两个轴辐式网络协同建设的多层编码遗传算法

为了降低物流网络的建设成本投入，充分利用物流资源，提出轴辐式网络间的协同建设. 同时建设两个轴辐式物流网络，一个轴辐式网络为自己网络中的每一个枢纽从另一个轴辐式网络中选择一组协作枢纽，两个网络可以共同使用协作枢纽. 目标是使两个轴辐式网络的建设成本和它们之间的协作成本总和最小. 首先，运用混合整数规划模型描述所研究的问题；其次，根据问题的复杂度，设计了多层编码的遗传算法来解决问题，一条染色体分别表示了两个轴辐式网络；最后，在算例中进行了参数敏感性分析，分析参数对各部分成本和物流网络结构及协作枢纽的影响. 分析结果表明:在两个网络的协同建设中，一个网络中转移到另一个网络的流量大小对两个网络各自的网络结构和构建成本具有显著的影响；协同建设能够同时系统化地优化两个轴辐式网络，降低成本，整合物流资源.      

铁路大宗货物运输网络结构及流动空间格局 ——以云南省为例

铁路大宗货物运输在保障战略物资流通中发挥着主导作用,分析铁路大宗货物运输网络结构及其流动空间格局能够为产业规划与物流组织提供理论依据.利用铁路大宗货物到达和发送的数据,基于复杂网络理论构建了云南省铁路大宗货物运输网络模型,提取铁路大宗货物运输网络结构特征,并运用空间分析方法获取铁路大宗货物运输联系强度和流动格局.研究结果表明:① 云南省铁路大宗货物运输网络密度为0.05,平均聚类系数为0.308,铁路大宗货运网络具有显著的小世界网络特性;铁路大宗货运节点服从幂率分布,呈现明显的集群效应,具有无标度网络特征.昆明、曲靖、楚雄的整体中心性水平较高,节点间货物交流较为密切,对大宗货物流通具有绝对主导权.② 云南铁路大宗货物的整体货运规模空间分异显著,各节点货物运输水平两极分化严重,形成主要以昆明、曲靖的货运网络核心,大宗货运具有较高的集聚性.③ 云南铁路大宗货运网络呈现"中心-腹地"的空间运输联系格局,货运联系地理邻近效应显著,比较依存于与核心节点的连接,对省际货运网络结构具有一定的影响.④ 云南铁路大宗货运网络呈明显的轴辐式特征,不同节点大宗货物流通规模及运输通达性存在较大的差异,货物流向也表现出节点的吸引力和辐射力呈现非均质性.     

"轴-辐"式运输网络的范围经济问题

为证明"轴-辐"式运输网络有独立于密度经济而存在的范围经济,在假设运输网络密度收益不变的前提下建立了独立分段运营与整合运营两种模式下运输网络的成本函数,对比发现,采用独立分段运营与"轴-辐"式整合运营两种模式的运输网络运营成本差异较大,当采用"轴-辐"式整合运营模式且运输网络达到最佳运营结构时才能实现范围经济,其原因在于采用"轴-辐"式整合运营模式进行运营线路整合优化时能使营运车辆及人员工作效率得到提高. 结果表明,密度收益恒定时"轴-辐"式网络运营模式下存在范围经济,但范围经济的取得需通过运营线路结构优化才能实现.     

枢纽多级容量限制下辐点分配模式的比较

针对轴辐式网络中辐点的单分配和多分配模式的现实差异,提出枢纽多级容量限制下的辐点分配模式的比较问题,研究需求不确定条件下两种分配模式的特点。基于轴辐式网络设计的基本模型,构建枢纽多级容量限制下考虑运营成本的两种分配模式的混合整数规划模型。根据预测的多个需求场景及其概率分布求解两种网络模型的最优期望成本以设计轴辐式网络。通过设置网络最优设计、预先给定枢纽点数目和总需求量变动3项实验,比较辐点的单分配和多分配模式在各实验结果中的网络成本、枢纽配置和枢纽利用率,发现多分配网络具有较低的网络总成本、较少的枢纽数目及较高的枢纽利用率。     

考虑延迟惩罚的轴辐式枢纽网络中断问题研究

随着越来越多的航空公司采用轴辐式网络系统模式开展全球航空运输服务,轴 辐式网络研究逐渐引起大家的重视.本文针对枢纽中位选址问题,首先提出了考虑延迟惩 罚并面向整个网络的节点完全性中断问题,建立节点中断的上、下界模型,对禁忌搜索算 法进行改进,并对三种改进算法展开比较;然后将两种中断模型和禁忌搜索算法应用于 中国航空网络实例中,通过计算结果分析中国航空网络中的关键城市,在资源有限的情 况下,提出城市分级防御的规划和航空网络考虑中断情况下的资金准备的建议. 为轴辐 式枢纽网络决策者在网络规划和防御问题上提供了理论参考和实践证明.     

考虑速度与拥堵的多式联运路径优化研究

对多式联运路径优化进行了研究.对于多个城市节点,扩展并建立不规则棱柱模型网络,不仅考虑不同运输方式的成本与时间,还将不同运输方式对应的速度与拥堵纳入模型.基于Dijkstra最短路径算法,创建一个包含速度与拥堵因素多式联运路径优化模型仿真系统,通过模拟动态参数,分析了该组参数下的速度与拥堵对多式联运最优路径选择的影响,为区域运输规划提供了重要的参考价值.     

考虑碳排放的混合轴辐式多式联运网络枢纽扩增选址-路径问题

针对现有多式联运网络枢纽饱和度高、枢纽到城市直达运输成本高且效率低等不足,提出采用混合轴辐式多式联运网络研究扩增枢纽选址,同时优化运输线路;基于允许枢纽间转运和需求城市间巡回运输的运输网络,考虑低碳因素构建了最小化总运输成本、二级枢纽开放建设成本、枢纽处转运成本和总碳排放成本的数学模型,将问题分解为选址-分配与路径优化2个阶段,并针对两阶段特点分别采用0-1编码和数字编码设计了两阶段遗传算法;针对现有实际案例采用设计的算法进行求解,并将求得的最优运输方案与现实方案进行对比。研究结果表明:采用提出的算法进行10次运行获得的最优解与其平均值的差值百分比仅为4.7%,且平均求解时间仅为90.6 s;优化后网络扩增了2个枢纽,弃用了1个不合理枢纽,网络转运能力提高了11.3%,枢纽的平均饱和度降低了15.7%,不同枢纽的饱和度比原网络更均衡,不仅缓解了饱和枢纽的压力,还提高了空闲枢纽的周转率,从而提高了转运效率;优化后运输方案对应的总成本、运输成本、中转成本和碳排放成本分别降低了68.41%、68.14%、56.55%和86.76%,且碳排放减少最为突出。由此可见,提出的模型和算法对扩张轴辐式网络选址和混合轴辐式多式联运网络运输方案的组合优化具有较好的性能。      

公铁联运规模效应和枢纽拥挤效应的联动分析

公铁联运最主要的优势就是采用轴辐式网络结构实现规模经济,降低货物的运输成本,货运量越大,规模效应越明显;另一方面,过多的货物在枢纽集结会造成枢纽拥挤,增加货物在枢纽的停留时间,从而降低了公铁联运的竞争力.本文分别采用与流量相关的分段成本函数和M/M/c的排队模型来描述公铁联运的规模效应和拥挤效应,建立了非线性的整数规划模型,用于综合分析规模效应和枢纽拥挤效应对公铁联运的影响.采用混合禁忌搜索算法求解本文的模型,该算法具有较好的收敛效果.最后,分析了铁路服务固定成本、公路运输成本、货物运到期限和枢纽能力对公铁联运竞争力的影响.     

运输需求与成本不确定下的枢纽港选择

针对轴辐式网络中的枢纽港选择问题，在集装箱航运网络中，考虑运输需求与成本的不确定，根据数据变化规律，构建多个模型. 根据轴辐式网络的运输环节，使用成本函数表征枢纽港间运输成本，构建枢纽港选择的确定性模型；基于此，针对航运需求的离散特性，构建需求不确定的随机模型进行枢纽港选择；基于运输成本难以预测的特点，结合实际数据，使用极小极大值法构建成本不确定的枢纽港选择模型；然后，结合两者构建运输需求与运输成本同时不确定的枢纽港选择模型. 采用欧洲集装箱运输网络实际数据对模型进行验证，求解各因素不确定下枢纽港选择的最优方案，并针对结果进行对比分析，为班轮公司优化航线提供参考.     

考虑需求时间上限的航空货运模式选择

针对快递企业航空运输中存在的高成本、低时效问题,本文在我国混合轴辐式航空货运网络发展的背景下,综合考虑货运量、飞机运力、运输时间等因素,建立了以总运输成本最小为目标的数学模型。在目标函数中不仅考虑了等待成本、运输成本及中转成本,还考虑了货物运输总时间超出客户可接受的时间上限时的惩罚成本,并设计了一种混合遗传算法求解,以便选择出一种最经济快捷的运输模式。分析结果表明折扣因子的取值与运输总成本成正比,折扣因子的取值越小,运输成本越低,全货机中转运输模式的规模效益越明显。     

复杂城市交通网络拥堵传播的改进SIS模型

：为深入分析城市交通网络拥堵动态演进过程,建立了交通拥堵传播的改进SIS模型（传染病模 型）。模型根据目标节点自身受随机因素的影响、其邻居节点的状态和影响能力以及不同状态节点间 的耦合强度,动态计算目标节点由畅通变为拥堵又恢复畅通的概率,并进一步考虑了不同交通状态的 传播时间对拥堵传播的影响。基于BA Barabási-Albert 无标度网络对传播过程进行仿真,拥堵随时 间的演化与相关研究一致,验证了模型的有效性。仿真结果表明：根据作用节点属性的不同,随 机因素对拥堵的初始规模、传播速度及传播稳定状态的阻塞水平具有不同的影响能力;不同状态 节点间的相互作用对拥堵传播具有重要作用;畅通状态与拥堵状态平均传播时间的比值对拥堵传 播的影响存在阈值;不同状态传播时间的波动性对拥堵传播速度、平衡态阻塞水平具有一定影响。     

基于经济诱发效应的物流网络综合优化研究

为了实现区域物流网络的整体、动态、多层次性优化,综合考虑区域物流网络运输、仓储、作业成本以及对区域经济的拉动作用,构建基于经济诱发效应的多成本混合结构物流网络（包括物流节点与物流通道）综合优化的双层规划模型。上层解决区域物流宏观规划问题,即决策者的方案设计,从规模、结构和布局的角度控制区域物流网络的总体优化;下层为物流链配流问题,即物流链分配。将贪心法与遗传算法相结合对优化的双层规划模型进行求解。采用Delphi软件平台和SQL Server数据库实现二次开发,构建基于经济诱发效应区域物流网络优化平台,以苏南高速公路物流网络优化为例进行实证分析,证明其优化效果显著。     

城市轨道交通运输网络级联失效抗毁性研究

城市轨道交通各条线路和车站相互连接,联系紧密,其中的节点故障会在网络迅速传播,造成较大范围的拥堵,影响整个网络的正常运营.本文首先结合轨道交通特性,对城市轨道交通网络的级联失效现象进行分析.采用改进的边权函数来分析节点状态变化,进而产生流量的重分配.接着,建立了城市轨道交通网络级联失效模型,并以网络失效规模和破坏程度两个指标对其进行评估,仿真了级联失效过程并分析了不同失效策略下城市轨道交通网络的级联失效抗毁性.最后,以北京市轨道交通网络为例进行了实证研究.研究结果对轨道交通网络的合理规划、结构优化及运营安全具有重要的参考意义.     

基于节点限制的轴幅式集装箱海运网络优化设计

随着集装箱船舶大型化的发展趋势,越来越多的班轮公司积极建设轴幅式集装箱海运网络来提高服务效率、降低单位运营成本。为此,建立非线性轴幅式集装箱海运网络优化模型,以集装箱海运网络总成本最小为目标,考虑港口通过能力约束,应用Q-学习方法与混沌优化方法结合的混合优化算法求解,寻找合理的集装箱运输路径,配置适宜的集装箱船舶。算例结果表明:混合优化算法可以有效地求解海运集装箱运输路径优化与船舶配置问题;轴幅式网络比直达运输可节省10%的运输成本。     

低碳背景下港口群混合轴辐式运输网络优化

为了在节能减排的现实背景下对区域港口群运输网络进行优化,探究了港口群运输网络中的各项成本以及船舶、车辆碳排放的影响因素,引入了碳排放权重、成本系数和时间效用系数,在实现港口群运输网络总成本最小的目标下,构建了考虑碳排放的港口群混合轴辐式运输网络优化模型,最后应用算例计算分析了速度变化下25种情景的最优结果,并从中确定了海上航运网络、陆上集疏运系统的最优运量、运力配置方案,使该模型具有实用性和可行性.     

考虑环境税的邮政快递企业多式联运路径优化问题

为减缓运输过程中碳排放较多带来的环境问题,研究在考虑环境税条件下,邮政快递企业在货物运输过程中利用多式联运进行路径优化的问题。基于轴辐式运输网络构建运输费用模型,通过调整目标函数中的环境税税率,改变环境税在运输总费用中的占比。采用改进的A*算法并通过实际算例验证模型,得到不同时间成本及环境税税率下的路径规划结果,并提供对应决策。算例分析显示,时间成本系数为5 000,环境税占比分别为低于32%, 32%~78%以及78%以上时,最优方案分别为仅公路运输、公水联运及公铁联运。这表明单一运输方式适用于时效性要求较低的运输作业,对于时效性要求较高的运输作业,多式联运不仅可提高运输效率,且能降低运输成本。     

考虑船舶排放的班轮公司船队部署研究

针对集装箱海运中船舶排放、船队部署问题,分析了班轮运营总成本的构成,依据班轮远洋多港挂靠循环航线特征及集装箱转运特点,以可变船舶航速为决策变量,船舶运营总成本与船舶排放量最小化为目标,建立了基于低碳经济下的班轮公司船队部署多目标混合整数非线性规划模型,并引用了多目标递推算法进行求解。算例中通过对航行速度的灵敏度与帕累托分析,发现了船舶最低排放的航行速度。其次,运用航运轴辐式网络的特点,从众多港口中选择部分枢纽港进行转运形成干线运输规模效应。结果表明:该模型可以同时决策船队部署和集装箱转运,其优化结果更符合实际情况,对航运市场供需平衡的运力配置决策具有借鉴意义。     

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发车间隔的确定是建立行车计划的基础,合理安排公交运营方案可以在优化公交企业运营成本的同时,有效满足乘客需求. 本文提出了在保证公交运营服务水平和所需运营车辆最少的前提下, 确定公交发车间隔的模型. 在现有的模型基础上考虑了道路交通拥堵对公交运行的影响. 引入拥堵系数,建立了基于载客里程的公交发车频率模型. 实例分析表明模型使得发车间隔的计算更简单直观. 拥堵因子的引入对发车间隔产生了较大的影响,且能有效地优化公交发车间隔. 使公交企业更好地平衡了乘客满意度与公交车运行成本.     

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为证明“轴-幅”式运输网络有独立于密度经济而存在的范围经济,在假设运输网络密度收益不变的前提下建立了独立分段运营与整合运营两种模式下运输网络的成本函数,对比发现采用独立分段运营与“轴-幅”式整合运营两种模式的运输网络运营成本差异较大,当采用“轴-幅”式整合运营模式且运输网络达到最佳运营结构时才能实现范围经济,其原因在于采用“轴-幅”式整合运营模式进行运营线路整合优化时能使营运车辆及人员工作效率得到提高。结果表明,密度收益恒定时“轴-幅”式网络运营模式下存在范围经济,但范围经济的取得需通过运营线路结构优化才能实现。     

基于部分随机用户平衡的可靠性网络设计

为减少交通事故导致的路网性能不确定性,基于部分随机用户平衡描述交通事故影响下的路网状态,建立了可靠性网络设计问题的双层规划模型.上层模型将期望总行程时间作为路网可靠性指标,并将其与投资费用的加权和作为优化目标;下层模型综合考虑出行者信息的不完备以及交通事故影响的局部性,扩展了部分用户平衡模型,描述交通事故发生时的交通流模式.用基于蒙特卡洛模拟的遗传算法求解模型.算例表明:与已有确定性网络设计方法相比,本文方案鲁棒性更好,在需求水平为100、150和200辆/h时,社会成本平均增加了18%,社会成本的增加率随交通需求的增加而减少.