以低碳為目標(biāo)的集裝箱接駁運輸問題的建模與優(yōu)化

以低碳為目標(biāo)的集裝箱接駁運輸問題的建模與優(yōu)化聯(lián)合國政府間氣候變化委員會的一份報告指出：過去50年里全球平均氣溫的升高主要是排入大氣的溫室氣體造成的,而全球變暖又將引發(fā)海平面升高、極端天氣頻發(fā)等惡劣自然現(xiàn)象,從而進一步影響人類的生產(chǎn)、生活甚至威脅人類的生存。物流運輸業(yè)是二氧化碳等溫室氣體的重要來源之一,而道路貨運的碳排放量在物流運輸中占有重要的比例。目前,集裝箱是貨運的主要形式,所以集裝箱道路運輸是道路貨運的重要組成部分。因此研究以低碳為目標(biāo)的集裝箱道路運輸問題,可帶來可觀的環(huán)境效益。集裝箱接駁運輸是指在長距離的遠洋或鐵路運輸開始之前或結(jié)束之后的距離相對較短的通常由卡車實現(xiàn)的運輸環(huán)節(jié)。這種運輸方式能夠提供門到門的運輸服務(wù)。雖然其運輸?shù)木嚯x較短,但單位距離單位集裝箱的運輸成本卻很高。此外這種運輸方式容易造成道路擁堵,貨物延遲交付和損壞等。因此,研究提高集裝箱接駁運輸?shù)倪\輸效率非常重要。本文對一個集裝箱接駁運輸問題進行了研究。不但考慮了運輸任務(wù)的雙時間窗(取貨地和送貨地)屬性和空集裝箱的調(diào)度,還考慮了接駁運輸對環(huán)境的影響。以接駁運輸過程中車輛總的碳排放量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以車輛總的行駛時間或運行成本為優(yōu)化目標(biāo),并且對其進行了分析。本論文主要做了以下幾個方面的研究工作：(1)對車輛行駛速度固定的集裝箱接駁運輸問題進行了研究?；诖_定的活動在頂點上的圖(DAOV圖),建立了以低碳為目標(biāo)的集裝箱接駁運輸問題的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型。測試了基于商業(yè)優(yōu)化軟件LINGO求解該模型的速度與精度,與傳統(tǒng)的以總工作時間為目標(biāo)的模型進行了對比,分析了時間窗寬度、進出口箱所占比例以及空箱所占比例對結(jié)果的影響。結(jié)果表明：這種方法能夠在很短的時間內(nèi)求得實際規(guī)模問題的高精度解,且可以有效降低碳排放量。(2)對車輛行駛速度未知的集裝箱接駁運輸問題進行了研究。對DAOV圖進行了擴展,基于該圖以車輛行駛速度為決策變量,建立了一個混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型。針對該模型設(shè)計了基于速度離散化的求解算法,并將該模型轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃模型。實驗結(jié)果表明：這種基于速度離散化的算法能夠在很短的時間內(nèi)給出實際規(guī)模問題的近似最優(yōu)解,對于能夠通過其它方法給出理論最優(yōu)解的中小規(guī)模算例,這種近似最優(yōu)解與理論最優(yōu)解的差距很小(一般小于0.1%)。與給定車輛行駛速度情形的對比進一步驗證了這種模型和算法的有效性。(3)對車輛行駛速度未知的集裝箱接駁運輸問題進行了研究?；贒AOV圖進行了擴展,以車輛的行駛時間為決策變量,建立了一個混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型。針對該模型設(shè)計了基于時間窗離散化的求解算法,并將模型轉(zhuǎn)化為純整數(shù)(0-1)線性規(guī)劃模型。實驗結(jié)果表明：這種基于時間窗離散化的算法能夠在很短的時間內(nèi)給出實際規(guī)模問題的近似最優(yōu)解,對于能夠通過其它方法給出理論最優(yōu)