地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

[摘 要]近年來，交通擁堵問題已逐漸成為世界大城市需要亟待解決的難題。為緩解城市交通擁堵，地下物流系統(tǒng)（ULS）應(yīng)運(yùn)而生。本文以降低物流成本、保持區(qū)域交通暢通為目標(biāo)，從南京市仙林地區(qū)的實(shí)際情況出發(fā)，構(gòu)建了采用相關(guān)數(shù)據(jù)和數(shù)理模型解決了物流節(jié)點(diǎn)選擇、地下通道網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)及物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的問題，以期能對地下通道網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用有所助益。

[關(guān)鍵詞]地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)；南京市仙林地區(qū)；螞蟻算法

1引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市人口的劇增和城市商業(yè)發(fā)展的需求帶動了城市車輛數(shù)量的增長，造成世界范圍內(nèi)的大城市交通擁堵的局面，由此引發(fā)噪聲環(huán)境污染、能源浪費(fèi)等問題，嚴(yán)重影響到城市居民的生活品質(zhì)，因此，交通擁堵毫無疑問的成為亟待解決的世界性難題。盡管不斷改建、擴(kuò)建道路來增加道路的交通容量，但也無法滿足未來交通快速增長的需求，難以打破“交通擁堵—改建/擴(kuò)建新路—再次擁堵”的惡性循環(huán)。傳統(tǒng)的方法并不能有效緩解交通擁堵，學(xué)者們開始意識到需要尋找一種新方法，從而“地下物流系統(tǒng)（ULS）”應(yīng)運(yùn)而生。所謂的“地下物流系統(tǒng)”是指運(yùn)用自動導(dǎo)向車（AGV）和兩用卡車（DMT）等承載工具，通過地下管道或隧道等運(yùn)輸通路，對固體貨物實(shí)行輸送的一種具有革新意義的運(yùn)輸和供應(yīng)系統(tǒng)。

目前對“地下物流系統(tǒng)”的研究取得些許成果，也有一些實(shí)踐實(shí)例，例如德國的地下管道運(yùn)輸系統(tǒng)（Cargo Cap）、日本的兩用卡車地下物流系統(tǒng)（DMT）和氣力囊體管道運(yùn)輸系統(tǒng)（PCP）、荷蘭的自動導(dǎo)向車地下物流運(yùn)輸系統(tǒng)（AGV）技術(shù)等。而相比與其他物流方式，“地下物流系統(tǒng)”更為復(fù)雜、造價更高、風(fēng)險更大，全球尚無一個城市規(guī)模的“地下物流系統(tǒng)”成功案例。同時，結(jié)合我國實(shí)際情況而言，我國人口基數(shù)大、交通狀況不佳，構(gòu)建“地下物流系統(tǒng)”網(wǎng)絡(luò)逐漸成為社會各界關(guān)注的焦點(diǎn)，得到我國政府部門的高度重視。

綜合以上背景可知，本文對設(shè)計(jì)符合我國城市實(shí)況的“地下物流系統(tǒng)”方案具有重要的研究價值，對積極解決城市交通問題，對改善城市居民生活品質(zhì)、提高居民生活環(huán)境安全具有重要的意義。

2關(guān)于地下通道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型

地下通道網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的主要任務(wù)是確定貨物從物流園區(qū)到客戶區(qū)的整個流通渠道的結(jié)構(gòu)。其中包括：（1）確定物流節(jié)點(diǎn)的類型；（2）確定物流節(jié)點(diǎn)的數(shù)量；（3）確定物流節(jié)點(diǎn)的位置；（4）分派各物流節(jié)點(diǎn)服務(wù)的客戶群體；（5）確定各物流節(jié)點(diǎn)間的運(yùn)輸方式等。由于物流園區(qū)和客戶區(qū)的數(shù)量較大、物流節(jié)點(diǎn)可選 地址太多、運(yùn)輸方式選擇因素復(fù)雜，設(shè)計(jì)最優(yōu)的物流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)相當(dāng)艱巨的任務(wù)。

在篩選出來的節(jié)點(diǎn)群基礎(chǔ)上，考慮在轉(zhuǎn)運(yùn)率無明顯變化的情況下，設(shè)計(jì)出地下物流網(wǎng)絡(luò)，使得該網(wǎng)絡(luò)的總成本最小。其中，每個節(jié)點(diǎn)和通道的貨物每天都要清倉；每天的總成本為貨物運(yùn)輸成本與地下隧道與節(jié)點(diǎn)的折舊之和；另外不考慮物流園區(qū)的建設(shè)和園區(qū)內(nèi)地下節(jié)點(diǎn)的建設(shè)。經(jīng)過查閱資料分析，本文通過構(gòu)建相應(yīng)的規(guī)劃目標(biāo)和約束條件，采用蟻群算法生成最優(yōu)的貨物流通路線，從而構(gòu)建出符合題意的地下物流網(wǎng)絡(luò)。[4]

2.1模型的基本假設(shè)與數(shù)據(jù)來源

南京市作為江蘇省會城市，交通擁堵問題亦十分嚴(yán)重，本文以南京市仙林地區(qū)的交通貨運(yùn)區(qū)域劃分圖、相關(guān)的OD流量矩陣、各區(qū)域中心點(diǎn)及區(qū)域面積、各區(qū)域交通擁堵指數(shù)等數(shù)據(jù)作為分析對象，以保證該地區(qū)交通基本暢通、降低物流成本為目標(biāo)，通過構(gòu)建南京市地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

對于本題所研究問題的參數(shù)和范圍，本文做如下幾點(diǎn)假設(shè)和限定：

（1）不考慮除貨運(yùn)量之外的因素對道路交通暢通的影響。

（2）所選節(jié)點(diǎn)覆蓋某區(qū)域的中心點(diǎn)即可視為全覆蓋該區(qū)域。

（3）貨物運(yùn)送至地面上后采用人力或小型車輛在節(jié)點(diǎn)服務(wù)區(qū)內(nèi)運(yùn)輸不影響交通狀況。

（4）總成本僅考慮貨物的運(yùn)輸成本與節(jié)點(diǎn)和隧道的折舊，其余費(fèi)用不計(jì)。

本文的數(shù)據(jù)由南京市仙林區(qū)域交通管理相關(guān)單位提供，原始數(shù)據(jù)主要包括以下3個方面：

（1）南京市仙林區(qū)域的交通貨運(yùn)區(qū)域劃分圖和相應(yīng)的貨運(yùn)OD流量矩陣（單位：噸，表中數(shù)據(jù)表示橫軸對縱軸的發(fā)貨量）；

（2）各區(qū)域面積及中心點(diǎn)坐標(biāo)（單位：米）；

（3）各區(qū)域交通擁堵系數(shù)。

2.2基于蟻群算法構(gòu)建地下通道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的數(shù)理模型

2.2.1目標(biāo)函數(shù)的確立

本模型不考慮物流園區(qū)內(nèi)的建設(shè)和園區(qū)地下物流節(jié)點(diǎn)的建設(shè)，且每天的總成本為貨物的運(yùn)輸成本和隧道與節(jié)點(diǎn)的折舊之和[5]。為了表述方便，先將下文用到的參數(shù)和決策變量定義如下：

2.2.2地下通道最優(yōu)路徑圖

在蟻群算法100運(yùn)行過程中，全部都找到了物流配送的最優(yōu)路徑，同時花費(fèi)了較少的時間，即較少的代數(shù)。用MATLAB軟件計(jì)算出南京市仙林地區(qū)交通貨運(yùn)區(qū)域的最優(yōu)路徑，并結(jié)果考慮便利、貨運(yùn)量等因素，最終得出的地下通道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)圖如下圖1所示：

各級節(jié)點(diǎn)的實(shí)際貨運(yùn)量如下表1所示：

同時，根據(jù)實(shí)際貨運(yùn)量、通道位置，設(shè)計(jì)通道種類，得到最終地下通道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)如圖2：

在充分考慮到南京市仙林地區(qū)要連通多個節(jié)點(diǎn)，且物流節(jié)點(diǎn)的分布很廣也沒有規(guī)律，單一布局結(jié)構(gòu)無法滿足現(xiàn)實(shí)要求，同時從長遠(yuǎn)規(guī)劃角度，本文最終構(gòu)建了混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，擁有更高的連通度和運(yùn)輸容量，最大限度地節(jié)約了成本，為優(yōu)化地下網(wǎng)絡(luò)通道提供實(shí)際參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1]徐國峰. 城市地下物流系統(tǒng)構(gòu)架研究[D].武漢：華中科技大學(xué)， 2012.

[2]TANIGUCHI E， NORITAKE M，YAMADA T， et al. Optimal size and location planning of public logistics terminals[J]. Transportation Research Part E： Logistics and Transportation Review， 1999， 35（3）： 207-222.

[3]閆文濤， 覃燕紅. 地下物流節(jié)點(diǎn)選址的雙層規(guī)劃模型及算法研究[J]. 地下空間與工程學(xué)報， 2016， 12（4）： 870-874.

[4]范碧霞. 集合覆蓋模型在物流中心選址中的應(yīng)用——以湖北省物流中心選址分析為例[J]. 決策與信息： 財經(jīng)觀察， 2008 （9）： 49-50.

[5]陳建軍. 蟻群算法在物流配送路徑優(yōu)化中的研究[J]. 計(jì)算機(jī)仿真， 2011， 28（2）： 268-271.

[6]黃睿， 梁青槐. 基于節(jié)點(diǎn)重要度理論的軌道交通線路建設(shè)時序[J]. 都市快軌交通， 2012， 25（3）： 21-24.

[作者介紹]封莎（1993—），女，壯族，廣西崇左人，重慶師范大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，研究方向：區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)。