考慮運輸成本最優化的多式聯運路徑選擇模型

文/李蓁 魏雯

多式聯運是貨物流通的重要媒介，由于傳統模型在預測路徑選擇時對成本因素考慮不足，導致多式聯運路徑選擇的成本較高，研究考慮運輸成本最優化的多式聯運路徑選擇模型。獲取道路更新數據特征，處理數據庫更新道路信息。構建多式聯運交通網絡，連接運輸轉換節點。預測路徑選擇行為，引導路徑選擇，調控貨運量。基于運輸成本建立多式聯運路徑選擇模型，完成路徑選擇。經實驗論證分析，與傳統模型對比，本文模型的路徑選擇運輸成本更低，節約了40102.54元，說明本文模型具有較好的應用效果。

0.引言。

隨著綜合運輸系統的不斷發展與普及，多式聯運業務也不斷增多，多式聯運作為一種先進的運輸形式廣泛地應用于現代物流行業，多式聯運能夠充分發揮不同運輸方式的特點，具有運輸效率高，涉及面廣、運輸成本低的特點，是提升運輸服務質量的有效保障[1-3]。多式聯運在國外發展已較為成熟，但在國內還處于快速發展中，國內外學者進行了較為深入的研究，本文基于運輸成本為限制條件建立運輸模型，為未來考慮成本的路徑選擇提供一定的參考。因此，根據不同貨物的特點，在保證運送質量的基礎上選擇運輸成本最低的多式聯運的路徑具有重要的使用價值，對今后對多式聯運的路徑選擇研究有著現實意義。

1.考慮運輸成本最優化的多式聯運路徑選擇模型

1.1 獲取道路更新數據特征

道路實體情況一直處于變化中，因此需要掌握實時道路數據的更新情況。獲取數據庫更新的地理特征，主要包括道路維修，河流的水量情況、建筑物修筑與拆除等信息數據[4]。道路的點特征包括新建、廢除和重命名的建筑物，道路的線特征也有不同方面的更新，主要包括道路元素的重新分類和屬性的變化，這種變化屬于道路特征基本變化，若道路元素有部分屬性發生變化則對應更新路段[4-5]。本文將每個路段作為獨立的地理區域，將數據元素在每一路段顯示，形成數據信息字典的形式，將更新數據與道路事件相關聯，按順序處理更新。

1.2 構建多式聯運交通網絡

在建模前需要對模型對應的基礎交通網絡進行相應的處理，為了更好地了解建模思想需要先對基礎交通網絡的信息進行分析。在多式聯運的交通網絡中，一次完整的運輸過程需要經過多種方式進行運送，在相同線路中，多式聯運交通會給運送方提供多種運輸方式，運送貨物的過程將經過多種運輸方式的選擇，其中包括對運送方式的選擇和運送路徑的選擇，由于需要考慮運輸成本的最優化，本文采用基于多式聯運的交通運輸網絡。通過不同的制式的不同站點作為節點重新構建交通網絡，將運送服務作為連接線，在多式聯運交通網絡中，將利用制式作為區分依據，使各區域形成相對獨立的子網絡，并以運輸轉換節點為連接，該網絡可表示為：

式中R為多式聯運交通網絡，Z為多式聯運交通的集合，X表示各交通站點集合，C為各類連接線的集合。城市內部交通線網絡通常采用單一軌道交通制式，在城際交通線網絡采用可以兼容低級制式的高等級線網，提供多式聯運的運輸服務。在整體網絡中用實線連接線表示運輸方式的多樣性，用虛線連接線表示運送路徑的轉換行為，使整體網絡符合運輸者對多式聯運交通網絡的理解。

1.3 預測路徑選擇行為

預測貨物運送方對路徑的選擇行為是建模前的關鍵步驟，通過調整物流服務，引導運送方進行不同的路徑選擇。通過獲得事件發生的預測概率，預測變量是離散的選擇支，通過比較不同選擇的效用，計算選擇支被選擇的概率。根據效用最大化的觀點，預測運送方決策者將優先考慮成本為效用的最大，此選擇支概率最大。根據觀測到的自變量分析和描述在特定情況下的事件發生概率，給出運輸成本，額外成本，運送時間等信息，得到貨物運送方路徑選擇的概率，從而預測未來的路徑選擇結果。

1.4 基于運輸成本建立多式聯運路徑選擇模型

根據多式聯運各運輸方式的特點，船運價格最低但耗時較長，因此在時間充分的條件下可以通過船運進行貨物的運送，但更多情況下，物資運送希望在時間上得到有效地保障，因此在約束條件中，時間約束是極其重要的部分，設置Kn為第n種運輸方式的運輸成本，Klnn′為從第n種運輸方式轉換為第n′運輸方式時的轉換成本。具體建模過程如下：

上式為始發地貨物運往中轉站的運輸成本，其中l為原產地節點，l′為原產地中心城市，設第s個城市為中心城市；i為需求地節點，i′需求地中心城市，n為運輸方式，dnll′=1為節點i到i′采用n種運輸方式運輸，hnll為原產地l到中心城市l′之間的運輸量，unll為原產地l到中心城市l′之間的運輸距離，且l≠1。在中轉站中，貨物運輸方式的轉換成本為：

式中hnl為原產地節點貨物運輸量，從需求點中轉站運送到需求地的運輸成本為：

式中pn為n種運輸方式的運輸二氧化碳排放因子，綜合上述各運輸環節成本，建立總的目標函數的模型為：

式中Q=1表示貨物運輸采用多式聯運樞紐，式中所有參數均為非負數。接下來對成本進行分析，進行模型求解，通過模型對路徑成本的變化分析，為貨物運送方選擇運送路徑提供參考。

2.實驗論證分析

本文隨機選取了成都作為多式聯運的出發點，設定運送貨物40噸，終點為日本東京。本文基于遺傳算法，求解多式聯運路徑選擇模型成本最優路徑，設計運送路徑節點共13個，具體情況如圖1所示。

圖1 成都到東京多式聯運運輸網絡

由圖1所知，為后文表述方便，將圖中城市用字母符號表示，對照字母已在圖中給出。由上文運輸成本函數可知，計算各運輸方式的運費，不同運輸工具之間的中轉費用具體來源于網絡收集，鐵路運輸成本約為0.32-0.52元（噸/千米），內陸水運為0.44元（噸/千米），國際水運為0.44元（噸/千米），航空運輸為0.78-0.9元（噸/千米），不同運輸工具之間中轉費用如下表1所示。

表1 運輸中轉費用（元/噸）

由表1可知，考慮路程中換裝費用不受運輸距離影響，因此假設運輸方式之間換裝成本固定不變。運用matlab軟件，編寫本文采用的遺傳算法程序進行求解，可求解出最優成本路徑，設定上述算法參數，設交叉概率為0.8，變異概率為0.01，最大世代數為450。最終得到16個非劣解集，根據運輸成本最優化的目標，本文選出了最優路徑，為驗證本文模型的有效性，本文選擇傳統路徑選擇模型與本文模型進行對比，具體最優路徑選擇情況如表2所示。

表2 不同模型路徑選擇最優結果

由表2可知，1代表鐵路運輸，2代表水路運輸，3代表航空運輸，本文模型選擇的路徑與傳統模型路徑相比，節約了40102.54元，說明本文模型具有有效性，可以在多式聯運的基礎上根據不同運送需求提供不同的聯運參考方案，節約運輸成本。

3.結束語。

本文以運輸成本最優化為目標，獲取道路更新數據特征并在數據庫進行添加、修改和刪除等處理，構建多式聯運交通網絡，預測路徑選擇行為，建立多式聯運的路徑選擇模型，取得了一定的研究成果。但同時，由于時間和條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，需要進一步探討。本文路徑選擇模型中只針對成本這一影響因素做了具體研究，日后還可以考慮時間成本等因素，進行多目標優化，進一步研究更加科學的因素取值方法，提高現代物流運輸的整體競爭力。C