的运输费用、最高的运输效率提供更快捷、更可靠的服务。 2 1 2 集装箱多式联运中转站 在完成对集装箱运用多种不同的运输方式进行联合运输的过程中，港口、火车 站和公路货运站等作为不同运输方式进行转运换装的中转站起着交通运输枢纽的作 用。运输中转站是交通运输的一个基层单位，这里汇集了和运输相关的各种技术和 1 0 第二章集装箱多式联运系统分析 机械设备，在这罩可以对运输设备进行检查维修、可以对运输过程中所需要的物资 进行补充，也可以进行货物的集散等。联运中转站参与了运输过程中的集装箱装卸、 暂存保管、货物交付、运输设备检修、货物检查等主要的作业环节，在多式联运的 整个运输过程中尤其具有决定性的作用【3 7 1 。 首先，联运中转站能够保证运输过程高质量的完成。联运中转站通过对站内的 各种机械、设备等进行合理的布置，科学有效地组织调度以能够高效的进行作业， 进而保证安全、高效的运输，同时可以加快运输工具、装卸设备的周转时间，能够 在一定的程度上降低运输成本、提高运输工具的利用率、优化运输服务水平、提高 运输以及中转站的经济效益。 其次，联运中转站或者运输枢纽是交通运输网络的主要组成部分之一，在中转 站内部进行的各种运输、装卸、储存设备之间的协调能力，以及其与相邻的运输路 线之间的协调能力，都是关系着货物运输效率的重要条件【2 r 3 8 】，尤其是在多式联运运 输链中，需要在中转站进行不同的运输方式之间的相互转换以及进行集装箱换装作 业等，这就要求中转站具有较高的协调调度能力，包括对于站内机械设备以及堆场 的调度能力，同时也包含了对于与中转站相连接到交通运输路线进行协调，以达到 用较短的时间、较高的效率提供更好的转运换装服务，这也对各个中转站的协调调 度能力提出了更好的要求。 第三，联运中转站可以沟通城市地区和乡村地区，对各个省区、各个城市起到 了联系的作用，促进城乡相互交流，共同发展进步，同时能够将社会生产生活中的 生产、分配、交换和消费四个经济环节相互联系起来，对于和人们生活息息相关的 经济生活具有重要的意义，因此，联运中转站在一定程度上能够促进社会经济的进 步，提高周边城市人们的经济生活水平。 按照中转站所在的运输路线的运输方式以及主要进行的中转业务类型，集装箱 中转站主要有三种： ( 1 ) 集装箱公路中转站：集装箱公路中转站是货物集装箱在进行公路运输时的 主要集散地，同时是公路集装箱运输的重要组成部分，也是衔接铁路运输、公路运 输、水路运输等各种运输方式之间的相互连接的交通枢纽。集装箱公路中转站主要 完成集装箱在公路运输过程中的重箱和空箱的堆存、货物的拼箱、集装箱的疏运以 及必要的运输手续的办理等【2 , 3 9 。 集装箱公路中转站主要包括站房、拆箱装箱库及作业区、集装箱堆场、集装箱 卡车停车场和一些装卸机械设备等各部分组成 4 0 a 。各个集装箱作业区相互流通协 作，共同完成集装箱在中转站内部的装卸、换装、转运、暂存与集散、海关检查、 检疫等相关的业务，对整个的多式联运过程具有协调调度作用，保证集装箱在站内 青岛人学硕十学位论文 得到高效的利用与快速的流通。 集装箱公路中转站内主要有货流( 包括集装箱流) 和车流两条运输流线【2 ，4 。在 站内的集装箱可以分为整装箱和拼装箱两种类型，它们在站内的作业工艺是不同的， 其中接取、运送整装箱的作业过程都是以“集装箱”为运输单位进行的，整装箱在 中转站内只是临时存放，应及时的予以组织中转，进入下一轮的运输过程中去；而 对于拼装箱则需要在站内进行装箱或拆箱作业，之后才能进入下一轮的运输过程中。 集装箱公路中转站是实现货物的“门到门 运输和直接为货主和车主提供综合 性服务的重要场所，是进行货物集散、车辆停放、指挥运行等综合运输服务的公路 节点【3 8 , 4 1 】。一般，大规模的公路中转站还能够为货主提供运输生产的组织管理、集 装箱的中转换装、车主货主之间的信息通讯、以及多式联运、货运代理等综合性、 全方位的、面向社会开放的公共汽车货运的服务【4 2 4 3 】。 如图2 2 为集装箱货运站工艺流程图 _ 啼重箱匕令空箱_ 零散货 图2 2 公路集装箱中转站工艺流程图 ( 2 ) 水路运输中转站。通常情况下的水路运输都是以港口作为集装箱运输的中 转站，位于江、河、湖、海等沿岸的港口，同时连接着水域和陆域，具有天然的地 理优势，是进行水路运输和陆路运输中转的天然界面。一般的港口同时具有水运和 陆运相关的机械设备，既能够为船舶的停靠提供条件，供旅客上下船、装卸货物， 1 2 第二章集装箱多式联运系统分析 又能够为陆上运输