基于無車承運的多式聯(lián)運流線網(wǎng)絡(luò)匹配研究

賀政綱，楊曉蕾，賈艷麗

(西南交通大學交通運輸與物流學院，成都611756)

0 引 言

當前我國貨運市場存在物流成本高、物流資源整合效率低、車貨信息匹配率低等問題.為了進一步解決我國貨運市場存在的問題，2017年3月發(fā)布了《交通運輸部辦公廳關(guān)于做好無車承運試點運行監(jiān)測工作的通知》，無車承運人的發(fā)展迎來了新機遇.無車承運人是指不擁有車輛而從事貨物運輸?shù)膫€人或單位[1].其基本模式包括平臺類、專業(yè)運輸、綜合服務(wù)型無車承運人.企業(yè)逐漸探索無車承運新模式，例如“無車承運+甩掛運輸”“無車承運+多式聯(lián)運”“無車承運+共同配送”等模式，本文重點對“無車承運+多式聯(lián)運”模式進行分析.

目前在無車承運人相關(guān)研究方面，在模式探索上，王勉等[1]分析了我國無車承運人的模式及運營創(chuàng)新，對未來的發(fā)展進行了展望.承運平臺的車貨匹配研究方面，李慧[2]通過研究物流信息服務(wù)平臺中的車貨供需業(yè)務(wù)流程板塊，應(yīng)用多目標排序算法分別建立了以車源方為主和貨源方為主的兩方匹配模型.姚國龍[3]從經(jīng)濟、時間和服務(wù)質(zhì)量等方面考慮了車貨匹配因素并進行了分析，主要采取的方法包括專家法與多層次模糊綜合評價法.吳廣盛[4]首先通過應(yīng)用模糊綜合評價法和多屬性決策理論建立了車貨雙方的供需排序模型，緊接著介紹了雙邊匹配理論，并建立了車貨雙方的供需匹配模型.多式聯(lián)運的研究方面，謝泗薪等[5]提出在“一帶一路”戰(zhàn)略下，我國多式聯(lián)運的快速發(fā)展及其發(fā)展新模式.孫巖[6]分析了當前多式聯(lián)運的特征及其發(fā)展存在的一些問題，對多式聯(lián)運路徑規(guī)劃進行分類并建立了路徑規(guī)劃模型.

綜上，大部分學者對無車承運人的模式、多式聯(lián)運、車貨匹配方面的研究較多，但是對于如何實現(xiàn)“無車承運+多式聯(lián)運”整個過程最大匹配度的研究相對較少.本文基于流線網(wǎng)絡(luò)匹配度、考慮交易方偏好的雙邊匹配理論建立以“貨+車+階段聯(lián)運”三級的流線網(wǎng)絡(luò)最大匹配度為目標函數(shù)的雙層規(guī)劃模型，提高整個過程的匹配度，從而達到有效利用物流運力資源的目的.

1 “無車承運+多式聯(lián)運”模式分析

簡而言之，“無車承運+多式聯(lián)運”是無車承運平臺對貨源組織運輸過程中，不再單一的委托貨車車主完成全部運輸，而是在運輸過程中，采取分別委托階段承運人聯(lián)運的方式完成整個承運過程，整個過程包括了業(yè)務(wù)流程與貨物運輸流程.

1.1 業(yè)務(wù)流程分析

客戶在無車承運平臺發(fā)布貨源信息，無車承運平臺根據(jù)客戶要求為其提供運輸方案，選取公路承運人及聯(lián)運方式，然后客戶選擇確認方案并與無車承運平臺簽訂合同.平臺根據(jù)客戶選擇方案組織運輸.由于涉及聯(lián)運，選擇較為專業(yè)，平臺進行多式聯(lián)運業(yè)務(wù)時，在車貨匹配階段，采取派單模式，由平臺發(fā)布貨源并通過派單模式來選取公路實際承運人，給出匹配方案.完成公路運輸后，與鐵路、航空、水運階段承運方進行訂單的交接，由分段承運方完成后續(xù)運輸.

1.2 貨物運輸流程分析

當客戶與無車承運平臺創(chuàng)建合作關(guān)系簽訂合約，平臺將貨物與實際承運人匹配成功后，由實際承運人運輸貨物，當完成公路運輸后，若是整車，則直接驗貨裝箱運輸；若是零擔，需驗貨并等待拼單運輸至目的地.圖1為“無車承運+多式聯(lián)運”流程分析圖.

圖1 “無車承運+多式聯(lián)運”流程分析圖Fig.1 "Carrier broker+multimodal transport"process analysis diagram

2 流線網(wǎng)絡(luò)分析

物流供需網(wǎng)絡(luò)可抽象為由若干特定的點、線和權(quán)構(gòu)成的流線網(wǎng)絡(luò)[8]，反映了各種物流活動之間的一種供需關(guān)系.本文在多式聯(lián)運階段構(gòu)建流線網(wǎng)絡(luò)匹配模型.流線網(wǎng)絡(luò)如圖2所示，vij為第i級第j層頂點.匹配度是指在流線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的任意兩相鄰節(jié)點之間，物流組織方案與客戶在物品數(shù)量、服務(wù)時間和費用之間的貼近程度.

3 多對多雙邊匹配分析

多對多雙邊匹配理論是在“無車承運人+多式聯(lián)運”模式下實現(xiàn)車貨最大匹配度的重要理論.本文主要是考慮交易方偏好建立多車源對多貨源車貨匹配模型，即交易雙方考慮自己偏好制定評價標準，利用平臺進行雙方匹配的模型.結(jié)合前人研究，對車貨匹配系統(tǒng)中的貨主選取重量、體積、長度等7個指標來對車輛進行評價；車主選取重量、體積、長度等8個指標對貨源進行評價，具體車貨匹配評價體系如圖3所示.聯(lián)運匹配系統(tǒng)的構(gòu)建中，參考文獻[9]，貨物承運車輛對聯(lián)運方式選擇指標為成本、時間等7項指標，聯(lián)運方對承運貨物車輛評價指標為時間、數(shù)量、成本等4個指標，具體如圖4所示.

圖2 “貨+車+階段承運人”三級流線網(wǎng)絡(luò)圖Fig.2 Three-level flow network diagram of“cargo+car+stage carrier”

圖3 考慮交易方偏好的多對多車貨雙邊匹配示意圖Fig.3 Schematic diagram of bilateral matching of many-to-many vehicles considering the preferences of the trader

圖4 考慮交易方偏好的多對多承運貨物與聯(lián)運方式雙邊匹配示意圖Fig.4 Schematic diagram of bilateral matching of many-to-many cargo and intermodal modes considering the preferences of the counterparties

4 “無車承運+多式聯(lián)運”流線網(wǎng)絡(luò)匹配模型構(gòu)建

基于雙層規(guī)劃理論，對“無車承運+多式聯(lián)運”流線網(wǎng)絡(luò)匹配度進行分析.本文構(gòu)建的流線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型即車貨匹配屬于下層匹配優(yōu)化決策，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合后續(xù)聯(lián)運方式，對運輸網(wǎng)絡(luò)全局進行匹配度優(yōu)化屬于上層目標決策.在模型假設(shè)的前提下，模型建立分為3個步驟：

Step 1建立基于用戶偏好的車貨雙邊匹配度函數(shù).

Step 2建立基于用戶偏好的聯(lián)運方式雙邊匹配度函數(shù).

Step 3將聯(lián)運雙邊匹配度與車貨雙邊匹配度結(jié)合，建立“無車承運+多式聯(lián)運”的綜合匹配模型.

4.1 模型假設(shè)

(1)1個貨物只選擇1輛車及1種聯(lián)運方式運輸；

(2)每個貨物都能被車輛運輸且都可在后續(xù)的聯(lián)運方式中被選擇承運，即車輛運力足夠滿足貨物運輸要求，聯(lián)運過程中不同方式的運力水平也足夠滿足貨物運輸要求；

(3)在此不考慮貨物的特殊性.

4.2 基于用戶偏好的多對多車貨雙邊匹配度函數(shù)的構(gòu)建

車貨匹配度目標函數(shù)為

約束為

式中：λ1為貨物對車輛評價下匹配度隸屬度函數(shù)所占權(quán)重；K為承運車輛的集合；為貨物對車輛u指標評價下的匹配度；為u指標的權(quán)重；表示車輛對貨物v指標評價下的匹配度；為v指標的權(quán)重.

式(6)約束了每個貨物都能被1輛車承運；式(7)約束了每輛車至多對1個貨物承運；式(8)規(guī)定了第i個貨物對第k輛車匹配滿意度rik的綜合方式；式(9)規(guī)定了第k輛車對第i個貨物的匹配滿意度sik的綜合方式.

4.3 后續(xù)聯(lián)運流線網(wǎng)絡(luò)匹配度函數(shù)的構(gòu)建

SIM800C模塊串口的電平為2.8 V，而AT89S52單片機的串口電平為5 V，故不能直接相連，需要做電平轉(zhuǎn)換。模塊本身有一個VDD-EXT引腳輸出2.8 V電壓可以使用。SIM800C的TXD與AT89S52的RXD電平轉(zhuǎn)換電路如圖4所示，AT89S52的TXD和SIM800C的RXD電平轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。RTS和CTS流控信號電平轉(zhuǎn)換與此類似。

車貨匹配度目標函數(shù)為

約束為

式中：λ2為貨物對車輛評價下匹配度隸屬度函數(shù)所占權(quán)重；表示車輛承運貨物對承運方式e指標評價下的匹配度；為e指標的權(quán)重；表示車輛對貨物f指標評價下的匹配度；為f指標的權(quán)重.

式(16)約束了每個已被車輛承運的貨物都能被一種聯(lián)運方式承運；式(17)規(guī)定了第k輛承運貨物車輛對第j種聯(lián)運方式匹配的滿意度okj的綜合方式；式(18)規(guī)定了第j種聯(lián)運方式對第k輛承運貨物車輛匹配的滿意度pkj的綜合方式.

因此，無車承運與多式聯(lián)運物流流線網(wǎng)絡(luò)綜合后的匹配目標函數(shù)為

5 案例研究

現(xiàn)有某無車承運人企業(yè)開展了“無車承運+多式聯(lián)運”的業(yè)務(wù)，有6個貨主在平臺提交貨源信息，要求平臺提供長途運輸?shù)姆?wù)，平臺需就貨源信息的限制從初步篩選的8車源，以及空、鐵、水3種聯(lián)運方式中進行匹配，完成整個運輸過程的規(guī)劃.

5.1 模型變換

為了便于求解，模型可轉(zhuǎn)換為離散的雙層規(guī)劃模型.

上層規(guī)劃為

下層規(guī)劃為

5.2 參數(shù)設(shè)置及求解分析

(1)參數(shù)設(shè)置.

貨源對車輛的不同評價指標所占權(quán)重、車輛對貨源的不同評價指標所占權(quán)重，以及聯(lián)運過程中雙邊不同評價指標權(quán)重參考前人研究加以確定，由于不是本文研究重點，在此不加以贅述，且由于數(shù)據(jù)繁雜，在此僅列明綜合評價指標后的雙邊匹配表，分別如表1～表4所示.

表1 貨源對車源滿意度評價表Table 1 Supply source satisfaction evaluation

表2 車源對貨源滿意度評價表Table 2 Satisfaction evaluation of vehicle sources to sources

表3 承運車輛對聯(lián)運方式滿意度評價表Table 3 Satisfaction evaluation of carrier vehicles to intermodal modes

表4 聯(lián)運方式對承運車輛滿意度評價表Table 4 Satisfaction evaluation forms for consigned vehicles by intermodal mode

(2)求解方法.

參考貨運市場現(xiàn)狀，將λ1設(shè)置為0.65，λ2設(shè)置為0.5，對匹配度雙層規(guī)劃模型采用ε-全局優(yōu)化算法進行求解.

Step 1運用lingo求解所建立的模型，若解可行即為模型的最優(yōu)解，停止；否則，設(shè)綜合匹配度的誤差界為ε=0.05，計算匹配度M的上界.

Step 2根據(jù)上層解，改變xik產(chǎn)生上下層新解，新解的上層匹配度為M′.

Step 3如果，則停止；否則，令.

Step 4引進約束M≤γ，構(gòu)造新的線性規(guī)劃問題，求解若獲得新解，則轉(zhuǎn)Step2；否則，令轉(zhuǎn)Step3.

(3)計算結(jié)果及分析.

將數(shù)據(jù)帶入模型求解結(jié)果如表5所示.6個貨源依次被編號B5、B2、B6、B1、B4、B3的車輛承運，在后續(xù)的聯(lián)運中除貨源A3、A5選擇鐵運，貨源A6選擇水運外，其他3個貨物選擇空運方式完成后續(xù)的運輸過程.

車貨匹配過程中，通過基于用戶偏好的雙邊匹配，分別從車和貨的不同角度出發(fā)，選擇匹配，較為全面、有效地給出了相對簡單信息匹配來說更優(yōu)的方案；在聯(lián)運過程中，空運方式在成本方面匹配率低，在其他方面匹配率較高，由于模型中將成本轉(zhuǎn)化在了綜合考慮的匹配率中，指標統(tǒng)一在同一數(shù)量級，降低了成本對其選擇的影響，因此，聯(lián)運方式選擇空運的較多.

表5 求解結(jié)果Table 5 Solution result

6 結(jié) 論

無車承運人模式在現(xiàn)階段的發(fā)展中還處于探索階段，多專注于公路貨運，對于聯(lián)運領(lǐng)域鮮有涉足，“無車承運+多式聯(lián)運”從平臺出發(fā)，考慮了以平臺為主的多式聯(lián)運模式的組建，其在增加業(yè)務(wù)范圍、降低運輸成本、加強客戶的粘著性與保持長期收益等方面有著一定的優(yōu)勢.新模式下，基于車貨雙邊匹配與聯(lián)運雙邊匹配的綜合匹配模型是對其進行組織運輸選擇的良好評判標準，但由于本文所研究的網(wǎng)絡(luò)模型較為單一，還可進一步推廣.