基于多式聯(lián)運(yùn)的應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法

王哲

（交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029）

多式聯(lián)運(yùn)是指由兩種或兩種以上交通工具相互轉(zhuǎn)運(yùn)、銜接、配合而成的復(fù)合型運(yùn)輸方式，大多數(shù)多式聯(lián)運(yùn)的運(yùn)輸貨物均為集裝箱型貨物，具有明顯的集裝箱運(yùn)輸特點(diǎn)。就組織方式而言，多式聯(lián)運(yùn)包括協(xié)作式與銜接式兩種類型，前者可按照企業(yè)之間的商定協(xié)議，將所接管貨物由起始位置運(yùn)輸至指定交付位置；后者則需要在企業(yè)經(jīng)營人的帶領(lǐng)下，實(shí)現(xiàn)對集裝箱貨物的有效運(yùn)輸[1-2]。一般情況下，在實(shí)際應(yīng)用過程中，大多數(shù)企業(yè)通常遵循兩種方式混合使用的貨物運(yùn)輸策略。

隨著應(yīng)急物流車輛運(yùn)輸環(huán)境的日益復(fù)雜，如何對行進(jìn)策略進(jìn)行及時調(diào)度已經(jīng)成為一項(xiàng)亟待解決的問題。傳統(tǒng)多智能型調(diào)度決策方法從全局化角度出發(fā)，通過構(gòu)建動態(tài)供應(yīng)鏈的方式，確定運(yùn)輸過程中的一切不確定因素，再聯(lián)合物流終端，實(shí)現(xiàn)對車輛運(yùn)輸路徑的準(zhǔn)確調(diào)度。然而，該方法的及時性較差，不能完全適應(yīng)多擾動物流運(yùn)輸環(huán)境。為解決此問題，引入多式聯(lián)運(yùn)理念，提出一種新型的應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法，該方法在已知聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)空間兼容量的基礎(chǔ)上，確定應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛的起始位置與終止位置，并以此為依據(jù)，計(jì)算行進(jìn)優(yōu)化參量的具體數(shù)值結(jié)果。

1 基于多式聯(lián)運(yùn)的車輛路徑?jīng)Q策

基于多式聯(lián)運(yùn)的車輛路徑?jīng)Q策作為調(diào)度優(yōu)化方法的應(yīng)用前提，由多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)搭建、空間兼容量計(jì)算、解的可行性判定三個流程組成，具體操作方法如下。

1.1 多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)搭建

多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)以物流運(yùn)輸起始位置作為開端、以物流運(yùn)輸終止位置作為結(jié)束，可在聯(lián)運(yùn)主機(jī)、Main主機(jī)、Spare 備份設(shè)備的作用下，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛的調(diào)度與調(diào)節(jié)，從而使得集裝箱型貨物能夠在最短時間內(nèi)送達(dá)其運(yùn)輸目的地[3-4]。Main 主機(jī)分別與起始位置、終止位置處的核心調(diào)度主機(jī)相連，可在準(zhǔn)確記錄傳輸?shù)刂沸畔⒌耐瑫r，對車輛行進(jìn)時間進(jìn)行有效控制。Spare 備份設(shè)備則可根據(jù)已有記錄信息，對物流車輛的行進(jìn)速度、行進(jìn)路線等指標(biāo)條件進(jìn)行協(xié)調(diào)。聯(lián)運(yùn)主機(jī)具備較強(qiáng)的調(diào)節(jié)適應(yīng)性，能夠同時聯(lián)合Main 主機(jī)與Spare 備份設(shè)備，制定更加完善的物流車輛運(yùn)輸與協(xié)調(diào)任務(wù)[5-6]。多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.2 空間兼容量計(jì)算

空間兼容量是指應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛在多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中，所能承載的最大調(diào)度運(yùn)輸任務(wù)量，一般情況下，空間兼容量數(shù)值越大，物流車輛所具備的貨物運(yùn)輸能力也就越強(qiáng)，反之則越弱[7-8]。假設(shè)i代表一個固定的應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛調(diào)度編碼條件，在多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中，物理系數(shù)項(xiàng)始終屬于非負(fù)整數(shù)集合N。設(shè)τi代表編碼系數(shù)為i時的應(yīng)急物流車輛所具備的綜合調(diào)度能力，yi代表編碼系數(shù)為i時的應(yīng)急物流車輛所具備的貨物運(yùn)輸能力，在其他干擾條件不發(fā)生改變的情況下，上述綜合調(diào)度能力和貨物運(yùn)輸能力越高，應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛所承載的空間兼容量數(shù)值也就越大。聯(lián)立上述物理量，可將空間兼容量計(jì)算結(jié)果表示為：

其中，β表示多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中的貨物運(yùn)輸系數(shù)，表示物流車輛的核心調(diào)度特征值，γ表示多式聯(lián)運(yùn)指標(biāo)，表示單位時間內(nèi)的物流貨物運(yùn)輸均值量。

1.3 解的可行性判定

解的可行性判定能夠提供多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸能力衡量所需的數(shù)值條件，在滿足應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛調(diào)度需求的前提下，多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)值解的可行性越強(qiáng)，最終優(yōu)化算法的實(shí)際應(yīng)用能力也就越強(qiáng)，反之則越弱。在不考慮其他干擾條件的情況下，解的可行性判定結(jié)果只受到物流貨物運(yùn)輸量、車輛行進(jìn)速率兩項(xiàng)物理指標(biāo)的直接影響[9-10]。設(shè)定物流貨物運(yùn)輸量可表示為，受到多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式的影響，物流貨物運(yùn)輸量越大，與應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛調(diào)度相關(guān)的數(shù)值解的可行性就越小。由于空間兼容量條件的存在，車輛行進(jìn)速率則基本不會出現(xiàn)持續(xù)增大的數(shù)值變化趨勢。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸能力的可行性判定結(jié)果表示為：

式中，|T|min表示單位運(yùn)輸時長的最小物理數(shù)值量，Δφ表示單位時間內(nèi)的物流貨物調(diào)度量，v表示車輛行進(jìn)速率。

2 應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法

在多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的支持下，按照起始調(diào)度位置定義、終止調(diào)度位置定義、行進(jìn)優(yōu)化系數(shù)計(jì)算的處理流程，完成新型應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法的搭建。

2.1 起始調(diào)度位置定義

起始調(diào)度位置是指物流運(yùn)輸貨物的起點(diǎn)，可隨多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式的改變而出現(xiàn)不斷變化的趨勢，一般情況下，受到多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)覆蓋強(qiáng)度、車輛運(yùn)輸調(diào)度頻率兩項(xiàng)物理系數(shù)的直接影響[11-12]。聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)覆蓋強(qiáng)度可表示為s，在一個完整的應(yīng)急物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中，該項(xiàng)物理量由上限數(shù)值sn、下限數(shù)值s0兩部分組成，其中，n代表單位時間內(nèi)的運(yùn)輸車輛調(diào)度系數(shù)值。由于應(yīng)急物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的多變性，該項(xiàng)物理量的實(shí)際取值結(jié)果并不完全固定。聯(lián)立式（2），可將應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛的起始調(diào)度位置定義為：

式中，p1、p2分別代表兩個不同的車輛運(yùn)輸調(diào)度頻率取值結(jié)果，Dmax代表單位時間內(nèi)最大的物流車輛調(diào)度權(quán)限值。

2.2 終止調(diào)度位置定義

終止調(diào)度位置是指物流運(yùn)輸貨物的終點(diǎn)，也可隨多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式的改變而出現(xiàn)不斷變化的趨勢，通常受到車輛行進(jìn)距離、應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)調(diào)度周期兩項(xiàng)物理量的直接影響。設(shè)定車輛行進(jìn)距離為d，由于起始調(diào)度位置的存在，該項(xiàng)物理系數(shù)始終屬于一項(xiàng)從屬變化量，其數(shù)值水平的大小并不能直接受到應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛主觀調(diào)度因素的影響[13-14]。應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)調(diào)度周期可表示為t～，通常情況下，該項(xiàng)物理指標(biāo)的取值結(jié)果越大，物流車輛所能達(dá)到的運(yùn)輸距離也就越遠(yuǎn)。聯(lián)合式（3），可將應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛的終止調(diào)度位置定義為：

其中，k0代表與起始調(diào)度位置相關(guān)的物流運(yùn)輸優(yōu)化參量，kn代表與終止調(diào)度位置相關(guān)的物流運(yùn)輸優(yōu)化參量，β代表與運(yùn)輸車輛匹配的物流調(diào)度權(quán)限值。

2.3 行進(jìn)優(yōu)化系數(shù)計(jì)算

行進(jìn)優(yōu)化系數(shù)決定了應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛所具備的實(shí)際調(diào)度能力，在多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中，該項(xiàng)物理量的數(shù)值水平越高，與應(yīng)急物流車輛匹配的運(yùn)輸壓力也就越大，反之則越小。受到應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛起始調(diào)度位置與終止調(diào)度位置的影響，行進(jìn)優(yōu)化系數(shù)可被看作是具有方向和指代能力的標(biāo)量系數(shù)，其中方向是指行進(jìn)優(yōu)化系數(shù)對于應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛調(diào)度方法的正向與反向促進(jìn)能力，而指代能力則是指行進(jìn)優(yōu)化系數(shù)能夠直接限定多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)所具備的調(diào)度與應(yīng)用能力[15-16]。設(shè)g0代表起始條件下的物流運(yùn)輸系數(shù)，g代表物流運(yùn)輸系數(shù)的實(shí)際物理量，聯(lián)立式（4），可將行進(jìn)優(yōu)化系數(shù)計(jì)算結(jié)果表示為：

式中，λ代表多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中物流運(yùn)輸車輛的調(diào)度權(quán)限指征值，f代表應(yīng)急物流車輛的運(yùn)輸與協(xié)調(diào)性調(diào)度指標(biāo)。至此，完成各項(xiàng)物理系數(shù)指標(biāo)的計(jì)算與處理，在多式聯(lián)運(yùn)理論的支持下，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法的順利應(yīng)用。

3 仿真實(shí)驗(yàn)分析

以圖2 所示多式聯(lián)運(yùn)物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)作為實(shí)驗(yàn)對象，分別將實(shí)驗(yàn)組調(diào)度方法、對照組調(diào)度方法作為應(yīng)用干擾機(jī)制，對應(yīng)急物流車輛的運(yùn)輸能力進(jìn)行研究，其中實(shí)驗(yàn)組采用基于多式聯(lián)運(yùn)的應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法，對照組采用多智能型調(diào)度決策方法，在貨運(yùn)量保持不變的情況下，確定相關(guān)調(diào)度指標(biāo)的具體變化情況。

圖2 多式聯(lián)運(yùn)物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)

QPI 指標(biāo)反映了應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛對于多擾動運(yùn)輸環(huán)境的適應(yīng)能力，一般情況下，QPI 指標(biāo)數(shù)值越大，物流運(yùn)輸車輛對于多擾動運(yùn)輸環(huán)境的適應(yīng)能力也就越強(qiáng)，反之則越弱。詳細(xì)指標(biāo)數(shù)值變化情況如表1 所示。

分析表1 可知，隨著貨物運(yùn)輸量的增大，實(shí)驗(yàn)組QPI 指標(biāo)可在一段時間的穩(wěn)定性波動狀態(tài)后，開始呈現(xiàn)逐漸下降的變化趨勢。對照組QPI 指標(biāo)則在上述趨勢變化后，開始逐漸趨于數(shù)值穩(wěn)定狀態(tài)。整個實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)組最大值80.4%與對照組最大值72.0%相比，上升了8.4%。綜上可知，應(yīng)用基于多式聯(lián)運(yùn)的應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法后，QPI 指標(biāo)出現(xiàn)了明顯上升的數(shù)值變化趨勢，應(yīng)急物流車輛所面臨的貨物運(yùn)輸壓力得到有效緩解，可有效增強(qiáng)車輛對于多擾動運(yùn)輸環(huán)境的適應(yīng)性能力。

表1 QPI指標(biāo)對比

WAS 指標(biāo)描述了應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛在多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中所具有的貨物調(diào)度能力，一般情況下，WAS指標(biāo)數(shù)值越大，物流運(yùn)輸車輛在多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中的貨物調(diào)度能力也就越強(qiáng)，反之則越弱。表2 記錄了實(shí)驗(yàn)組、對照組WAS 指標(biāo)數(shù)值的具體變化情況。

分析表2 可知，隨著貨物運(yùn)輸量的增大，實(shí)驗(yàn)組WAS 指標(biāo)始終保持階梯狀上升的數(shù)值變化趨勢；而對照組WAS 指標(biāo)則在一定時間的數(shù)值穩(wěn)定狀態(tài)后，開始逐漸趨于穩(wěn)定下降的變化趨勢。整個實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)組最大值82.5%與對照組最大值53.8%相比，上升了28.7%。綜上可知，應(yīng)用基于多式聯(lián)運(yùn)的應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法后，WAS 指標(biāo)數(shù)值也得到了明顯促進(jìn)，不僅實(shí)現(xiàn)了對多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的有效調(diào)度，也可較好滿足集裝箱貨物的實(shí)際調(diào)度需求。

表2 WAS指標(biāo)對比

4 結(jié)束語

與多智能型調(diào)度決策方法相比，新型應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛調(diào)度優(yōu)化方法在多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的支持下，通過計(jì)算空間兼容量數(shù)值的方式，對物理數(shù)值解的可行性進(jìn)行了判定，不僅可實(shí)現(xiàn)對車輛起始調(diào)度位置與終止調(diào)度位置的準(zhǔn)確定義，也可得到符合實(shí)際應(yīng)用需求的行進(jìn)優(yōu)化系數(shù)結(jié)果。從實(shí)用性角度來看，QPI 指標(biāo)數(shù)值與WAS 指標(biāo)數(shù)值的增大，能夠較好地提升應(yīng)急物流運(yùn)輸車輛對于多擾動運(yùn)輸環(huán)境的適應(yīng)性能力，可在有效調(diào)度多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的同時，對集裝箱類貨物進(jìn)行及時運(yùn)輸，具備較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價值。