第 1 章 引言 

1.1 研究背景及意義 
去年國務(wù)院常務(wù)會議上，討論通過了《物流業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2014—2020）》，確立了建設(shè)我國現(xiàn)代物流服務(wù)體系的新目標(biāo)，同時要求全面地提升我國物流的社會化水平及專業(yè)化水平。物流業(yè)近年來始終屬于我國經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)之一，而今又被提升至“戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)”的高度。該《規(guī)劃》的相關(guān)內(nèi)容自然而然地可以視為物流行業(yè)在我國國內(nèi)產(chǎn)業(yè)地位進(jìn)一步提升的重要標(biāo)志。 2014 年，全年的社會物流總額超過 210 萬億元，同比增長約 8%；物流業(yè)增加值超過 3.4 萬億元，同比增長約 9%。雖然這兩項指標(biāo)的增速均略小于上一年，但仍然高于同期的 GDP 增速，仍屬于中高速增長。社會物流總費用超過 9.7 萬億元，同比增長約 8%，增速延續(xù)小幅回落態(tài)勢。社會物流總費用與 GDP  的比率約為 16.6%，與上年相比該比率略有下降（見圖 1-1），這也表明物流業(yè)發(fā)展的質(zhì)量和效率有所提升[1]。在我國的物流市場中，隨著各方資本不斷增長的大力介入，快遞快運、冷鏈物流、物流平臺、物流地產(chǎn)等細(xì)分市場成為投資熱點；以企業(yè)為主導(dǎo)的技術(shù)變革加快，物流企業(yè)紛紛推出各類 App 及在線服務(wù)，并借助大數(shù)據(jù)平臺提升服務(wù)質(zhì)量；硬件上，自動化、智能化裝備不斷上線，一些企業(yè)的分揀、處理能力已經(jīng)達(dá)到世界一流水平；物流的組織模式、管理模式和商業(yè)模式不斷創(chuàng)新，貨運平臺、電商物流、物流金融等平臺不斷涌現(xiàn)。同時，各相關(guān)部門陸續(xù)發(fā)布了一系列支持物流業(yè)發(fā)展的政策文件，例如，發(fā)改委明確表態(tài)大力支持冷鏈物流、糧食物流和公共信息平臺建設(shè)；商務(wù)部開展城市共同配送試點，通過加快發(fā)展共同配送，倡導(dǎo)連鎖經(jīng)營等方式，著力解決城市物流“最后一公里”難題；工業(yè)和信息化部印發(fā)推進(jìn)物流信息化工作指導(dǎo)意見，，旨在提高全社會物流信息資源開發(fā)利用水平和物流行業(yè)的信息化水平；為打造內(nèi)外資企業(yè)一視同仁、公平競爭的營商環(huán)境，國內(nèi)包裹快遞市場現(xiàn)已全面開放。  
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1.2 國內(nèi)外研究綜述
本節(jié)將從對于聯(lián)合運輸（包括聯(lián)合運輸中重要的組成部分——集裝箱多式聯(lián)運）的基礎(chǔ)理論研究及數(shù)學(xué)模型及其優(yōu)化研究兩方面進(jìn)行國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)綜述，后一部分又包括具有時間約束的模型研究與具有動態(tài)不確定性的聯(lián)合運輸問題研究。有很多研究者從不同角度對聯(lián)合運輸?shù)膬?yōu)點進(jìn)行了評價，對其組織方式、社會意義和現(xiàn)存問題等方面進(jìn)行了基礎(chǔ)理論的研究。 Rondinelli 和 Berry[3]探討了推動聯(lián)合運輸服務(wù)和聯(lián)合運輸?shù)慕煌ɑA(chǔ)設(shè)施的增長力，研究了運輸業(yè)務(wù)對環(huán)境的主要影響，試圖為防止交通運輸對環(huán)境的危害提供依據(jù)。Panayides[4]詳細(xì)考慮了聯(lián)合運輸組織環(huán)境中發(fā)生的戰(zhàn)略變化，討論了組織聯(lián)合運輸系統(tǒng)時對于有效性評估的經(jīng)濟手段的應(yīng)用。Chen[5]引入模糊記分卡測量網(wǎng)絡(luò)的 KPI，提出了一種評估聯(lián)合運輸供應(yīng)鏈物流網(wǎng)絡(luò)的實時整體性能方法。Hu[6]通過分析供應(yīng)與運輸?shù)年P(guān)系構(gòu)建了集裝箱多式聯(lián)運緊急救援系統(tǒng)模型，討論了在災(zāi)害救援下多式聯(lián)運最優(yōu)路徑的選擇設(shè)計和應(yīng)急物流管理系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運作問題。 很多國內(nèi)的學(xué)者針對我國聯(lián)合運輸?shù)默F(xiàn)有水平和具體情況做出了相關(guān)研究。樊潤潔[7]指出了多式聯(lián)運具有常規(guī)分段獨立運輸方式不可比擬的優(yōu)勢，分析了我國聯(lián)合運輸目前存在的諸多落后問題，并從國外聯(lián)合運輸?shù)某晒?jīng)驗著手，對于現(xiàn)階段我國聯(lián)合運輸?shù)陌l(fā)展提出了若干建議和措施。周勇等[8]分析了聯(lián)合運輸過程的一般作業(yè)流程和信息流程（見圖 1-5），認(rèn)為發(fā)展我國聯(lián)合運輸?shù)闹匾蝿?wù)在于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的一致、運輸信息系統(tǒng)的不斷建設(shè)和相關(guān)設(shè)備工具的專業(yè)化等。傅占勇[9]對我國國際集裝箱多式聯(lián)運發(fā)展滯后的根源進(jìn)行了探究，提出了一定的解決思路，并與湛江港口合作進(jìn)行了多式聯(lián)運經(jīng)營全過程的探索，取得了顯著成效。宋炳良[10]應(yīng)用貨主決策模型和概率型交通量分配模型，估算了經(jīng)上海、青島和連云港轉(zhuǎn)運的全程廣義運輸成本，就我國東部港口之間的競爭力水平進(jìn)行了實證研究。黃章黎[11]使用 SWOT 分析法對我國的聯(lián)合運輸發(fā)展進(jìn)行了多方面的分析與總結(jié)，并提出了統(tǒng)籌管理運輸體系、統(tǒng)籌規(guī)劃基礎(chǔ)建設(shè)、行業(yè)環(huán)境市場化等發(fā)展建議。 
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第 2 章 聯(lián)合運輸組織過程及系統(tǒng)分析 

2.1 主要交通運輸方式的優(yōu)缺點比較 

自從 19 世紀(jì)火車與鐵路在全世界得到大規(guī)模通行以來，迄今為止，鐵路仍是最主要的交通運輸方式之一，并且與公路運輸一起，成為陸地運輸中無法取代的運輸方式。火車在運輸領(lǐng)域中發(fā)揮的作用，使其重要地位在接下來很長的時間內(nèi)都不可撼動。鐵路運輸相較其他運輸方式的優(yōu)點主要有： ①受氣候和自然條件影響較小，且運輸速度較快，可靠性高； ②運輸能力及單車裝載量大大，且高運輸能力極大降低了單位成本； ③通用性高，幾乎可以不受重量和容積的限制，能承運絕大多數(shù)商品。這一點是公路和航空運輸無法比擬的。 ④燃料消耗少，污染較低。 鐵路運輸?shù)闹饕觿轂椋菏褂们八璧耐顿Y大，鐵路的建設(shè)周期長；維修保養(yǎng)費用較高。當(dāng)然這兩點僅針對國家宏觀建設(shè)而言，在具體的物流運輸過程中，并不是承運人需要考慮的缺點。一般貨物的出發(fā)地和鐵路始發(fā)站、貨物目的地和鐵路終點站都是分離的，因此火車運輸?shù)撵`活性不強。

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2.2 聯(lián)合運輸系統(tǒng)概述
聯(lián)合運輸網(wǎng)絡(luò)是一個區(qū)別于其他運輸系統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)，可以單獨作為一個領(lǐng)域加以研究[37]。聯(lián)合運輸?shù)暮诵氖恰耙惑w化運輸”，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)不同的運輸方式并加以組合。聯(lián)合運輸簡化了托運、計費、單證、報關(guān)及保險的流程或手續(xù)。聯(lián)合運輸經(jīng)營人負(fù)責(zé)簽發(fā)全程提單，各運輸區(qū)間的承運人協(xié)同處理整個運輸過程[38]。 聯(lián)合運輸網(wǎng)絡(luò)通常包括不同運輸方式、運輸線路以及中轉(zhuǎn)樞紐這些核心要素。在上一小節(jié)中已經(jīng)分析了不同的運輸方式在速度、運輸能力、運輸成本、服務(wù)靈活性與可靠性等方面的特點和區(qū)別，這些區(qū)別就是選擇運輸方式的重要依據(jù)。例如，企業(yè)除了進(jìn)出口大宗貨物很多時候只能采用水路運輸外，一般在較近距離的情況下通常選擇公路運輸作為首選方式，而對于價值高、體積小、易腐爛、客戶要求迅速交貨的產(chǎn)品則只能通過航空運輸。運輸線路包括公路線、鐵路線、航空線、水運線等各種運輸方式的線路，而出發(fā)地和目的地之間的運輸路徑可以由多條不同的路線組成。運輸樞紐是幾條運輸干線交匯并且可以辦理客貨運輸作業(yè)的地點。一般包括車站、港口、機場、倉庫以及運輸工具的裝卸、中轉(zhuǎn)、維修和物資供應(yīng)的設(shè)施，用來完成貨流的集散和運輸方式的轉(zhuǎn)換等工作。運輸樞紐在交通運輸網(wǎng)中的布局，樞紐內(nèi)部各項設(shè)備的配置，各種運輸方式的組織管理水平、相互協(xié)調(diào)的程度等，對整個運輸網(wǎng)絡(luò)的運輸能力、效率及成本均有影響。 
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第 3 章 聯(lián)合運輸組合優(yōu)化模型研究及構(gòu)建 ............ 17 
3.1 問題描述與假設(shè)條件 ......... 18 
3.2  符號說明 ......... 19 
3.3  模型構(gòu)建 ......... 20 
3.4  本章小結(jié) ......... 21 
第 4 章 基于禁忌搜索算法的聯(lián)合運輸模型求解 .... 22 
4.1  組合優(yōu)化算法概述 ............. 22 
4.2  禁忌搜索算法的基本概念與原理 ......... 23 
4.3  算法要素設(shè)計 ........... 24 
4.4  算法流程與步驟 ....... 26
4.5  本章小結(jié) ......... 27 
第 5 章 算例仿真分析 ........ 28 
5.1  測試算例 ......... 28 
5.2  計算結(jié)果與對比分析 ......... 32 
5.3  本章小結(jié) ......... 34 

第 4 章 基于禁忌搜索算法的聯(lián)合運輸模型求解 

4.1 組合優(yōu)化算法概述 
組合優(yōu)化問題屬于最優(yōu)化問題中的一類，也是運籌學(xué)的一個重要分支。最優(yōu)化問題可以分為兩類：一類是一定區(qū)間內(nèi)連續(xù)變量的問題，即函數(shù)優(yōu)化問題；另一類是解空間中的離散變量問題，即組合優(yōu)化問題。組合優(yōu)化問題是要在所有離散狀態(tài)構(gòu)成的解空間中找到最優(yōu)解，使之對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值為解空間中所有元素對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值之中的最小（大）值。絕大多數(shù)組合優(yōu)化問題都是有限問題，即解空間為有限的集合[44]。 組合優(yōu)化問題涉及到的實際生產(chǎn)領(lǐng)域很廣泛，在如生產(chǎn)管理、廠房選址、交通運輸?shù)葐栴}中都具有廣泛應(yīng)用。有些組合優(yōu)化問題規(guī)模較小，可以使用傳統(tǒng)的算法來求解，例如使用單純形法（Simplex algorithm）解決簡單的線性規(guī)劃問題，使用分枝定界法（Branch & Bound）或割平面法（Cutting-plane）解決整數(shù)規(guī)劃以及混合整數(shù)規(guī)劃問題等，使用牛頓法或共軛梯度法解決簡單的非線性規(guī)劃問題。但是當(dāng)問題規(guī)模較大時，傳統(tǒng)方法求解組合優(yōu)化問題將變得十分繁瑣甚至根本無法得到結(jié)果，因此要尋求其他的算法求解復(fù)雜的問題。 上世紀(jì)后期，出現(xiàn)了一些通過模擬自然界中某些現(xiàn)象或過程而對組合優(yōu)化問題進(jìn)行求解的算法，例如模擬自然選擇規(guī)則和遺傳學(xué)機理的遺傳算法（Genetic algorithm）、基于固體的退火過程與組合優(yōu)化問題之間相似性的模擬退火算法（Simulated annealing algorithm）、模擬群體中信息的社會共享優(yōu)勢的粒子群優(yōu)化（Particle  Swarm  Optimization）算法等等，也包括本文使用的禁忌搜索算法。這些現(xiàn)代優(yōu)化算法與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，使用電子計算機程序語言加以實現(xiàn)，為解決大規(guī)模的復(fù)雜優(yōu)化問題提供了有效的方法和更廣闊的思路。此類算法的目的并不完全是在多項式時間內(nèi)求得精確的最優(yōu)解，而是權(quán)衡了縮短計算時間和得到最好解這兩個方面，最終比較迅速地獲得近似的最優(yōu)解或滿意解。當(dāng)使用這些優(yōu)化算法進(jìn)行求解時，往往要根據(jù)具體問題進(jìn)行算法的參數(shù)或其他一些因素的設(shè)計；而這些基于直觀或經(jīng)驗構(gòu)造的算法，也往往被稱為啟發(fā)式算法（heuristic algorithm）。 
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總結(jié) 

聯(lián)合運輸是當(dāng)代物流運輸業(yè)發(fā)展的大勢所趨，憑借其節(jié)約成本、合理組織、時效性強、手續(xù)簡便等優(yōu)勢，成為目前交通運輸行業(yè)最重要的運輸方式之一。由于聯(lián)合運輸涉及到的因素較多，且其中很多難以界定和量化，因此尚無通用的模型和算法，仍有很多問題值得探究。  本文的研究工作總結(jié)如下： 
（1）通過對國內(nèi)外文獻(xiàn)的查閱與綜述，了解了聯(lián)合運輸問題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，其中重點是學(xué)者們對聯(lián)合運輸問題的數(shù)學(xué)模型與算法及其優(yōu)化的研究。由于聯(lián)合運輸涉及到的因素較多，且其中很多難以界定和量化，因此尚無通用的模型和算法，仍有很多問題值得探究。  
（2）比較不同運輸方式的不同技術(shù)經(jīng)濟特點，綜合分析了聯(lián)合運輸?shù)膬?yōu)勢、組織形式及影響因素等。 
（3）將聯(lián)合運輸問題與傳統(tǒng)旅行商問題加以結(jié)合，在各城市均有貨物需求且到達(dá)順序不固定的情況下，設(shè)置了同時包含運輸順序、前后兩段運輸方式的 0-1決策變量，構(gòu)建了以總成本最小為目標(biāo)函數(shù)的組合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；在約束條件中對運輸總時間以及各個城市不同運輸方式的運輸能力加以約束。 
（4）設(shè)計了基于禁忌搜索算法的啟發(fā)式算法用來求解本文提出的組合優(yōu)化問題，提出了將目標(biāo)函數(shù)值、禁忌對象、城市訪問順序以及對應(yīng)的運輸方式等元素直接排列的解的編碼方式。該算法解的表達(dá)直觀簡便、算法策略易于理解。隨后通過仿真算例對問題進(jìn)行求解，結(jié)果表明該算法對類似的聯(lián)合運輸組合優(yōu)化問題求解效果良好。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號：78070