基于LOGIT模型和DDSUE模型的上海港集疏运系统路径流量优化

赵建华，赵渤

(上海海事大学 科学研究院，上海 200135)*

0 引言

上海港目前已经成为世界第一大货运港、世界第二大集装箱港口，是东北亚地区集装箱航班最密集的港口之一，2010年，上海港货物吞吐量达到65 339.3万吨，装箱吞吐量超过2 900万TEU.港口集疏运系统作为城市综合交通运输网中重要的水陆中转枢纽，是上海国际航运中心建设的重要组成部分.然而目前上海港海铁联运比例仅占2%左右，水水中转比例仅为40%，公路运输受城市交通承载力制约，还没有形成铁路、公路和水路运输的协调统一的集疏运体系.

提高港口集疏运体系的运输效率，是提高上海港的港口信息化水平的关键一环，同时对缓解上海市公路交通的拥堵状况具有重要意义.本文拟采用Logit模型和DDSUE模型研究港口集疏运系统中的路径流优化问题，目的是对连接货源地与目标港区的所有主要路径进行合理的流量分配，提高交通运输效率.

1 LOGIT模型

非集计模型具有高效、低成本、简洁易用、可移植性高等特点，在经济、交通规划等领域有着广泛的应用.LOGIT模型是目前最为成熟，应用最广泛的非集计模型.LOGIT模型能够较为全面考虑具体行为的各方面因素，极大地提高了模型的精确度和实用性.

设货物运输者n所有选择集合为An，选择方案i的效用函数为Uin，则可表示为Uin=Vin+εin.其中Vin表示出行者n选择方案i的效用函数的固定项;εin表示出行者n选择方案i的效用函数中的随机项.设 εjn，j∈ An服从参数 (η，ω)且相互独立的二重指数分布.通常取η =0，Ujn，j∈An服从参数为(rjn，ω)的二重指数分布.根据效用最大化理论，出行者n选择方案i的概率Pin可以表示为

因此

在本文中，由于上海港在黄浦江内有张华浜、军工路、共青、朱家门、龙吴五个港区，在长江口有宝山、罗泾、外高桥港区和洋山四个港区.用O表示货源地，D表示各个港区.设从准备将货物运输到港区的工厂到各个港区(r，s)的每个道路利用者总是选择自己认为抗阻最小的路径k.用表示道路利用者主观判断的阻抗值，用表示道路的实际抗阻，则有

在式(2)中，m为O和D之间所有有效路径数;γ为分配参数，其变化范围比较稳定.式(2)就是本文拟采用的经过变形的Logit模型.

2 DDSUE模型

DDSUE模型包含动态出发时间选择和动态出行线路选择，首先简单介绍DDSUE模型.

品牌是一所学校的“标签”，品牌专业是地方高职院校专业发展实力的一种体现。在面临生源减少、示范骨干校和地域优势校竞争等多重压力下，越来越多的地方高职院校出现招生指标大量空缺，甚至有招不到学生的现象。再加上专业设置的重复性，地方高职院校的发展空间不容乐观。地方高职院校只有根据地方经济社会发展的需要，结合自身的办学实力和优势，调整优化专业结构，加强自身的品牌建设，打造品牌专业，才能不断地提升社会知名度，树立良好的品牌形象，以此吸引优质的生源，实现可持续发展，在办学竞争中立于不败之地。

首先列举出货源地和目标港口之间所有的有效路径，确定每条路径的通行能力.假设第k条路径包含m个路段，每条路径的通行能力为qi(i=1，2，3…，m)，在该条路径上最小的通行能力决定了整条路径的通行能力，故取最小的路段通行能力作为整条路径的通行能力

然后计算每条路径在当前的行程花费.设θi为每个路段的自由流程时间;(t)为每条路径在t时刻的总车辆数，则第k条路径在t时刻的行程花费为

求出路径的行程花费后，使用Logit方法计算在时间t的选择概率.

对每一个时间段所出发的车辆数，要根据当前道路网的交通状况决定.首先，根据每条道路的通行能力和其被选择的概率来确定出发量，然后选择其中最小的一个作为当前时间的交通出发量.

于是在时间段t中，OD对从r到s的交通出发量为

因此，在t时间段中，OD对从r到s的第k条路径的驶入量为

式(8)为最后的交通分配结果，经过有限次的迭代后，可以使用式(9)判断是否收敛.

3 算法程序设计

运用Logit模型和DDSUE模型模拟港口货物运输者对港区选择的步骤如下:

第一步:划分上海市内部的货物运输区域，确定上海港港区的数量和具体地理位置，列举各货物运输区域到港区的所有有效路径，计算各个有效路径的路阻;

第二步:利用LOGIT模型确定各货物运输区域的货物运输者对港区有效路径的选择概率;

第三步:利用DDSUE模型通过有限次迭代确定个货物运输区域对港区的交通分配结果;

第四步:集计运算结果，得到各条路径的模拟货物运输量.

采用LOGIT模型和DDSUE模型确定各条路径模拟货物运输量的流程图如图1，图2所示.

图1 LOGIT模型计算程序图

图2 DDSUE模型计算程序图

4 应用实例

由于上海港在黄浦江有由于上海港在黄浦江内有张华浜、军工路、共青、朱家门、龙吴五个港区，在长江口有宝山、罗泾、外高桥港区和洋山四个港区.因此如果一家准备出口货物的厂家A准备将货物运输到港口，理论上就有九种可能，而通往各个港区又有很多可以选择的路线.因此权衡最佳运输线路既可以为厂家减少运输成本，又可以提高上海市交通运输系统的运行效率.

设货物运输的起点位置是工厂所在的位置A，终点是港区所在位置，共9种可能，分别为B1，B2，…，B9.下面以A和B1之间各线路的路径流量分配为例，说明模型的实际应用.

假设A和B1之间各线路如图3所示

图3 A－B1交通网络示意图

图中的数字为每一个路段的自由流程时间，也即路段的路阻，括号内的数字是路段的通行能力，单位是veh/s.1代表起点 A，9代表终点 B1.假设工厂要运往港口的货物有100单位，时间段长度Δt=10 s.收敛判断参数ζ=0.02.从工厂A到港区B1共有6条有效路径，如表1.

表1 有效路径示意表

分配参数γ取0.02，假设开始时道路上道路的行驶量为0.用程序1和程序2在计算机上模拟运行，最后得出各路径的流量分配结果如表2.

表2 各个时间段的交通出发量

表3 每条路径在各个时间段的驶入量

由模型计算的结果可以看出，厂商A需要向B1港区运输的货物经过三次分配运输完毕，每一批需要运输的货物流量可以合理地分配各条路径.这样既可以提高厂商运输货物的运输效率，降低了运输成本，也提高了上海交通系统的通行效率，可以有效地缓解城市道路拥挤的情况.

同时也需要注意到，模拟运算假设各路径的行驶量为0，这与实际情况是不相符的，而且各路径的及时路况信息(如路径上的行驶量)也是不容易获取的.但随着公路系统智能化程度不断加强，相信在将来及时的道路流量数据一定会传导到路上的运输者.港口管理部门在获得及时的路况信息后，通过本文中集疏运系统路径流优化模型可以及时合理地指挥调度需要向港口运输货物的货物运输者，向货物运输者提供运输最佳线路和合理的流量分配建议.

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