多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)解決方案

多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)解決方案

1多式聯(lián)運(yùn)研究隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，單一的運(yùn)輸方式越來(lái)越不能滿足客戶的快速原材料需求、快速響應(yīng)市場(chǎng)、物流供應(yīng)鏈管理和其他要求。多種運(yùn)輸方式的聯(lián)合運(yùn)輸——多式聯(lián)運(yùn)為之提供了相應(yīng)的解決方案。多式聯(lián)運(yùn)就是采用兩種或者兩種以上的運(yùn)輸方式把貨物從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地。我國(guó)加入WTO后,國(guó)外大型企業(yè)紛紛到大陸投資建廠,物流企業(yè)在為跨國(guó)公司進(jìn)行長(zhǎng)距離原材料采購(gòu)和產(chǎn)成品物流運(yùn)輸時(shí),多采用多式聯(lián)運(yùn),以彌補(bǔ)單一運(yùn)輸方式的不足,最終實(shí)現(xiàn)貨物高效、快捷運(yùn)輸,滿足客戶的需求。多式聯(lián)運(yùn)還可以減少交通擁堵,降低交通基礎(chǔ)設(shè)施的使用強(qiáng)度。此外,多式聯(lián)運(yùn)對(duì)降低環(huán)境污染和緩解能源緊張具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。基于對(duì)多式聯(lián)運(yùn)與日俱增的需求,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)多式聯(lián)運(yùn)的相關(guān)研究工作也越來(lái)越關(guān)注。其中,AngelicaLozano等研究了多式聯(lián)運(yùn)下的最短可行路徑問題,并通過(guò)順序算法進(jìn)行求解。張建勇等從實(shí)現(xiàn)總成本最小化的原則出發(fā),建立了一種多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)分配模型,從定量角度分析了多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)的合理組織模式。王濤等對(duì)多種運(yùn)輸方式的運(yùn)輸特性進(jìn)行分析后,提出了運(yùn)輸方式組合優(yōu)化模型,并給出求解算法。這些工作系統(tǒng)地研究了多式聯(lián)運(yùn)的最短可行路徑及運(yùn)輸方式優(yōu)化組合等相關(guān)問題,但對(duì)于運(yùn)輸時(shí)間和費(fèi)用未曾涉及。為此,筆者提出了一個(gè)適用于多節(jié)點(diǎn)、長(zhǎng)距離的多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)問題,并運(yùn)用系統(tǒng)的理論和方法,建立多式聯(lián)運(yùn)下的路徑最短時(shí)間模型,并求得與之對(duì)應(yīng)的路徑的運(yùn)輸費(fèi)用,為今后的相關(guān)研究工作提供理論基礎(chǔ)。2節(jié)點(diǎn)運(yùn)輸費(fèi)用b假設(shè)某物流企業(yè)把貨物從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地,中途經(jīng)過(guò)若干個(gè)節(jié)點(diǎn),任意相鄰的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間有若干種運(yùn)輸方式。在復(fù)雜的多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)處都可能發(fā)生運(yùn)輸方式的轉(zhuǎn)換,每次轉(zhuǎn)換將對(duì)應(yīng)一條新的路徑(見圖1),在節(jié)點(diǎn)處還要考慮運(yùn)輸方式的轉(zhuǎn)換時(shí)間和可能發(fā)生的貨運(yùn)延遲。符號(hào)定義:V—多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)集合;O—多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的起始節(jié)點(diǎn);D—多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的終訖節(jié)點(diǎn);E—多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的弧集合;M—多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸方式集合;τxij(t)—在t時(shí)刻從節(jié)點(diǎn)i以x運(yùn)輸方式到達(dá)節(jié)點(diǎn)j的運(yùn)輸時(shí)間;ξxyikj(t)—在t時(shí)刻以x運(yùn)輸方式沿弧(k,i)進(jìn)入節(jié)點(diǎn)i,在節(jié)點(diǎn)i處轉(zhuǎn)換到y(tǒng)運(yùn)輸方式沿弧(i,j)到節(jié)點(diǎn)j,運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換時(shí)間及以外的延遲時(shí)間;Λi—節(jié)點(diǎn)i的標(biāo)號(hào)向量;λxik(t)—在t時(shí)刻以x運(yùn)輸方式沿弧(k,i)進(jìn)入節(jié)點(diǎn)i,在節(jié)點(diǎn)i處以xf運(yùn)輸方式到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)D的路徑時(shí)間;πxik(t)—在t時(shí)刻以x運(yùn)輸方式沿弧(k,i)進(jìn)入節(jié)點(diǎn)i,在節(jié)點(diǎn)i處以xf運(yùn)輸方式到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)D的選擇路徑;Γ(I)—與節(jié)點(diǎn)i相連的后節(jié)點(diǎn);Γ-1(I)—與節(jié)點(diǎn)i相連的前節(jié)點(diǎn);cxi,j—從節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j選擇第x種運(yùn)輸方式的單位運(yùn)輸費(fèi)用;dxi,j—從節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j選擇第x種運(yùn)輸方式的運(yùn)輸距離;sxyi—在節(jié)點(diǎn)i處由第x種運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換到第y種運(yùn)輸方式的中轉(zhuǎn)費(fèi)用;εi—在節(jié)點(diǎn)i處運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換時(shí)間外的貨運(yùn)延遲;χi—發(fā)生貨運(yùn)延遲時(shí)單位時(shí)間看管貨物的費(fèi)用。在多式聯(lián)運(yùn)的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中,筆者假設(shè)運(yùn)量在節(jié)點(diǎn)處不能分割,即在某一特定節(jié)點(diǎn)只能選擇一種運(yùn)輸方式到達(dá)另一節(jié)點(diǎn)。3運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)間筆者定義有向圖G=(V,E,T,M)為多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)模擬圖,其中V為運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)集合;E為運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的弧集合;T={t0,t0+Δt,t0+2Δt,t0+(|T|-1)Δt}為離散的時(shí)間集合;Δt為離散時(shí)間間隔;M為運(yùn)輸方式集合(包括公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸3種運(yùn)輸方式)。因此,模擬圖G實(shí)際是3個(gè)子圖的集合,即G=GT∪GR∪GW,其中GT模擬公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò),GR模擬鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò),GW模擬水路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。VT,VR,VW分別代表通過(guò)公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸模式能夠到達(dá)的節(jié)點(diǎn)。此處,I1=VT∩VR≠?,I2=VT∩VW≠?,和I3=VR∩VW≠?表示節(jié)點(diǎn)處存在運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換的可能性。在模擬圖G中,Τ={τxij(t)}為運(yùn)輸時(shí)間集合,τxij(t)表示t時(shí)刻從節(jié)點(diǎn)i以x運(yùn)輸方式到達(dá)節(jié)點(diǎn)j的運(yùn)輸時(shí)間。除此之外,ξxyikj(t)表示在t時(shí)刻從節(jié)點(diǎn)k經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)i到達(dá)節(jié)點(diǎn)j,從運(yùn)輸方式x到運(yùn)輸方式y(tǒng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間及可能發(fā)生的貨運(yùn)延遲。如果ξxyikj(t)=∞,表示在節(jié)點(diǎn)i處從運(yùn)輸方式x換乘到運(yùn)輸方式y(tǒng)不可行;如果運(yùn)輸方式x與運(yùn)輸方式y(tǒng)相同,即x≡y時(shí),ξikjxy(t)表示在節(jié)點(diǎn)i處可能發(fā)生的貨運(yùn)延遲。當(dāng)節(jié)點(diǎn)是起始節(jié)點(diǎn)時(shí),筆者引入一個(gè)節(jié)點(diǎn)i′,從節(jié)點(diǎn)i′以x運(yùn)輸方式沿弧(i′,i)進(jìn)入節(jié)點(diǎn)i,假設(shè)不發(fā)生運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換,但有非負(fù)的運(yùn)輸時(shí)間τi′ix(t),這個(gè)運(yùn)輸時(shí)間可能表示車輛從街道路口、停車場(chǎng)或者貨運(yùn)中心到達(dá)起始節(jié)點(diǎn)i。對(duì)于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)i,筆者定義為:Λi=[λik1x1(t0)λik2x1(t0)?λik1xm(t0)?λiknxm(t0)λik1x1(t0+Δt)λik2x1(t0+Δt)?λik1xm(t0+Δt)?λiknxm(t0+Δt)????λik1x1(t0+(|Τ|-1)Δt)λik2x1(t0+(|Τ|-1)Δt)?λik1xm(t0+(|Τ|-1)Δt)?λiknxm(t0+(|Τ|-1)Δt)]其中xm為M集的最后一種運(yùn)輸方式,kn為集合{Γ-1(i),i′}的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)。一般地,符號(hào)λikx(t)表示在t時(shí)刻以運(yùn)輸方式x沿弧(k,i)到達(dá)節(jié)點(diǎn)i處的路徑最短時(shí)間,而符號(hào)λii′x(t)表示在t時(shí)刻以運(yùn)輸方式x從入口節(jié)點(diǎn)i′到達(dá)節(jié)點(diǎn)i處的路徑最短時(shí)間,此處i為起始節(jié)點(diǎn)。除入口節(jié)點(diǎn)外,D′表示附加在目的節(jié)點(diǎn)D處的出口節(jié)點(diǎn)。假設(shè)在t時(shí)刻,在某初始節(jié)點(diǎn)i處以運(yùn)輸方式x開始運(yùn)輸,到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)D,出口運(yùn)輸方式為xf,那么相關(guān)一系列節(jié)點(diǎn)的運(yùn)輸方式,時(shí)間路徑的表達(dá)式為:πii′x(t)={(n1=i,x1=x,t10=t),(n1,x2,t11),(n2,x2,t02),…,(nk=D,xk=xf,tk1),(D′,xf,tk+11)},假設(shè)貨運(yùn)延遲只發(fā)生在節(jié)點(diǎn)處。以上述公式為基礎(chǔ),構(gòu)造多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)間分析圖(見圖2),多式聯(lián)運(yùn)路徑最短時(shí)間模型為:λikx(t)=min{ξikjxy(t)+τijy(t+ξikjxy(t))+λjiy(t+ξikjxy(t)+τijy(t+ξikjxy(t)))},?i∈V\D,?j∈Γ(i),k∈{Γ-1(i),i′}?x,y∈M?t∈T,V\D為除D之外的所有節(jié)點(diǎn)。λDkx(t)=ξDkD′xy(t)?t∈T,?x∈M,?k∈{Γ-1(D),D′}為終點(diǎn)條件。節(jié)點(diǎn)i的后續(xù)節(jié)點(diǎn)集合為Γ(i),前續(xù)節(jié)點(diǎn)集合為Γ-1(i),D為目的節(jié)點(diǎn),xf為目的節(jié)點(diǎn)出口處的運(yùn)輸方式。通過(guò)迭代算法可以求解路徑最短時(shí)間。根據(jù)最短時(shí)間路徑,求解該路徑的運(yùn)輸費(fèi)用。運(yùn)輸費(fèi)用主要包括3部分:節(jié)點(diǎn)之間的運(yùn)輸費(fèi)用;在節(jié)點(diǎn)處發(fā)生運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換時(shí)的費(fèi)用;在節(jié)點(diǎn)處發(fā)生貨運(yùn)延遲時(shí)的貨物看管費(fèi)用。多式聯(lián)運(yùn)下的最短時(shí)間路徑的運(yùn)輸總費(fèi)用為:Ζ=(∑i,j∈V?∑x∈Μci,jxdi,jx+∑i,j∈V?∑x,y∈Μωi,jxysixy+∑i∈Vμiεiχi)式中∑i,j∈V∑x∈Μci,jxdi,jx為節(jié)點(diǎn)之間的運(yùn)輸費(fèi)用;∑i,j∈V∑x,y∈Μωi,jxysixy為運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換費(fèi)用,其中ωi,jxy={1從節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j,由第x種運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換到第y種運(yùn)輸方式0從節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j,運(yùn)輸方式不發(fā)生轉(zhuǎn)換∑i∈Vμiεiχi為貨物看管費(fèi)用?其中μi={1在節(jié)點(diǎn)i處?除運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換時(shí)間外?發(fā)生貨運(yùn)延