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爱问共享资料多式联运运输方式选择的模型和算法文档免费下载，数万用户每天上传大量最新资料，数量累计超一个亿 ，第29卷第1期2010年2月兰州交通大学学报JournalofLanzhouJiaotongUniversityVol29No1Feb2010文章编号20056206多式联运运输方式选择的模型和算法3刘舰俞建宁兰州交通大学交通运输学院甘肃兰州730070摘要在对多式联运运输方式选择问题分析的基础上运用图论技术构建基于多种运输方式的运输网络综合考虑了运输成本运输时效性和运输风险建立了基于综合运输成本最小和运输风险最小的多目标综合优化模型通过主要目标法将模型进行转化设计了基于克隆增扩的人...
第29卷第1期2010年2月兰州交通大学学报JournalofLanzhouJiaotongUniversityVol29No1Feb2010文章编号20056206多式联运运输方式选择的模型和算法3刘舰俞建宁兰州交通大学交通运输学院甘肃兰州730070摘要在对多式联运运输方式选择问题分析的基础上运用图论技术构建基于多种运输方式的运输网络综合考虑了运输成本运输时效性和运输风险建立了基于综合运输成本最小和运输风险最小的多目标综合优化模型通过主要目标法将模型进行转化设计了基于克隆增扩的人工免疫算法对问题进行求解最后通过算例验证了模型和算法的有效性关键词多式联运多目标模型免疫算法中图分类号U116文献标志码A多式联运是一种以集装箱运输为载体多种运输方式组合的一种现代运输方式它的出现和发展对于合理规划利用运输资源提高运输效率具有积极的意义在联合运输中如何明智的选择合理的运输方式组织运输是重点的研究内容之一国内外很多学者对此进行了研究Groothedde[1]等人对荷兰的快速货物运输问题进行了研究认为通过联运枢纽间的合作能轻松实现运输的规模经济性以此来降低物流成本提出发展公路-水路联合运输但是论文没有涉及模型的求解Chang[2]研究了多式联运网络运输的最短路问题考虑了多商品流时间窗口的特点构建了以成本和时间最小的多目标多商品流的模型选用了松弛和分解技术将问题分解为一系列的容易求解的子问题进行求解在国内学者中魏际刚与荣朝和[3]对我国集装箱多式联运中系统协调问题进行了研究提出系统协调应思考布局能力组织架构设备信息发展等7个方面的内容张建勇和郭耀煌[4]在对多式联运网络具体描述的基础上从成本最小出发建立了一种联运网络的最优分配模型但是模型没考虑运输风险和时效性等因素并且没有对模型的求解进行探讨贺竹磬孙林岩[5]等从虚拟企业联盟出发研究了多式联运多种运输方式的协调作业以动态联盟理论为基础建立了联合运输利益分配模型为联合运输提供了新的思路本文研究多式联运方式选择问题时考虑了如下4个方面的因素1由于多式联运具有涉及范围广影响因素多的特点因此建立多目标规划模型更能反映问题的实质2目前的研究中多将运输成本作为常量考虑实际上由于各种运输方式均有着非常明显的规模经济性因此计算运输成本时考虑了规模经济的特点3考虑了运输中的风险因素通过将运输风险定量分析从而使模型更具有现实意义4考虑了联合运输的及时性要求免疫算法是模拟人体免疫系统的工作原理发展而来的一种智能启发式算法具有对多峰值函数进行多峰值搜索和全局寻优能力本文采用基于克隆增扩的免疫算法对问题进行求解以期对多式联运方式协调选择问题进行深入的探讨1多式联运网络的构建11问题的描述货物从发点O至到点D间通过联合运输网络运输已知该运输网络由若干枢纽结点构成相邻结点之间有若干种运输方式可供选择每个枢纽结点能够直接进行不同运输方式的中转希望在合同约定的期限内通过选择比较适合的运输方式适合的运输径路安全经济便利的送达货物为便于建模特做出如下假设1同批货物在运送过程中不可分割即一批货3收稿日期2009211220基金项目甘肃省自然科学基金3X0512A252030作者简介刘舰19742男山东菏泽人副教授博士生第1期刘
舰等多式联运运输方式选择的模型和算法物同时经由一种运输方式运输2货物需在枢纽结点中转且同批货物在每一枢纽结点最多发生一次转载12多式联运网络的构建构造网络G′V′E′其中V′代表枢纽结点集E′代表枢纽结点间弧集由于对任意一条有向弧对应有若干种运输方式提供运输服务为了体现多种运输方式运输以及在枢纽节点进行中转的特点将基本网络做如下变换1除始发和终到结点外将每一个中间枢纽结点按照可用运输方式扩展为若干接入结点和出发结点分别代表进入枢纽的运输方式和从枢纽出发的运输方式2若扩展后同一枢纽结点内的接入结点和出发结点之间以弧相连表示在某一枢纽内2种运输方式之间能够直接进行中转作业其弧称为中转弧若任意相邻枢纽的出发结点和接入结点间有弧相连其弧称为运输弧表示两枢纽间可选用某种运输方式来进行运输改造后形成的新网络GVEV代表新的结点集E为新的弧集且EET∪EC其中ET为运输弧集EC为中转弧集下面通过一个简单的例子说明联运网络的建立已知O2D间货物采用联运方式运输在P点进行中转其中O2PP2D间均有2种不同方式可供选择按照以上原则构建的联运网络如图1所示图1联运网络图Fig1Theintermodalnetwork2建立模型21参数和变量设tij为某批货物在ij弧的走行时间ij∈Eeij为该批货物在中转弧ij走行的中转费用[T1T2]为签订的联运合同所约定的交货期限M为货物逾期违约费用S为早到产生的存储费用RI为发送货物的风险因子FMij为货物通过弧ij运输时的运输方式风险因子ij∈ETTRij为货物通过弧ij中转时的结合部风险因子ij∈EC决策变量Xij1若选择从ij弧运输ij∈E0其他22多目标模型的建立1目标1选择运输路径的综合成本最小在多式联运中发生的综合成本由在途发生的运输成本枢纽内由于中转所发生的中转成本和由于运输不及时发生的违约成本3部分构成在途运输成本和运输的货物品类采用的运输方式和走行的运输路径有关考虑到运输的规模经济性对于运输成本的实际影响借鉴文献[2]可将运输成本视为基于运输方式货物运输距离的分段函数设该批货物选择弧ij∈ET运输时所适用的第r范围的单位成本函数为Crijr∈RR为分段数集则该部分成本为∑ij∈ET∑r∈RXijcrij中转成本主要是由于运输方式的变更导致货物在运送过程中发生的倒装转运存储等作业而发生的费用该部分的费用为∑ij∈ECXijeij违约成本主要考虑货物送达的及时性要求即按照合同规定的时间范围送达货物否则若早到会产生额外的存储费用若晚到则会发生逾期的赔偿费用该部分费用为max[0T-T2M]max[0T1-TS]其中T为货物的实际运输时间且T∑ij∈EXijtij目标函数1表示为minF1∑ij∈ETXijcrij∑ij∈ECXijeijmax[0T-T2M]max[0T1-TS]12目标2运输风险最小运输风险是联运中应该切实考虑的因素为实现对运输风险的定量度量借鉴文献[6]思想本文提出联运风险指数的概念实现联运风险的度量联运风险指数是对联运中风险做综合度量的指标由发送货物风险因子RI运输方式的风险因子FM结合部的风险因子TR构成发送货物风险因子主要考虑由于货物在运输中由于化学物理特征的变化所产生的对环境和人员造成的伤害运输
方式的风险因子主要受到运输线路条件天气特征情况各运输方式现有管理上的水准的影响结合部的风险因子主要考虑各种方式之间的协作程度联运风险指数75兰州交通大学学报第29卷能够使用综合评价的方法获得关于联运风险指数的制定将另文介绍在此不再赘述目标函数2表示为minF2RI∑ij∈ETXijFMij∑ij∈ETXij∑ij∈ECXijTRij∑ij∈ECXij2满足下列约束条件保证网络结点的流量平衡∑j∈VXij-∑j∈VXji1若iO-1若iD0其他323模型的转化以上模型为多目标规划模型在多目标规划模型中由于目标向量的不协调性以及约束条件的存在难于求解本文采用主要目标法将多目标规划模型转变为单目标规划模型从而便于问题的求解即在多个目标中确定一个目标作为主要目标其余目标作为次要目标转化为相应的约束条件从而将多目标规划模型转变为单目标规划模型进而得到一定效果解由于在目标1中体现了经济便利及时有效等大量信息选取目标1作为主要目标对于目标2中的最小风险能够最终靠决策者的实际经验及判断结合有关数据的分析和比较设定一个可接受的最大值α使整个运送过程中度量风险指数不大于α值从而将目标函数2转化为一个约束条件转化后得到如下的单目标规划模型minFF14stF2≤α约束条件353模型的求解本文利用克隆选择免疫算法求解多式联运方式选择问题即选择将目标函数4作为抗原优化解作为抗体通过亲和力计算抗体产生的促进和抑制群体更新等技术获得问题的满意解有关技术细节及算法步骤如下31产生抗体对于问题的解采用基于顶点优先权的编码设计抗体的结构对于一个由n个结点构成的多式联运网络每一个抗体代表一条从节点1出发终于结点N的由相继节点组成的路径抗体由N位代表节点的基因构成第一个基因表示是起始点1最后一个基因表示终点N各基因的值由随机产生的1～n的整数表示优先权用Pvi表示抗体的解码步骤如下Step1给网络各结点vi随机赋优先权PviStep2置l1vl1Step3寻找下一个基因vl1寻找和顶点vl相邻的顶点中优先权最大的顶点作为基因加入抗体ll1Step4若l≤n转Step3否则转Step5Step5对约束检验抗体若可行记录该抗体xv否则转Step132亲和力计算亲和力计算包括计算抗原和抗体之间的亲和力以及抗体间的亲和力抗原和抗体间的亲和力表现了抗体对抗原的匹配程度为避免由于目标函数值过大造成亲和力值过小而不利于个体优劣的体现本文采用公式6计算其中K为根据目标函数的数量级所确定的正数其目的是放大计算的亲和力值ATxv表示抗体xv和抗原Fxv的亲和力Fxv为抗体xv对应的目标函数值ATxvKFxv6抗体间的亲和力AYxvxw表明了抗体间的相似程度抗体xv和xw的亲和力为AYxvxw11Hxvxw7式中Hxvxw表示两抗体的结合强度Hxvxw采用如下方式度量Hxvxw∑n-1l1δδ1xlv≠xlwδ0否则8式中xlvxlw为两抗体的第l位等位基因33抗体的浓度抗体的浓度用于调节抗体的克隆规模当某些抗体和抗原的亲和力较大时会被克隆增扩其浓度会迅速上升抗体xv的浓度为cxv1n∑nw1ACxvxw9其中ACxvxw1AYxvxw≥Tac0否则10Tac为预先设定的抗体亲和力阈值本文采用85第1期刘舰
等多式联运运输方式选择的模型和算法如下方法确定计算抗体群中任意两抗体的亲和力然后按照从大到小顺序排序选择序列的中位数作为Tac34克隆选择算子在生物免疫系统中由于高适应度低浓度的抗体更具有生命力因此通过克隆选择可以尽可能保持优良的解被选择进入下一次迭代从而使算法避免早熟首先将抗体群ABG1中的抗体根据其和抗原的亲和力大小降序排列选择亲和力大于阈值AT的前m个抗体进行克隆增扩亲和力阈值AT能够准确的通过问题的实际结合经验设定一个适当的值本文选取当代亲和力的平均值按照下式计算总的克隆数Nc∑mv1round[βATxvcxv]11式中β是参数因子35算法过程描述算法实现的具体步骤如下Step1初始化设T0变异率Pm最大迭代次数GEN抗体群规模POPStep2识别抗原抗体的编码Step3随机生成一个规模为POP的抗体群ABGStep4计算抗体群ABG中每个抗体对抗原的亲和力ATxv和抗体之间的亲和力AYxvxwStep5选择抗体和抗原亲和力高的POP1个抗体形成群体ABG1Step6计算抗体群体ABG1中各个抗体的浓度Step7将ABG1中的抗体按照亲和力由大到小降序排列结合抗体浓度选择得到克隆抗体群体ABG2Step8通过变异算子对克隆抗体群ABG2进行变异操作得到ABG3Step9计算抗体群ABG3中每个抗体对抗原的亲和力Step10合并抗体群ABG和ABG3选出亲和力最高的和互不相同的POP个抗体组成新的抗体群ABGStep11若T≤GEN则TT1转Step4否则结束4算例一批货物选择通过如图1所示的联运网络实现从O2D点的运输已知有3种运输方式可供选择合同约定交货时间区间为[6875]小时单位存储成本为3违约成本为5发送货物风险因子RI为3以接受的综合风险指数值α15简化后的运行成本时间和中转成本时间运输方式的风险因子结合部的风险因子如表122所示改进后的联运网络图如图2所示图2运输网络图Fig2Thetransportationnetwork图3改进的联运网络Fig3Theimprovednetwork95兰州交通大学学报第29卷表1结点间不同运输方式的运输成本时间运输方式的风险因子Tab1TransportationcosttimeriskfactorsindifferenttransportationmodesOAOTOGABATAETBTGTETHGEGHBC71BEBFECEFEIEHHFHICFCDFDFIID8
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