基于元胞自動機的水運樞紐運輸組織研究的中期報告

基于元胞自動機的水運樞紐運輸組織研究的中期報告［摘要］水運樞紐運輸組織是水路物流系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，其合理性和效率直接影響到水運物流的質(zhì)量和效益。因此，對水運樞紐運輸組織的研究具有重要的理論和實踐意義。本研究選取元胞自動機這一計算模型，建立了水運樞紐運輸組織的模型，探討了不同策略下的運輸組織模式及其效果的可視化展示方法，并且利用仿真實驗進行了初步驗證。［關鍵詞］水運樞紐；運輸組織；元胞自動機；仿真實驗1.研究背景與意義水路運輸具有運量大、成本低、環(huán)保等優(yōu)勢，在我國的物流體系中占據(jù)著重要的地位。在水路物流系統(tǒng)中，水運樞紐是水運物流的節(jié)點和中轉(zhuǎn)站，其合理性和效率直接對水路物流的質(zhì)量和效益具有重要影響。目前，水運樞紐運輸組織研究主要是利用優(yōu)化算法進行建模，考慮多種因素如貨物流量、貨物種類、車船調(diào)度、資源利用等，通過優(yōu)化算法尋求最優(yōu)的運輸方案。但優(yōu)化算法建模的復雜度較高，建立的模型不易進行大規(guī)模的仿真實驗，同時也無法全面考慮到各種因素的復雜關聯(lián)度。為此，本文選取元胞自動機這一計算模型，建立了水運樞紐運輸組織的模型，探討了不同策略下的運輸組織模式及其效果的可視化展示方法，并且利用仿真實驗進行了初步驗證。該研究的目的在于提供一種更全面的水運樞紐運輸組織建模的方法，為水路物流系統(tǒng)的優(yōu)化提供科學的理論基礎。2.理論框架元胞自動機是一種由基本算法單元（元胞）組成，從簡單的局部規(guī)則出發(fā)，通過交互和演化而形成的全局規(guī)則。本文基于元胞自動機理論，建立了水運樞紐運輸組織的模型，其主要包含三個部分：（1）元胞自動機模型的設定。本文設定水運樞紐為元胞模型中的基本算法單元，每個元胞可分為三類：貨物來源地、貨物中轉(zhuǎn)站、貨物目的地。貨物來源地向貨物中轉(zhuǎn)站生成貨物，貨物中轉(zhuǎn)站和貨物目的地之間進行貨物的流動。（2）運輸組織策略的制定。本文列舉了四種不同的運輸組織策略，分別為集中策略、分散策略、混合策略和動態(tài)策略。集中策略下，所有的貨物源頭都集中在一個中轉(zhuǎn)站，貨物在該中轉(zhuǎn)站進行貨物的分流及配載；分散策略下，每個貨物來源地都設置一個貨物中轉(zhuǎn)站，貨物在該中轉(zhuǎn)站進行貨物的分流及配載；混合策略下，在一定的條件下使用集中策略、在另一定的條件下使用分散策略；動態(tài)策略下，根據(jù)貨物源頭和貨物目的地在不同時期選擇相應的策略。（3）仿真實驗的設計和分析。通過對元胞自動機模型和不同運輸組織策略的組合進行仿真實驗，實現(xiàn)了模型的初步驗證和效果的可視化展示。3.初步結(jié)果本文選取集中策略、分散策略和混合策略三種策略，進行了仿真實驗并分別進行了效果展示。在集中策略下，貨物來源地向一個中轉(zhuǎn)站生成貨物，中轉(zhuǎn)站對不同的貨物進行分流及配載。實驗結(jié)果顯示，雖然集中策略在貨物流量較小時可以達到較好的效果，但隨著貨物流量的增加，集中策略的運輸周期呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，效率降低的速度較快。在分散策略下，每個貨物來源地都設置一個貨物中轉(zhuǎn)站。實驗結(jié)果表明，分散策略在運輸效率上表現(xiàn)相對穩(wěn)定，但由于每個貨物源頭都設置一個貨物中轉(zhuǎn)站，會造成資源的浪費及運營成本的上升。在混合策略下，根據(jù)貨物來源地的數(shù)量及其他條件靈活選擇集中策略或分散策略，實驗結(jié)果表明，混合策略可以在一定的條件下取得很好的效果，但需要大量的調(diào)整策略的決策。4.總結(jié)與展望通過元胞自動機的理論框架，本文建立了水運樞紐運輸組織的模型，探討了不同策略下的運輸組織模式及其效果的可視化展示方法，并通過仿真實驗進行了初步驗證。本研究為水運樞紐運輸組織研究提供了一種全新