大件貨物運輸路線選擇分析

文/任保寬 林蘭剛 楊 棟

運輸路線選擇對大件運輸活動影響很大，我國大部分大件運輸企業由于信息化程度較低，相關人員制定運輸方案時常常憑借以往經驗，導致選擇的運輸路線缺乏科學性、有效性，且運輸安全性無法得到保證，而合理的運輸路線能夠減少運輸時間，降低成本，提升運輸服務質量。制定合理路線時要在綜合考慮各影響因素、多種運輸方式、不同運輸節點中轉時間費用等情況下，通過建立相應模型，應用數學算法求解模型。在大件運輸路徑選擇系統支持下，通過人機交換輸入相關數據選擇最佳運輸線路，減少路徑選擇決策過程及運作時間，提高線路選擇科學性，最大限度地降低運輸成本。

1.國內外研究現狀

國外在大件運輸領域中利用計算機及GPS、GIS等技術較為成熟，借助計算機運輸支持系統，通過人機交互輸入相關運輸信息，快速、合理地確定運輸方式、路線及車輛配置等，制定大件運輸不同方案，并在運輸中借助GPS定位對車輛實時動態監控。在貨物運輸線路選擇研究方面，M iaou等借助迪克斯特拉算法確定以低運輸費用、低事故率為目標的最優運輸路徑；橡樹山國家實驗室開發的TRAGIS系統[7]將運輸路徑圖象化，能夠直觀反映出運輸路線選擇[1]。

國內在運輸路徑選擇研究中起步較晚。佟璐等在考慮運輸成本、時間、服務等因素下，建立了以成本和時間為目標的多式聯運優化數學模型，并利用蟻群算法對該模型優化處理。榮曉鳳利用遺傳算法實現求解大件運輸路徑決策模型[1]。喬國會通過構建大件可行性運輸線路模型及指標評價體系，利用模糊對體系進行評價獲得最優線路。羅建采用了層次分析法對模型進行算法設計[3]。楊萍根據路況不同障礙，建立相應障礙模型可行性路線選擇計算公式，并進行評價[4]。

表1 部分數學算法及其特點

2.路徑選擇影響因素

結合大件運輸自身特殊性，進行大件運輸線路可行性選擇時，路徑選擇影響因素主要體現在以下幾方面：

（1）安全性 由于大件設備價格昂貴， 運輸成本較高，大件貨物運輸安全性應予以優先考慮，應充分考慮運輸路線對運輸安全的影響，且應保證運輸過程中的人員安全。

（2）經濟性 以盡可能低的運輸成本完成運輸任務可提高運輸公司效益和市場競爭力，運輸成本產生的費用主要為運輸費、排障費、調車費、設備捆綁、協調咨詢費、保險費等各項費用。在保證安全性、時效性等前提下，選擇運輸路線時應盡可能降低運輸費用支出。

（3）技術性 由于大件貨物較長、較寬、較高、超重等自身特殊性，使得各種道路障礙嚴重限制著大件運輸車輛，主要障礙包括交通設施、線纜、管廊、立交橋、隧道、橋梁、收費站、路邊建筑物、路面自身條件、地方行政管理等[1]。

（4）時效性 不同線路運輸時間差別較大，大件運輸路線選擇需充分考慮工期要求，保證如期完成運輸任務。

在保證安全性、時效性前提下，盡可能選擇道路運輸費用低、運距較短的路線，安全、經濟、快捷地完成運輸任務[5]。

3.路徑選擇算法及建模

在大件物流運輸領域，借助創建的數學模型，并應用合適的數學算法處理復雜線路選擇問題，可對目標（如降低運輸費用，縮短運輸時間等）有效優化，選擇出最優路線。解決物流運輸模型常用的數學方法主要有：模糊綜合評價法、決策關鍵線路法、層次分析法、動態規劃、灰色系統、人工神經網絡、遺傳算法等，其中，在解決多節點、多約束線路選擇問題時，有效解決此類問題的方法主要有遺傳算法、神經網絡法、蟻群算法、禁忌搜索法等，可針對不同實際問題及算法，應用合適的算法分析模型，解決問題。部分數學算法及其特點見表1。

在大件運輸線路選擇建模時，應考慮運輸合理性，在多線路選擇達到目標期望的最優路線。以下以多城市節點路線選擇問題為例[8]，將運輸費用最低和運輸時間最少作為優化目標，并建立多目標函數優化模型。

將大件貨物從出發地運輸至目的地，兩地間有M個城市網絡節點，各城市節點之間運輸方式可有N種，當運輸方式發生變化時，換裝時會產生一定的時間和費用，在綜合安全性、可靠性等各因素基礎上，決策出使運輸總費用達到最低使的最佳運輸選擇路線。模型以運輸消耗總成本最低、總時間最短為目標，假定貨物運輸成本為Z1，運輸時間為Z2，并建立以下數學模型：

運輸費用（運輸及換裝費用）：

運輸時間（運輸及換裝時間）：

圖1 公路大件運輸線路選擇系統模塊圖

若運輸時間超出規定時間，且超出時間產生懲罰成本，該懲罰成本：時，在規定運輸時間內無懲罰成本，Z4=0）（1～5）* 其中各變量規定如下：T為運輸規定的時間；——貨物以u種方式從i城市運到j城市所耗成本；——貨物以u運輸方式從i城市運輸到j城市所耗時間；——貨物以u方式從i城市運至j城市的運輸方式參數；選擇u運輸方式時，取1，否則，取0；——貨物在i城市由u運輸方式轉為v運輸方式，發生轉變取1，否則取0；——貨物在城市i從u轉為v運輸所耗費用；——貨物從城市i從u轉為v運輸所消耗時間。

4.大件運輸路線選擇系統

大件運輸決策系統借助計算機語言進行設計系統平臺，并對信息數據庫進行訪問，分析確定運輸決策，輔助決策功能模塊系統包括安全性、可靠性、穩定性、通過性等校核。公路大件運輸線路選擇系統為大件運輸決策系統里的一個子系統。該系統主要功能模塊有文件、大件貨物信息、線路信息、模型選擇、算法選擇計算、可行性路線及最優路線等模塊，見圖1。

其中：貨物信息模塊用于查找、添加大件貨物信息等；公路信息模塊中可獲取部分目標路段、立交橋、橋隧、線纜、收費站等障礙信息；可行性及最優線路模塊可產生可行性路線、線路障礙、路線評價及最優路線信息[4]。在運輸線路選擇系統內通過人機交互界面，輸入大件貨物運輸起訖點信息，調用國家路網數據庫、大件貨物運輸路徑數據庫、模型數據庫、算法數據庫等系統子數據庫對貨物運輸的路徑進行分析、處理，在運輸成本及時間容許范圍內，確定多種大件運輸可行性線路選擇，將可行性線路及其評價、障礙排除方法、最優線路呈現在平臺界面上。

5.結束語

大件物流公司進行大件貨物運輸時往往憑以往經驗選擇運輸路線，運輸線路選擇缺乏科學性，通過建立模型、選擇合理算法運用大件運輸選擇系統初選可行性路線，進行實際路勘調整并確定最優路線，可大大提高運輸效率，降低運輸費用，提高公司市場競爭力。本文提出的大件貨物運輸線路選擇系統有待于進一步完善。隨著計算機技術、GIS、GPS等信息化發展，大件物流信息化必然成為一種趨勢，該領域的技術應用也將會更加成熟、普遍。

[1] 榮曉鳳.J公司大件運輸路徑選擇支持系統設計[D].西安：長安大學，2013.6

[2] 喬國會，張東杰，聶欽中等.大件貨物公路運輸線路選擇方法研究[J].物流技術，2010，4（214）

[3] 羅建.公路大件運輸線路選擇方案及模型研究[J].西華大學學報（自然科學版），2013，32（4）

[4] 楊萍.公路大件運輸線路選擇研究[D].成都：西華大學，2013.4

[5] 侯棟梁.大件貨物運輸方案制定研究[D].成都：西南交通大學，2009.6

[6] 李浩.基于遺傳算法的大件物流運輸方案選擇優化研究[D].青島：中國海洋大學，2011，6

[7]ohnson，P.E.Lester，P.B.Transportation Routing Analysis Geographic Information System——TRAGIS.Progress on improving a routing tool[J].1998

[8] Athanasios Ziliaskopoulos，Whitney Wardell..An intermodel optimum path algorithm for multimodel networks w ith dynam ic are travel times and sw itching delays[J].European Journal of Operational Research，2000，125（3）