港城聯(lián)動模式下的內(nèi)陸港選址

吳小鳳 楊璐 趙旭

【摘 要】 為有效解決港城矛盾，協(xié)調(diào)港口與城市發(fā)展，以深圳港為例，在模型構(gòu)建中加入成本折扣系數(shù)，并同時考慮內(nèi)陸港容量限制，以系統(tǒng)總成本最小為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建內(nèi)陸港選址模型，并設(shè)計改進(jìn)遺傳算法進(jìn)行求解。結(jié)果表明，全面統(tǒng)籌港口與城市發(fā)展，從系統(tǒng)最優(yōu)角度出發(fā)進(jìn)行內(nèi)陸港選址研究，能有效優(yōu)化內(nèi)陸運輸結(jié)構(gòu)，降低運輸成本，緩解港城矛盾，實現(xiàn)港城協(xié)同可持續(xù)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 港城聯(lián)動;內(nèi)陸港;遺傳算法;選址

0 引 言

目前國內(nèi)港口集疏運以公路運輸為主，鐵路運輸占比較低，導(dǎo)致疏港交通與城市交通互擾，港城矛盾日益凸顯。港口為緩解貨物吞吐壓力、拓展腹地，爭先進(jìn)行內(nèi)陸港建設(shè);城市為擴大對外開放，亟需低成本、高效率的通關(guān)港口，為此也積極投入到內(nèi)陸港建設(shè)中。港口與城市基于各自發(fā)展需求進(jìn)行內(nèi)陸港建設(shè)，導(dǎo)致內(nèi)陸港布局缺乏系統(tǒng)性和合理性，存在業(yè)務(wù)輻射范圍重疊、效率低下等問題，進(jìn)一步加劇港城矛盾。內(nèi)陸港作為連接港口與腹地的重要紐帶，其建設(shè)發(fā)展能否有效完善內(nèi)陸運輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)公路運輸方式向鐵路運輸?shù)霓D(zhuǎn)移，是能否有效解決港城矛盾的重要途徑。因此，全面統(tǒng)籌港口與腹地城市協(xié)同發(fā)展，從系統(tǒng)角度進(jìn)行內(nèi)陸港選址研究具有重要意義。

本文從港城協(xié)同發(fā)展的角度，考慮內(nèi)陸港形成的規(guī)模經(jīng)濟及內(nèi)陸港容量限制，以系統(tǒng)總成本，包括建設(shè)成本、運營成本、運輸成本最小為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行內(nèi)陸港選址及貨主路徑分配研究。

1 問題描述與建模

1.1 問題描述

本文所研究的內(nèi)陸運輸網(wǎng)絡(luò)由沿海港口、內(nèi)陸港、貨主點構(gòu)成，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D1。內(nèi)陸港運營期間，各貨主點進(jìn)行運輸模式選擇，選擇中轉(zhuǎn)模式即貨物經(jīng)過內(nèi)陸港轉(zhuǎn)運至港口，選擇直達(dá)模式即通過公路直達(dá)運輸至沿海港口。本文基于系統(tǒng)總成本最小化的原則，對備選內(nèi)陸港的建設(shè)及貨主點的路徑分配進(jìn)行研究。

1.2 模型假設(shè)和參數(shù)說明

1.2.1 模型假設(shè)

（1）每個貨主點選擇通過一個內(nèi)陸港轉(zhuǎn)運至沿海港口或者直達(dá)沿海港口。

（2）貨主點至內(nèi)陸港采用公路運輸，內(nèi)陸港至沿海港口采用鐵路運輸，貨主點直達(dá)沿海港口采用公路運輸。

（3）需求點和備選城市已知。

（4）不考慮運輸通道能力限制。

（5）運輸?shù)募b箱均為20英尺（約6 m）重箱，每箱裝載貨物30 t。

（6）內(nèi)陸港所在城市的運輸需求只通過當(dāng)?shù)貎?nèi)陸港轉(zhuǎn)運。

1.2.2 參數(shù)說明

H1為備選內(nèi)陸港集合，H2為現(xiàn)有內(nèi)陸港集合;I為需求節(jié)點集合， i為需求節(jié)點編號，i∈I; O為沿海港口; d1為貨主點與內(nèi)陸港之間的距離; d2為內(nèi)陸港與沿海港口之間的距離;d0為貨主點與沿海港口之間的距離;C1為貨物的公路單位運輸成本，C2為貨物的鐵路單位運輸成本; a為貨物從內(nèi)陸港運輸?shù)礁劭诘恼劭巯禂?shù)，0

1.2.3 建立模型

以包括運輸成本、中轉(zhuǎn)成本、內(nèi)陸港的運營成本、新建成本在內(nèi)的總成本為目標(biāo)，決策備選新建內(nèi)陸港和貨主點的路徑分配。

min f= CT + CB + CO（1）

CT= （wi C1 d1 + wi C3 + a wi C2 d2） z1 z3 +

wi C1 z2? （2）

CB=Ch1 z3（3）

CO=Ch2 z3（4）

z1≤z3，? HOi∈I，? HOh∈H1∪H2（5）

z1+ z2=1， HOi∈I（6）

wi z3 z1≤Qh，? HOh∈H1∪H2（7）

z3={0，1}， h∈H1∪H2（8）

z1={0，1}，? HOi∈I，? h∈H1∪H2 （9）

z2={0，1}，? HOi∈I（10）

模型中：式（1）為目標(biāo)函數(shù)，表示系統(tǒng)總成本最小;式（2）為運輸成本;式（3）為內(nèi)陸港建設(shè)成本;式（4）為內(nèi)陸港運營成本;式（5）為貨主點只能在內(nèi)陸港開放運營時才能選擇經(jīng)過此內(nèi)陸港進(jìn)行貨物運輸;式（6）為每個貨主點只能選擇一條運輸路線;式（7）為內(nèi)陸港的最大容量限制;式（8）、式（9）、式（10）為0或1變量約束。

1.3 求解算法

本文建立的內(nèi)陸港選址模型是一個非確定性多項式難題（NP問題），求解NP問題的思路是縮小解的搜索范圍，并求得較好的近似最優(yōu)解。本文將采用適于解決全局最優(yōu)化問題的遺傳算法進(jìn)行求解，并設(shè)計接受劣解機制以避免遺傳算法陷入局部最優(yōu)。

2 實例分析

本文以深圳港經(jīng)濟腹地范圍內(nèi)廣東省、廣西省、湖南省中選取29個城市作為主要貨源城市或潛在貨源城市，其中韶關(guān)、株洲、長沙為現(xiàn)有內(nèi)陸港，以惠州、東莞、中山、佛山、肇慶、江門、汕頭、揭陽、河源、清遠(yuǎn)、云浮、南寧共計12個城市作為內(nèi)陸港備選點為研究對象，進(jìn)行內(nèi)陸港選址問題研究。

2.1 數(shù)據(jù)收集

利用出口額推算得出城市運輸需求量

Q=n V k1 k2（11）

式中： Q是運輸需求量，TEU; V 為出口額，萬美元;k1為出口適箱貨金額比重，%; k2為出口適箱貨生成系數(shù); n為不平衡系數(shù)，用于描述運輸需求在未來一段時間內(nèi)的增長趨勢。

結(jié)合備選城市的區(qū)位和輻射能力，設(shè)置內(nèi)陸港最大處理能力，見表1。

a取值1.2，k1取0.8，k2取0.35，n 取值0.8。根據(jù)鐵路運價的規(guī)定及《國際集裝箱汽車運輸費收規(guī)則》，鐵路運價和公路運價分別為1.5元/（TEU穔m）和6元/（TEU穔m）。遺傳算法種群規(guī)模為100，迭代次數(shù)為300，交叉概率為0.6，變異概率為0.1，接受劣解概率為0.5。

2.2 模型求解及分析

根據(jù)搜集到的數(shù)據(jù)，利用Matlab軟件進(jìn)行求解，得到內(nèi)陸港選址及貨主點運輸路徑分配結(jié)果（見表2）。結(jié)果顯示，在惠州市、東莞市、佛山市、揭陽市、南寧市建設(shè)內(nèi)陸港使系統(tǒng)總成本最低，為71.8億元。

由表2可以看出，有222.91萬TEU的出口貨物采用公路運輸從貨源地直接運送至港口，約占貨物運輸總需求的22%，全部來源于距離港口200 km以內(nèi)的地區(qū)，表明距離港口較近的貨主點通過直達(dá)運輸模式更具經(jīng)濟性。東莞、佛山可作為深圳港的近距離內(nèi)陸港選址，韶關(guān)、揭陽可作為中距離內(nèi)陸港選址，長沙、株洲、南寧可作為遠(yuǎn)距離內(nèi)陸港選址。統(tǒng)籌港口與城市發(fā)展，從系統(tǒng)角度進(jìn)行內(nèi)陸港建設(shè)，能有效實現(xiàn)公路運輸方式向鐵路運輸方式的轉(zhuǎn)移，提高鐵路運輸占比，緩解港城矛盾。

3 結(jié) 語

本文統(tǒng)籌港口與城市協(xié)同發(fā)展，從系統(tǒng)角度進(jìn)行內(nèi)陸港選址研究，考慮內(nèi)陸港產(chǎn)生的規(guī)模經(jīng)濟及內(nèi)陸港容量限制，以系統(tǒng)總成本最小為目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建內(nèi)陸港選址模型，并設(shè)計改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行求解。求解得到，在東莞、佛山、揭陽、南寧等城市新建內(nèi)陸港能實現(xiàn)系統(tǒng)總成本最低，近距離貨主點選擇直達(dá)運輸模式更具經(jīng)濟性。港城聯(lián)動在有利于實現(xiàn)內(nèi)陸港合理布局、改善內(nèi)陸運輸結(jié)構(gòu)、有效緩解港城矛盾的同時，實現(xiàn)港口與城市穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。