考虑客户满意度的多式联运运输组合优化模型研究

摘要：考虑运输过程中的费用、时间、客户满意度等因素，建立了以集装箱运输方式与路径选择为基础的广义费用最小模型，并提出了求解模型的层次分析法和遗传算法。

关键词：多式联运 广义费用 运输方式 运输路径 组合优化

1 概述

随着经济全球化的快速发展和现代信息技术的跨越式进步，集装箱运输作为一种现代化的货物运输方式，正在世界范围内得到推广和普及，在美国、日被等发达国家发展尤为迅速，掀起一场货物运输的革命。其发展主要体现在海运、铁路以及国际集装箱多式联运和大陆桥运输等方面。按照《联合国国际货物多式联运公约》，多式联运被定义为：“按照国际多式联运合同，以至少两种不同的运输方式，由多式联运经营人把货物从一国境内接管地点运至另一国境内指定交付地点的货物运输。”

多式联运是在集装箱运输的基础上逐渐产生发展起来的，全部运输过程采用一票制方式，由一个多式联运经营人负责承运，通过对两种以上的不同运输方式进行组合，实行一次托运、包干计费、一票到底、全程负责的一体化运输，从而实现货物的门到门运输。那么如何在满足运输需求的基础上，采用合理的运输组织方式，选择合适的运输路线，使多式联运实现最优化的目标就成为至关重要的问题。为此，笔者在分析研究运输方式选择中的影响因素，考虑客户需求的基础上，建立多式联运运输组合优化模型，从而实现多式联运全程的整体优化。

2 问题描述及假设条件

2.1 问题简述 有一批集装箱货物采取多式联运方式，从货物运输的起始点O运至目的地D，运输途中需要经过一系列的集装箱中心站或港口码头节点，形成了多式联运运输网络。网络中不同节点城市之间都有着可供选择的不同的运输方式，在各个城市节点之间，各种运输方式的运输时间、运输费用、运输能力等指标都不相同。在每一个的运输节点上，都能进行集装箱中转作业，在转运过程中，需要消耗一定的转运时间和中转费用，另外，整个多式联运过程所消耗的运输时间不能超过所规定的运输期限。

2.2 模型假设 ①集装箱的货运量在全程多式联运中保持固定不变，在特定的城市之间只能采用一种运输方式，货物不可拆分。②货物在各个城市节点之间采用某种运输方式进行运输的过程中，所产生的运输成本与在该运输方式下特定的运输单价、运输距离、运量相关，不考虑其他不确定性因素。③两个城市节点之间所需的运输时间仅与采取的运输方式和运输距离相关。④在某个城市节点进行转运时，转运运费只与货运量q和两种运输方式之间的转运单价相关。⑤中运时间只与参与转运的两种运输方式属性和货运量q有关。

3 多式联运运输路径优化模型

3.1 广义费用 广义费用是指：“企业因生产经营活动和活动而产生的全部经济利益的总流出。”一般广义费用的函数模型表示成为：

q：运输过程中所运输货物的运量；

T：所能容许的最后时间期限；

I：运输过程中所有节点城市集合；

K：节点城市间所有运输方式集合。

3.3 建立模型 目标函数表示为：

（8）

目标函数是以整个运输过程中的广义费用最小为目标，费用部分包括运输费用和中转费用，时间部分包括运输时间和中转时间，θ1和θ2为权重系数，反应发货人对运输时间和运输费用之间的重视程度，ω为量纲转换系数，表示货物的单位时间价值，主要取决于货物的种类。模型的约束条件（2）表示货物运输过程中两个节点之间的运输路线选择是唯一的，只能选择一种运输方式来完成，中间不能进行换装；（3）表示货物在运输节点i城市换装时，最多只存在一种运输方式的转换；（4）表示在某个节点城市i，运输方式由k转换为h，则从上一个节点城市到i采用的是运输方式k，由i出发到下一节点城市采用的是运输方式h，保证了运输方式转变的连续性；（5）保证整个运输过程所耗费的时间的发货人所要求的最后期限以内；（6）保证货物的运量不超过线路的运输能力；（7）表示权重系数之和等于1；（8）规定决策变量的取值范围为0或1。

4 求解算法

利用层次分析法来求出模型中的权重系数θi的取值，求解过程如下：

所得θi即为重要程度的近似值，就是模型中的权重系数。

使用遗传算法求解运输路径优化问题的步骤如下：①编码。将所要求解的问题中的变量编码成染色体，完成遗传算法的表现型到基因型的映射。②产生初始种群。随机的产生一定数目的个体组成初始种群，个体的数目就是初始种群的规模。③计算使用度。考虑到本模型的目标函数为求得广义费用的最小值，构造Fx=M-Z作为适应度函数，求每一个个体的适应度，适应度最大的为最佳个体。④遗传操作。遗传算法的基本操作包括选择、交叉和变异。选择操作时根据适者生存的原则选择确定用来重组或交叉的优良个体，确定被选个体将产生多少个子代个体；交叉或基因重组是结合来自父代交配种群中的信息产生新的个体；变异是指交叉产生的子代基因按小概率扰动产生的随机变化。⑤结果输出。按照上述方法使种群逐代进化，直到满足进化终止的条件，就完成了搜索过程，把适应度值最大的个体输出，就是所求问题的最优解。如果无法满足条件，就返回第3步重新进行比对、筛选。

参考文献：

[1]王涛，王刚.一种多式联运网络运输方式的组合优化模式[J].中国工程科学，2005.10.

[2]郝勇，张丽，黄建伟.物流系统规划与设计[M].清华大学出版社，2008.

[3]吴青一.物流系统工程[M].中国物资出版社，2004.6.

[4]王小平，曹丽明.遗传算法——理论、应用与软件实现[M].西安交通大学出版社，2001.

[5]张军伟.多式联运中全程集装箱运输网络路径合理化研究[D].北京交通大学，2011.

作者简介：

张瑞芳（1988-），女，河南驻马店人，硕士，研究方向：交通运输规划与管理。endprint

摘要：考虑运输过程中的费用、时间、客户满意度等因素，建立了以集装箱运输方式与路径选择为基础的广义费用最小模型，并提出了求解模型的层次分析法和遗传算法。

关键词：多式联运 广义费用 运输方式 运输路径 组合优化

1 概述

随着经济全球化的快速发展和现代信息技术的跨越式进步，集装箱运输作为一种现代化的货物运输方式，正在世界范围内得到推广和普及，在美国、日被等发达国家发展尤为迅速，掀起一场货物运输的革命。其发展主要体现在海运、铁路以及国际集装箱多式联运和大陆桥运输等方面。按照《联合国国际货物多式联运公约》，多式联运被定义为：“按照国际多式联运合同，以至少两种不同的运输方式，由多式联运经营人把货物从一国境内接管地点运至另一国境内指定交付地点的货物运输。”

多式联运是在集装箱运输的基础上逐渐产生发展起来的，全部运输过程采用一票制方式，由一个多式联运经营人负责承运，通过对两种以上的不同运输方式进行组合，实行一次托运、包干计费、一票到底、全程负责的一体化运输，从而实现货物的门到门运输。那么如何在满足运输需求的基础上，采用合理的运输组织方式，选择合适的运输路线，使多式联运实现最优化的目标就成为至关重要的问题。为此，笔者在分析研究运输方式选择中的影响因素，考虑客户需求的基础上，建立多式联运运输组合优化模型，从而实现多式联运全程的整体优化。

2 问题描述及假设条件

2.1 问题简述 有一批集装箱货物采取多式联运方式，从货物运输的起始点O运至目的地D，运输途中需要经过一系列的集装箱中心站或港口码头节点，形成了多式联运运输网络。网络中不同节点城市之间都有着可供选择的不同的运输方式，在各个城市节点之间，各种运输方式的运输时间、运输费用、运输能力等指标都不相同。在每一个的运输节点上，都能进行集装箱中转作业，在转运过程中，需要消耗一定的转运时间和中转费用，另外，整个多式联运过程所消耗的运输时间不能超过所规定的运输期限。

2.2 模型假设 ①集装箱的货运量在全程多式联运中保持固定不变，在特定的城市之间只能采用一种运输方式，货物不可拆分。②货物在各个城市节点之间采用某种运输方式进行运输的过程中，所产生的运输成本与在该运输方式下特定的运输单价、运输距离、运量相关，不考虑其他不确定性因素。③两个城市节点之间所需的运输时间仅与采取的运输方式和运输距离相关。④在某个城市节点进行转运时，转运运费只与货运量q和两种运输方式之间的转运单价相关。⑤中运时间只与参与转运的两种运输方式属性和货运量q有关。

3 多式联运运输路径优化模型

3.1 广义费用 广义费用是指：“企业因生产经营活动和活动而产生的全部经济利益的总流出。”一般广义费用的函数模型表示成为：

q：运输过程中所运输货物的运量；

T：所能容许的最后时间期限；

I：运输过程中所有节点城市集合；

K：节点城市间所有运输方式集合。

3.3 建立模型 目标函数表示为：

（8）

目标函数是以整个运输过程中的广义费用最小为目标，费用部分包括运输费用和中转费用，时间部分包括运输时间和中转时间，θ1和θ2为权重系数，反应发货人对运输时间和运输费用之间的重视程度，ω为量纲转换系数，表示货物的单位时间价值，主要取决于货物的种类。模型的约束条件（2）表示货物运输过程中两个节点之间的运输路线选择是唯一的，只能选择一种运输方式来完成，中间不能进行换装；（3）表示货物在运输节点i城市换装时，最多只存在一种运输方式的转换；（4）表示在某个节点城市i，运输方式由k转换为h，则从上一个节点城市到i采用的是运输方式k，由i出发到下一节点城市采用的是运输方式h，保证了运输方式转变的连续性；（5）保证整个运输过程所耗费的时间的发货人所要求的最后期限以内；（6）保证货物的运量不超过线路的运输能力；（7）表示权重系数之和等于1；（8）规定决策变量的取值范围为0或1。

4 求解算法

利用层次分析法来求出模型中的权重系数θi的取值，求解过程如下：

所得θi即为重要程度的近似值，就是模型中的权重系数。

使用遗传算法求解运输路径优化问题的步骤如下：①编码。将所要求解的问题中的变量编码成染色体，完成遗传算法的表现型到基因型的映射。②产生初始种群。随机的产生一定数目的个体组成初始种群，个体的数目就是初始种群的规模。③计算使用度。考虑到本模型的目标函数为求得广义费用的最小值，构造Fx=M-Z作为适应度函数，求每一个个体的适应度，适应度最大的为最佳个体。④遗传操作。遗传算法的基本操作包括选择、交叉和变异。选择操作时根据适者生存的原则选择确定用来重组或交叉的优良个体，确定被选个体将产生多少个子代个体；交叉或基因重组是结合来自父代交配种群中的信息产生新的个体；变异是指交叉产生的子代基因按小概率扰动产生的随机变化。⑤结果输出。按照上述方法使种群逐代进化，直到满足进化终止的条件，就完成了搜索过程，把适应度值最大的个体输出，就是所求问题的最优解。如果无法满足条件，就返回第3步重新进行比对、筛选。

参考文献：

[1]王涛，王刚.一种多式联运网络运输方式的组合优化模式[J].中国工程科学，2005.10.

[2]郝勇，张丽，黄建伟.物流系统规划与设计[M].清华大学出版社，2008.

[3]吴青一.物流系统工程[M].中国物资出版社，2004.6.

[4]王小平，曹丽明.遗传算法——理论、应用与软件实现[M].西安交通大学出版社，2001.

[5]张军伟.多式联运中全程集装箱运输网络路径合理化研究[D].北京交通大学，2011.

作者简介：

张瑞芳（1988-），女，河南驻马店人，硕士，研究方向：交通运输规划与管理。endprint

摘要：考虑运输过程中的费用、时间、客户满意度等因素，建立了以集装箱运输方式与路径选择为基础的广义费用最小模型，并提出了求解模型的层次分析法和遗传算法。

关键词：多式联运 广义费用 运输方式 运输路径 组合优化

1 概述

随着经济全球化的快速发展和现代信息技术的跨越式进步，集装箱运输作为一种现代化的货物运输方式，正在世界范围内得到推广和普及，在美国、日被等发达国家发展尤为迅速，掀起一场货物运输的革命。其发展主要体现在海运、铁路以及国际集装箱多式联运和大陆桥运输等方面。按照《联合国国际货物多式联运公约》，多式联运被定义为：“按照国际多式联运合同，以至少两种不同的运输方式，由多式联运经营人把货物从一国境内接管地点运至另一国境内指定交付地点的货物运输。”

多式联运是在集装箱运输的基础上逐渐产生发展起来的，全部运输过程采用一票制方式，由一个多式联运经营人负责承运，通过对两种以上的不同运输方式进行组合，实行一次托运、包干计费、一票到底、全程负责的一体化运输，从而实现货物的门到门运输。那么如何在满足运输需求的基础上，采用合理的运输组织方式，选择合适的运输路线，使多式联运实现最优化的目标就成为至关重要的问题。为此，笔者在分析研究运输方式选择中的影响因素，考虑客户需求的基础上，建立多式联运运输组合优化模型，从而实现多式联运全程的整体优化。

2 问题描述及假设条件

2.1 问题简述 有一批集装箱货物采取多式联运方式，从货物运输的起始点O运至目的地D，运输途中需要经过一系列的集装箱中心站或港口码头节点，形成了多式联运运输网络。网络中不同节点城市之间都有着可供选择的不同的运输方式，在各个城市节点之间，各种运输方式的运输时间、运输费用、运输能力等指标都不相同。在每一个的运输节点上，都能进行集装箱中转作业，在转运过程中，需要消耗一定的转运时间和中转费用，另外，整个多式联运过程所消耗的运输时间不能超过所规定的运输期限。

2.2 模型假设 ①集装箱的货运量在全程多式联运中保持固定不变，在特定的城市之间只能采用一种运输方式，货物不可拆分。②货物在各个城市节点之间采用某种运输方式进行运输的过程中，所产生的运输成本与在该运输方式下特定的运输单价、运输距离、运量相关，不考虑其他不确定性因素。③两个城市节点之间所需的运输时间仅与采取的运输方式和运输距离相关。④在某个城市节点进行转运时，转运运费只与货运量q和两种运输方式之间的转运单价相关。⑤中运时间只与参与转运的两种运输方式属性和货运量q有关。

3 多式联运运输路径优化模型

3.1 广义费用 广义费用是指：“企业因生产经营活动和活动而产生的全部经济利益的总流出。”一般广义费用的函数模型表示成为：

q：运输过程中所运输货物的运量；

T：所能容许的最后时间期限；

I：运输过程中所有节点城市集合；

K：节点城市间所有运输方式集合。

3.3 建立模型 目标函数表示为：

（8）

目标函数是以整个运输过程中的广义费用最小为目标，费用部分包括运输费用和中转费用，时间部分包括运输时间和中转时间，θ1和θ2为权重系数，反应发货人对运输时间和运输费用之间的重视程度，ω为量纲转换系数，表示货物的单位时间价值，主要取决于货物的种类。模型的约束条件（2）表示货物运输过程中两个节点之间的运输路线选择是唯一的，只能选择一种运输方式来完成，中间不能进行换装；（3）表示货物在运输节点i城市换装时，最多只存在一种运输方式的转换；（4）表示在某个节点城市i，运输方式由k转换为h，则从上一个节点城市到i采用的是运输方式k，由i出发到下一节点城市采用的是运输方式h，保证了运输方式转变的连续性；（5）保证整个运输过程所耗费的时间的发货人所要求的最后期限以内；（6）保证货物的运量不超过线路的运输能力；（7）表示权重系数之和等于1；（8）规定决策变量的取值范围为0或1。

4 求解算法

利用层次分析法来求出模型中的权重系数θi的取值，求解过程如下：

所得θi即为重要程度的近似值，就是模型中的权重系数。

使用遗传算法求解运输路径优化问题的步骤如下：①编码。将所要求解的问题中的变量编码成染色体，完成遗传算法的表现型到基因型的映射。②产生初始种群。随机的产生一定数目的个体组成初始种群，个体的数目就是初始种群的规模。③计算使用度。考虑到本模型的目标函数为求得广义费用的最小值，构造Fx=M-Z作为适应度函数，求每一个个体的适应度，适应度最大的为最佳个体。④遗传操作。遗传算法的基本操作包括选择、交叉和变异。选择操作时根据适者生存的原则选择确定用来重组或交叉的优良个体，确定被选个体将产生多少个子代个体；交叉或基因重组是结合来自父代交配种群中的信息产生新的个体；变异是指交叉产生的子代基因按小概率扰动产生的随机变化。⑤结果输出。按照上述方法使种群逐代进化，直到满足进化终止的条件，就完成了搜索过程，把适应度值最大的个体输出，就是所求问题的最优解。如果无法满足条件，就返回第3步重新进行比对、筛选。

参考文献：

[1]王涛，王刚.一种多式联运网络运输方式的组合优化模式[J].中国工程科学，2005.10.

[2]郝勇，张丽，黄建伟.物流系统规划与设计[M].清华大学出版社，2008.

[3]吴青一.物流系统工程[M].中国物资出版社，2004.6.

[4]王小平，曹丽明.遗传算法——理论、应用与软件实现[M].西安交通大学出版社，2001.

[5]张军伟.多式联运中全程集装箱运输网络路径合理化研究[D].北京交通大学，2011.

作者简介：

张瑞芳（1988-），女，河南驻马店人，硕士，研究方向：交通运输规划与管理。endprint