基于多式聯(lián)運的應急物流運輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法

王哲

（交通運輸部科學研究院，北京 100029）

多式聯(lián)運是指由兩種或兩種以上交通工具相互轉運、銜接、配合而成的復合型運輸方式，大多數(shù)多式聯(lián)運的運輸貨物均為集裝箱型貨物，具有明顯的集裝箱運輸特點。就組織方式而言，多式聯(lián)運包括協(xié)作式與銜接式兩種類型，前者可按照企業(yè)之間的商定協(xié)議，將所接管貨物由起始位置運輸至指定交付位置；后者則需要在企業(yè)經(jīng)營人的帶領下，實現(xiàn)對集裝箱貨物的有效運輸[1-2]。一般情況下，在實際應用過程中，大多數(shù)企業(yè)通常遵循兩種方式混合使用的貨物運輸策略。

隨著應急物流車輛運輸環(huán)境的日益復雜，如何對行進策略進行及時調(diào)度已經(jīng)成為一項亟待解決的問題。傳統(tǒng)多智能型調(diào)度決策方法從全局化角度出發(fā)，通過構建動態(tài)供應鏈的方式，確定運輸過程中的一切不確定因素，再聯(lián)合物流終端，實現(xiàn)對車輛運輸路徑的準確調(diào)度。然而，該方法的及時性較差，不能完全適應多擾動物流運輸環(huán)境。為解決此問題，引入多式聯(lián)運理念，提出一種新型的應急物流運輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法，該方法在已知聯(lián)運網(wǎng)絡空間兼容量的基礎上，確定應急物流運輸車輛的起始位置與終止位置，并以此為依據(jù)，計算行進優(yōu)化參量的具體數(shù)值結果。

1 基于多式聯(lián)運的車輛路徑?jīng)Q策

基于多式聯(lián)運的車輛路徑?jīng)Q策作為調(diào)度優(yōu)化方法的應用前提，由多式聯(lián)運網(wǎng)絡搭建、空間兼容量計算、解的可行性判定三個流程組成，具體操作方法如下。

1.1 多式聯(lián)運網(wǎng)絡搭建

多式聯(lián)運網(wǎng)絡以物流運輸起始位置作為開端、以物流運輸終止位置作為結束，可在聯(lián)運主機、Main主機、Spare 備份設備的作用下，實現(xiàn)對應急物流運輸車輛的調(diào)度與調(diào)節(jié)，從而使得集裝箱型貨物能夠在最短時間內(nèi)送達其運輸目的地[3-4]。Main 主機分別與起始位置、終止位置處的核心調(diào)度主機相連，可在準確記錄傳輸?shù)刂沸畔⒌耐瑫r，對車輛行進時間進行有效控制。Spare 備份設備則可根據(jù)已有記錄信息，對物流車輛的行進速度、行進路線等指標條件進行協(xié)調(diào)。聯(lián)運主機具備較強的調(diào)節(jié)適應性，能夠同時聯(lián)合Main 主機與Spare 備份設備，制定更加完善的物流車輛運輸與協(xié)調(diào)任務[5-6]。多式聯(lián)運網(wǎng)絡結構如圖1 所示。

圖1 多式聯(lián)運網(wǎng)絡結構

1.2 空間兼容量計算

空間兼容量是指應急物流運輸車輛在多式聯(lián)運網(wǎng)絡中，所能承載的最大調(diào)度運輸任務量，一般情況下，空間兼容量數(shù)值越大，物流車輛所具備的貨物運輸能力也就越強，反之則越弱[7-8]。假設i代表一個固定的應急物流運輸車輛調(diào)度編碼條件，在多式聯(lián)運網(wǎng)絡中，物理系數(shù)項始終屬于非負整數(shù)集合N。設τi代表編碼系數(shù)為i時的應急物流車輛所具備的綜合調(diào)度能力，yi代表編碼系數(shù)為i時的應急物流車輛所具備的貨物運輸能力，在其他干擾條件不發(fā)生改變的情況下，上述綜合調(diào)度能力和貨物運輸能力越高，應急物流運輸車輛所承載的空間兼容量數(shù)值也就越大。聯(lián)立上述物理量，可將空間兼容量計算結果表示為：

其中，β表示多式聯(lián)運網(wǎng)絡中的貨物運輸系數(shù)，表示物流車輛的核心調(diào)度特征值，γ表示多式聯(lián)運指標，表示單位時間內(nèi)的物流貨物運輸均值量。

1.3 解的可行性判定

解的可行性判定能夠提供多式聯(lián)運網(wǎng)絡運輸能力衡量所需的數(shù)值條件，在滿足應急物流運輸車輛調(diào)度需求的前提下，多式聯(lián)運網(wǎng)絡數(shù)值解的可行性越強，最終優(yōu)化算法的實際應用能力也就越強，反之則越弱。在不考慮其他干擾條件的情況下，解的可行性判定結果只受到物流貨物運輸量、車輛行進速率兩項物理指標的直接影響[9-10]。設定物流貨物運輸量可表示為，受到多式聯(lián)運網(wǎng)絡結構模式的影響，物流貨物運輸量越大，與應急物流運輸車輛調(diào)度相關的數(shù)值解的可行性就越小。由于空間兼容量條件的存在，車輛行進速率則基本不會出現(xiàn)持續(xù)增大的數(shù)值變化趨勢。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將多式聯(lián)運網(wǎng)絡運輸能力的可行性判定結果表示為：

式中，|T|min表示單位運輸時長的最小物理數(shù)值量，Δφ表示單位時間內(nèi)的物流貨物調(diào)度量，v表示車輛行進速率。

2 應急物流運輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法

在多式聯(lián)運網(wǎng)絡的支持下，按照起始調(diào)度位置定義、終止調(diào)度位置定義、行進優(yōu)化系數(shù)計算的處理流程，完成新型應急物流運輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法的搭建。

2.1 起始調(diào)度位置定義

起始調(diào)度位置是指物流運輸貨物的起點，可隨多式聯(lián)運網(wǎng)絡結構形式的改變而出現(xiàn)不斷變化的趨勢，一般情況下，受到多式聯(lián)運網(wǎng)絡節(jié)點覆蓋強度、車輛運輸調(diào)度頻率兩項物理系數(shù)的直接影響[11-12]。聯(lián)運網(wǎng)絡節(jié)點覆蓋強度可表示為s，在一個完整的應急物流運輸網(wǎng)絡中，該項物理量由上限數(shù)值sn、下限數(shù)值s0兩部分組成，其中，n代表單位時間內(nèi)的運輸車輛調(diào)度系數(shù)值。由于應急物流運輸網(wǎng)絡的多變性，該項物理量的實際取值結果并不完全固定。聯(lián)立式（2），可將應急物流運輸車輛的起始調(diào)度位置定義為：

式中，p1、p2分別代表兩個不同的車輛運輸調(diào)度頻率取值結果，Dmax代表單位時間內(nèi)最大的物流車輛調(diào)度權限值。

2.2 終止調(diào)度位置定義

終止調(diào)度位置是指物流運輸貨物的終點，也可隨多式聯(lián)運網(wǎng)絡結構形式的改變而出現(xiàn)不斷變化的趨勢，通常受到車輛行進距離、應急物流網(wǎng)絡調(diào)度周期兩項物理量的直接影響。設定車輛行進距離為d，由于起始調(diào)度位置的存在，該項物理系數(shù)始終屬于一項從屬變化量，其數(shù)值水平的大小并不能直接受到應急物流運輸車輛主觀調(diào)度因素的影響[13-14]。應急物流網(wǎng)絡調(diào)度周期可表示為t～，通常情況下，該項物理指標的取值結果越大，物流車輛所能達到的運輸距離也就越遠。聯(lián)合式（3），可將應急物流運輸車輛的終止調(diào)度位置定義為：

其中，k0代表與起始調(diào)度位置相關的物流運輸優(yōu)化參量，kn代表與終止調(diào)度位置相關的物流運輸優(yōu)化參量，β代表與運輸車輛匹配的物流調(diào)度權限值。

2.3 行進優(yōu)化系數(shù)計算

行進優(yōu)化系數(shù)決定了應急物流運輸車輛所具備的實際調(diào)度能力，在多式聯(lián)運網(wǎng)絡中，該項物理量的數(shù)值水平越高，與應急物流車輛匹配的運輸壓力也就越大，反之則越小。受到應急物流運輸車輛起始調(diào)度位置與終止調(diào)度位置的影響，行進優(yōu)化系數(shù)可被看作是具有方向和指代能力的標量系數(shù)，其中方向是指行進優(yōu)化系數(shù)對于應急物流運輸車輛調(diào)度方法的正向與反向促進能力，而指代能力則是指行進優(yōu)化系數(shù)能夠直接限定多式聯(lián)運網(wǎng)絡所具備的調(diào)度與應用能力[15-16]。設g0代表起始條件下的物流運輸系數(shù)，g代表物流運輸系數(shù)的實際物理量，聯(lián)立式（4），可將行進優(yōu)化系數(shù)計算結果表示為：

式中，λ代表多式聯(lián)運網(wǎng)絡中物流運輸車輛的調(diào)度權限指征值，f代表應急物流車輛的運輸與協(xié)調(diào)性調(diào)度指標。至此，完成各項物理系數(shù)指標的計算與處理，在多式聯(lián)運理論的支持下，實現(xiàn)應急物流運輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法的順利應用。

3 仿真實驗分析

以圖2 所示多式聯(lián)運物流運輸網(wǎng)絡作為實驗對象，分別將實驗組調(diào)度方法、對照組調(diào)度方法作為應用干擾機制，對應急物流車輛的運輸能力進行研究，其中實驗組采用基于多式聯(lián)運的應急物流運輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法，對照組采用多智能型調(diào)度決策方法，在貨運量保持不變的情況下，確定相關調(diào)度指標的具體變化情況。

圖2 多式聯(lián)運物流運輸網(wǎng)絡

QPI 指標反映了應急物流運輸車輛對于多擾動運輸環(huán)境的適應能力，一般情況下，QPI 指標數(shù)值越大，物流運輸車輛對于多擾動運輸環(huán)境的適應能力也就越強，反之則越弱。詳細指標數(shù)值變化情況如表1 所示。

分析表1 可知，隨著貨物運輸量的增大，實驗組QPI 指標可在一段時間的穩(wěn)定性波動狀態(tài)后，開始呈現(xiàn)逐漸下降的變化趨勢。對照組QPI 指標則在上述趨勢變化后，開始逐漸趨于數(shù)值穩(wěn)定狀態(tài)。整個實驗過程中，實驗組最大值80.4%與對照組最大值72.0%相比，上升了8.4%。綜上可知，應用基于多式聯(lián)運的應急物流運輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法后，QPI 指標出現(xiàn)了明顯上升的數(shù)值變化趨勢，應急物流車輛所面臨的貨物運輸壓力得到有效緩解，可有效增強車輛對于多擾動運輸環(huán)境的適應性能力。

表1 QPI指標對比

WAS 指標描述了應急物流運輸車輛在多式聯(lián)運網(wǎng)絡中所具有的貨物調(diào)度能力，一般情況下，WAS指標數(shù)值越大，物流運輸車輛在多式聯(lián)運網(wǎng)絡中的貨物調(diào)度能力也就越強，反之則越弱。表2 記錄了實驗組、對照組WAS 指標數(shù)值的具體變化情況。

分析表2 可知，隨著貨物運輸量的增大，實驗組WAS 指標始終保持階梯狀上升的數(shù)值變化趨勢；而對照組WAS 指標則在一定時間的數(shù)值穩(wěn)定狀態(tài)后，開始逐漸趨于穩(wěn)定下降的變化趨勢。整個實驗過程中，實驗組最大值82.5%與對照組最大值53.8%相比，上升了28.7%。綜上可知，應用基于多式聯(lián)運的應急物流運輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法后，WAS 指標數(shù)值也得到了明顯促進，不僅實現(xiàn)了對多式聯(lián)運網(wǎng)絡的有效調(diào)度，也可較好滿足集裝箱貨物的實際調(diào)度需求。

表2 WAS指標對比

4 結束語

與多智能型調(diào)度決策方法相比，新型應急物流運輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法在多式聯(lián)運網(wǎng)絡的支持下，通過計算空間兼容量數(shù)值的方式，對物理數(shù)值解的可行性進行了判定，不僅可實現(xiàn)對車輛起始調(diào)度位置與終止調(diào)度位置的準確定義，也可得到符合實際應用需求的行進優(yōu)化系數(shù)結果。從實用性角度來看，QPI 指標數(shù)值與WAS 指標數(shù)值的增大，能夠較好地提升應急物流運輸車輛對于多擾動運輸環(huán)境的適應性能力，可在有效調(diào)度多式聯(lián)運網(wǎng)絡的同時，對集裝箱類貨物進行及時運輸，具備較強的實際應用價值。