区域综合货运枢纽布局优化模型

赵若彤

摘 要：随着区域一体化进程的加快，区域之间的合作和交流增多，区域货运枢纽一体化布局能有效节约资源，提高运输效率。以区域货运系统总体运输费用最低为目标，构建了区域综合货运枢纽布局优化模型.该模型与实际情况较为吻合，是区域综合货运枢纽布局优化方法。

关键词：货运枢纽;货物运输;布局优化

一、区域综合货运枢纽布局优化模型构建

区域综合货运枢纽布局优化问题为区域交通网络问题（NDP）的一个特例.通常NDP被分为两种形式：离散型网络设计问题（DNDP）和连续型网络设计问题（NDP）区域综合货运枢纽布局是在现有的综合运输网络中确定货运枢纽布局，属于离散型网络设计问题.在区域综合货运枢纽布局优化问题中，政府部门制定合理的规划方案，使整个货运系统运输成本最低或社会效益最大，而货物运输业者随着方案的变化及时调整自己的出行路线，使自己的运输费用最小.区域综合运输货运系统运输费用包括通过枢纽货物运输费用和不通过枢纽货物运输费用两部分.其中通过枢纽货物运输成本包含：货源地至枢纽的运输成本、枢纽之间的运输成本及枢纽至目的地的运输成本，且由于枢纽之间单位运输成本要低于非枢纽之间单位运输成本，故枢纽之间单位运输成本相对非枢纽之间运输成本有一个成本折扣A（0

二、货物联运网络的构建

1、联运网络.联合运输是指用两种或两种以上运输方式以完成某项运输任务的綜合运输方式，采用联合运输方式完成一次门到门运输任务，为了方便描述各方式的网络拓扑结构，从图中可以很清晰地看出整个联合运输过程的运作流程和参与联合运输的各种方式的独立与协作关系.由此，可以采用比较成熟的地理信息系统（GIS）网络处理技术，对联合运输网络进行处理，供计算时使用。如图。

2、可行合理路径的确定。所谓/可行合理路径0是指符合一般货物运输作业特性的包括运输方式使用在内的合理可行的运输路径方案.生产实践中公路运输主要位于联合运输路径，各种运输方式都有其合理的运距.另外，现代物流中的/ 合理运输0原则也要求在运输方式的合理运距范围内尽量选择直达运输，从而减少中间环节带来的成本提升和货损增加.因此完成一次运输任务各种方式间换装的次数必须有一定的限制.由上可以认为/可行合理路径0的内涵是在一般联合运输路径概念的基础上增加约束条件：合理的方式序列;合理的运距;合理的换装次数，根据约束条件，结合区域综合运输货运网络的特点，可以得到在求解区域综合货运枢纽布局优化模型时，货运运输在路径方案选择时的约束条件：一是合理的方式序列，一般认为其它运输方式的集散运输主要通过公路进行，所以对于给定的联合运输路线，可以认为它是不合理的路径;二是合理运距，这个条件主要是针对枢纽之间的干线运输而言的，一般认为枢纽之间干线运输之运距要大于其合理运距;

三、模型求解

该模型是较为复杂的数学规划问题，是个不确定的选址问题，因为目标函数中需求点与枢纽及枢纽之间运输费用参数（阻抗）fij1、fij2、fij3、Fij和其间货运需求 Z ij、Y ij、X ij、V ij均不是一个确定值，它们随着货运枢纽布局的变化而变化，是货运枢纽开关变量H的函数，该问题不能直接求解。因此，要求解该模型首先要确定H，而H正是模型的求解目标.然而求解出所有枢纽的最优组合是不现实的，因为枢纽的组合数随着备选枢纽数目的线性递增而几何增长.因此应该选用一种合适的启发式算法来求解。用遗传算法中的基因作为枢纽方案的数学表达式较为合理，因为在枢纽设置时常常需要模型化、数量化的方法支持，而遗传算法则对于解决该类问题有突出的优越性。

1、遗传算法模型的建立（1）解的构造用一个n段基因串来表示一组枢纽设置方案，每段n位，n为候选方案中建设枢纽的个数.基因的每一位表示在它所代表的位置建设枢纽与否（H），不建设为0，建设为1.（2）初始群体的产生在满足编码方案的前提下，随机产生L个个体，构成初始群体.将其记为：G0 = {g0，g1，gL }.并对其可行性验证.（3）适应度函数适应度函数 Fit（#）为度量群体中各个个体在 优化计算中接近于最优解的优良程度的函数，在该问题中它度量每个方案的优劣程度

2、求解步骤：（1）构建多方式超级货运网络由于区域综合货运枢纽是基于多方式网络进行的，因此首先要构建多方式网络.而多方式网络模型与单方式网络有很大区别，网络节点之间可能有多种方式联系，采用以往方法是无法很好表达的，而超级网络可以解决此类问题，因此可以采用基于超级网络构建基于多方式货物联合运输网络.较为简便的方法是在基本路网（如公路网）上增加代表其它方式（如铁路、水路等）的虚拟路径，即可得到用于描述区域综合货物运输的超级网络.（2）增设枢纽之间专用虚拟路径如前所述，枢纽之间单位货物运输费用较非枢纽之间单位运输费用要低，这就有可能出现在同一路段上可能有两种运输费用（阻抗）的问题，即同一路段上通过枢纽之间的货运交通阻抗较非枢纽之间货运阻抗要低，而这也是一般分配网络所无法表达的，因此可以考虑在超级货运网络的基础上，根据不同方案增设描述枢纽间货运运输的专用虚拟路径.虚拟路径的分配货运量可以视为枢纽间直接货运量。

参考文献

[1]柏明国，朱金福，姚韵.枢纽航线网络的构建方法及应用[J].系统工程，2017，24（5）.

[2]周和平，晏克非，徐汝华.基于遗传算法的公路网络设计的双层优化模型 [J].同济大学学报：自然科学版，2019，33（7）.