单OD对间集装箱多式联运最优路径选择研究论文

单OD对间集装箱多式联运最优路径选择研究

母柏松

MU Baisong

（中铁第一勘察设计院集团有限公司 线路运输处，陕西 西安 710043)

(Line and Traffic Division, China Railway First Survey and Design Institute Group Co. Ltd., Xi'an 710043,Shaanxi, China)

摘 要： 随着世界经济全球化和区域经济一体化的不断进步，特别是跨国公司的高速发展，国际贸易日趋频繁，极大地推动了集装箱多式联运的发展。为有效降低运输成本、减少不必要的运力浪费，提升集装箱运输效率，从集装箱多式联运的经济性角度出发，分析集装箱多式联运路径选择的影响因素及其相互关系，构建基于Petri网的运输径路优化模型，并以单OD对间集装箱多式联运为例，利用Petri网、库所中托肯概率密度等工具，以总成本最小为目标函数，确定最优的联运路径，从而达到节约人力、物力资源的目的，为实际的生产运输提供参考性建议。

关键词： 集装箱多式联运；最优路径；Petri网；OD点；广义费用

随着各种交通方式的迅速发展,各种运输方式间存在着严重的竞争。同时,世界经济全球化和区域经济一体化的发展,使国际贸易日趋频繁,极大地推动了集装箱多式联运的发展。在多式联运运输过程中,优化目标主要从时间和成本2个方面进行考虑^[1-3]。时间主要包括运输时间和在结点内的换装和等待时间,而成本主要包括运输成本和在结点内集装箱的暂存成本^[4]。为了有效降低运输成本、减少不必要的运力浪费,并且改进集装箱多式联运中存在的不合理运输过程,需要去有效协调各种运输方式之间的衔接,选择最合适的运输组合模式,使得多式联运经营人可以选择最优径路,从而使得成本相对而言较少并且时间相对较短一些^[5-8]。因此,对集装箱多式联运的运输方式和路线的优化,不仅是缩短时间的有效方法,还是降低成本的有效途径,是实现集装箱运输规模经济效益的重要措施。

1 构建基于Petri网的运输径路优化模型

多式联运的径路优选为组合多种运输方式来进行集装箱运输的过程,通过合理地组织协调多种运输方式处于运输过程之中的运输顺序与运输径路,来达成运输总费用(运输成本和时间成本)最小的目的。最优径路选择流程如下。

（1）设路网有6个节点,分别表示为节点1,节点2,…,节点6,绘制有向路网示意图如图1所示。

图1 有向路网示意图
Fig.1 Directed road network diagram

（2）记p_i 为节点编号,其中p ₀为起始节点,p ₇为终点节点；t_j 为节点间不同运输方式的集合,j =1,2,…,6,将有向路网图转化为Petri网图如图2所示。

二战结束后，经济全球化浪潮推动各国重建和新建自贸港或自由贸易园区，形态上也从海港延伸到空港和陆港，实现了运输、加工和贸易的紧密结合，功能上服务于出口加工贸易的需要，成为发展中国家吸引外资、参与全球制造业分工、实现快速工业化和现代化的重要手段。一些发达国家为了防止国内就业岗位大量流失，同时在自由港内新增了工业区，比如美国于1950年通过博格斯修正案，准许对外贸易区内进行制造和展示活动。

水利工程是一项民生工程，是我国的一大主要工程，不仅关系到社会生产活动的运行，也关系到百姓的日常生活，因此，堤坝的施工质量是水利工程施工中的一个主要控制点。而对于堤坝渗水病害的治理，当前我国已经提出了具体的解决方法，例如，混凝土防渗墙技术、堤坝灌浆防渗技术等，本文主要分析几种堤坝防渗加固技术以及施工要点。

利用单因素检验分析不同专业研究生对于初级知识、中级知识、高级知识、初级技能、中级技能、高级技能、态度的差异情况。经过分析，不同专业研究生对于中级知识、中级技能、态度因素的P值均大于0.05，没有显著性差异，在初级知识、高级知识、初级技能、高级技能中P值均大于0.05，具有显著性差异，其中理工和艺术类专业得分均高于文史类得分。

式中：C_ij 为节点i 与节点j 间的综合运输费用,元/箱公里,若i =j ,则C_ij = 0,若i ,j 两站不能直接联通,则为集装箱从i 站至j 站的途中运输费用,元/箱公里为集装箱从i 站至j 站的途中运输时间费用,元/箱公里为集装箱在i 站的换装费用,元/箱公里,若没有换装,则为集装箱在i 站的换装时间费用,若没有换装,则

式中：Token ¹,Token ²分别为令牌变换所对应的储存空间；F ¹,F ²分别为第一次与第二次变迁搜索出的路径；S ¹,S ²分别为对应的集合为p ₀至p ₁的变迁增加费用,即两站之间的综合运输费用；m ₁为p ₁中的令牌数。

式中：Token 为托肯的数据结构,代表执行某些操作的权利的对象；S = {v ₁,v ₂,… ,v_n }为记录变迁索引的集合,其中v_n 的值为一个变迁索引号,即节点编号(n 为托肯走过的变迁数,也即经过的节点个数)；F 为经过集合S 的径路长度。

以20 ft集装箱为例,铁路集装箱运输基价1为500元/箱,基价2为2.205元/箱公里,公路集装箱运输综合运价为9.36元/箱公里,海运综合运价为1.85元/箱公里。记运输费用=运输基价1+运输基价2×可运输节点间距离；铁路与公路换装费用大节点为55元,小节点为75元；换装时间大节点为4 h,小节点为6 h；铁路与海运换装费用大、小节点均为95元；换装时间大节点为6 h,小节点为10 h；公路与海运换装费用大、小节点均为85元；换装时间大节点为6 h,小节点为10 h；公路运输速度为90 km/h,铁路运输速度为60 km/h,而海运速度为30 km/h；运输时间成本为15元/h,换装时间成本为10元/h。

图2 Petri网图
Fig.2 Petri network diagram

对S ²,F ²进行重复迭代与搜寻。由于v ₁至v ₂之间只有一条弧,因而可以确定S ¹=S ² = {v ₁},F ¹=F ² = 0。此时,令所对应的令牌不能被消耗,即不能继续变迁,而其他令牌继续被消耗,依次变迁。

式中：为初始第k 个令牌的数据结构；为初始第k 个令牌的路径集合；F_k ⁰为初始经过集合的径路长度。

最高车速(km/h) ..................................................205

令为对应的集合，则Token ⁰ = (S ⁰,F ⁰),然后消耗令牌,依次变迁。

②由于t ₁的变迁,令牌从p ₀转入p ₁与p ₂中,可记录为

（4）利用Petri网计算“最短”径路,可表示为

①假设P ₀中有m ₀(m ₀为1)个令牌(即Token ),并记录为

③依此类推,当令牌转移到p_i 时,设所对应变迁索引号为j ,则令牌可记录为

式中：m_i ,m_i 为p_i 中的令牌数；c^{j -1,j} 为第j 次变迁的变迁费用,即j -1和j 站之间的综合运输费用；Sⁱ 为对应的集合。

④ 由于所 对应的令牌不能被消耗,若p_i 为Petri网最后一个库所,则搜寻过程结束,否则令牌继续被消耗,完成变迁,直到整个路网搜寻完毕。搜寻完毕,令牌对应的Token = (S ,F )中,S 为最优径路,F 为最小综合运输费用。

2 算例分析

在基于Petri网理论完成模型建立之后,以某铁路局集团公司的具体运输情况为例,对基于Petri网的运输径路优化模型的可行性进行详细分析。

（1）设O,D 2个节点为集装箱多式联运过程中的起始点与目的地,其他点则为路网中可能经过的各个节点,构建集装箱多式联运路网如图3所示。

（3）计算节点i 与节点j 间的综合运输费用C_ij 为

目的论认为在翻译活动中，翻译的目的都是重中之重的原则。在本节中，笔者将从时空限制、文化限制以及语篇限制三个方面进行展开，并试着分别提出相应的翻译策略。

图3 集装箱多式联运路网图
Fig.3 Multi-modal Container transportation network diagram

样品中马尿酸的测定： 50 μL HHL溶液、20 μL发酵上清液、50 μL ACE溶液，于37 ℃恒温水浴中反应30 min，加入120 μL 乙腈终止反应，振荡10 s，离心10 min，取上清液10 μL过0.22 μm的滤膜，待测。以缓冲液替代反应体系中的发酵上清液为空白对照组。

图3中大圈意为作业能力较强、换装效率较高的节点,而小圈为作业能力一般且换装效率较低的节点；连线上的数为2个相连节点之间的运输距离。集装箱多式联运路网距离如表1所示。

表1 集装箱多式联运路网距离表 km
Tab.1 Multi-modal Container transportation network distance table

续表

（2）以实线表示公路运输方式,虚线表示铁路运输方式,粗实线则表示海运集装箱运输方式,对体现运输方式的集装箱多式联运路网图进行描述,节点间的运输成本包含：运输费用、运输时间成本、换装费用及换装时间成本。运输方式路网图如图4所示。

图4 运输方式路网图
Fig.4 Network of transportation modes

令Petri网图形如图2所示,将具体的运输节点与不同的运输方式进行连接,对最优路径进行优化搜寻,搜寻步骤如下。

（3）对两节点间的综合运输成本进行计算,节点间的运输成本如表2所示。

当前，国内资源化处理危废物料，大多采用鼓风炉冶炼，这种方式存在自动化程度低、工人劳动强度大、环保不容易达标等问题。而无害化处置危废物料通常采用焚烧炉+二燃室工艺。针对鼓风炉工艺和焚烧炉+二燃室工艺处理危废的不足，中国瑞林以侧吹炉炼铜、炼铅技术为基础，进行技术创新，研究开发了侧吹炉富氧侧吹熔池熔炼协同处置技术，在资源化的同时又能无害化处理危废物料，这一技术将加快推进国内危废处理和资源化回收的绿色、环保进程。

表2 节点间的运输成本表 元/箱
Tab.2 Transportation costs between nodes

为了更直观地体现该算例的集装箱多式联运路网情况,使用Petri网理论对于该路网进行详细描述。基于Petri网理论的集装箱多式联运路网图如图5所示。

（4）应用Matlab软件进行编程求解,即根据基于Petri网理论的径路优选模型,将算例中各个节点间的运输成本代入程序语言运行。得到的最优路径选择如图6所示。

由图6可知,标红线路来进行运输为最优,最小综合运输成本为5 948.775元/箱。

最优路径选择结果如表3所示。

（5）通过最优路径选择结果可以看出,铁路运输在集装箱多式联运过程中具有一定的优越性,选择公路运输方式的运输成本较高,很多情况下选择铁路运输方式能够有效减少整个多式联运过程的综合运输成本。验证得出,应用Petri网理论进行建模以处理最优路径选择问题是完全可行的,可以将整个多式联运过程呈现出来。

图5 基于Petri网理论的集装箱多式联运路网图
Fig.5 Multi-modal Container transportation network based on Petri net theory

图6 最优路径选择图
Fig.6 Optimal path selection

表3 最优路径选择结果表
Tab.3 Optimal path selection results

3 结束语

发展集装箱多式联运是促进物流业降本增效,实现我国运输结构调整,推动“一带一路”倡议实施的重要手段。通过单OD对间集装箱多式联运最优路径选择研究,应充分发挥各种运输方式的组合优势,促进运输资源的高效联合和运输组织的缜密衔接。铁路集装箱运输通过完善的运营网络资源、高效的运输组织和富有竞争力的产品营销,来增加对适箱高附加值货物的吸引力,促进公铁水联运的无缝化衔接,增强集装箱运输的综合竞争力,提升多式联运的市场份额,提高多式联运服务水平。

麦田杂草发生与耕作制度变化、化学除草药剂品种、抗性变化关系很大，20世纪80年代以来，盐城地区麦田草相变化上大致分3个时期：

参考文献：

[1] 潘常虹,范厚明. 集装箱多式联运系统的Petri网建模及其性能分析[J]. 铁道运输与经济,2015,37(3)：59-63,88.PAN Changhong,FAN Houming. Modeling of Petri Network of Container Inter-model Transport System and Its Functional Analysis[J]. Railway Transport and Economy,2015,37(3)：59-63,88.

[2] 程 璐,薛玉玺. 基于Petri网的铁路集装箱“门到门”运输发送作业流程优化[J]. 铁道货运,2017,35(2)：45-50.CHENG Lu,XUE Yuxi. Optimization of Operation Process of “Door to Door” Transportation and Sending of Railway Containers based on Petri net[J]. Railway Freight Transport,2017,35(2)：45-50.

[3] 杨 雪. 考虑换装时间的集装箱多式联运路径优化问题研究[D]. 大连：大连海事大学,2013.

[4] 于瑞菊,王继荣,李 军,等. 集装箱多式联运运输组合优化的建模研究[J]. 系统仿真技术,2009,5(4)：272-275.

[5] 付晓凤. 集装箱多式联运物流安全管理及应急决策支持系统研究[D]. 西安：长安大学,2013.

[6] 韩增霞. 集装箱多式联运路径及运输方式选择研究[D]. 大连：大连海事大学,2011.

[7] 曹 斌,王佳星,范 菁,等. 基于Petri网的流程间元素映射方法[J]. 软件学报,2015(3)：474-490.CAO Bin,WANG Jiaxing,FAN Jing,et al. Inter-process Element Mapping Method based on Petri Net[J]. Journal of Software,2015(3)：474-490.

[8] 马炳先,相东明,张正明. Web服务组合的Petri网自动生成方法[J]. 小型微型计算机系统,2013(2)：332-337.MA Bingxian,XIANG Dongming,ZHANG Zhengming.The Automatic Generation Method of Petri Net in Web Service Composition[J]. Small Microcomputer System,2013(2)：332-337.

A Research on the Optimal Path Selection between Single OD Pairs for Multi-modal Container Transportation

Abstract: With the continuous progress of world economic globalization and regional economic integration, especially the rapid development of multi-national companies, international trade has become increasingly frequent, greatly promoting the development of container multi-modal transportation. To effectively reduce transportation costs as well as unnecessary waste of transportation capacity, and improve the ef fi ciency of container transportation, this paper focuses on the analysis of the in fluencing factors and their mutual relations in the selection of container multi-modal transportation routes from the economic point of view of multi-modal container transportation. This paper establishes a Petri net-based transportation route optimization model,and takes the single OD pair multi-modal transportation as an example, using tools such as Petri net and TOKEN probability density in warehouse, the optimal path selection strategy for container multimodal transport between single OD pairs is determined with minimizing the total cost as the objective function, so as to save manpower and material resources and provide reference suggestions for actual production and transportation.

Keywords: Multi-modal Container Transportation; Optimal Path; Petri Net; OD Pair; Generalized Cost

文章编号： 1003-1421(2019)07-0099-07

中图分类号： U169.6

文献标识码： A

DOI： 10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2019.07.18

收稿日期： 2017-12-06

修订日期： 2019-05-28

基金项目： 中铁第一勘察设计院集团有限公司科研开发项目(院科17-03)

责任编辑： 王 静

标签：集装箱多式联运论文;  最优路径论文;  Petri网论文;  OD点论文;  广义费用论文;  中铁第一勘察设计院集团有限公司线路运输处论文;