【正文】 基于雙層規(guī)劃理論的中小城市貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與應(yīng)用研究摘 要本文針對(duì)中小城市貨運(yùn)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、規(guī)劃、組織與管理進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于指導(dǎo)中小城市交通運(yùn)輸業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展，全面提高貨物的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”運(yùn)輸效率、合理引導(dǎo)貨運(yùn)市場(chǎng)的發(fā)展。從中小城市及其貨運(yùn)交通發(fā)展的現(xiàn)實(shí)問題出發(fā)，采用雙層規(guī)劃的理論方法，根據(jù)供需平衡關(guān)系，協(xié)調(diào)貨運(yùn)量和貨物運(yùn)輸?shù)缆分g的關(guān)系，靈活的對(duì)不同層次的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題進(jìn)行深入分析并不斷進(jìn)行貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整和優(yōu)化，提出中小城市貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的基本內(nèi)容和方法，最終構(gòu)建并完善高效的城市貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)。另外，選取我國典型中小城市張家港市貨運(yùn)交通規(guī)劃的實(shí)例進(jìn)行研究分析，運(yùn)用雙層規(guī)劃的原理進(jìn)行貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的布局優(yōu)化，建立和完善實(shí)例城市的貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)，并提出相應(yīng)的管理措施。關(guān)鍵詞：物流管理；雙層規(guī)劃；貨運(yùn)交通；交通樞紐ABSTRACTIn this paper， medium and small urban freight transport development status of the freight transport network design， planning， organization and management optimization， medium and small cities for guiding the coordinated development of the transport industry， and prehensively improve the goods point transport efficiency， a reasonable guide freight market development. Freight traffic from the development of medium and small cities and their practical problems starting， using doubleplanning theory， based on the balance between supply and demand， coordinate freight and cargo transport between road and flexible for different levels of network optimization problems in depth and continuously adjust and optimize freight network， small and medium urban freight transport network proposed optimization basic content and methods， and ultimately build and sound and efficient urban freight transport network. In addition， select a typical small city of Zhangjiagang City， instances of freight transportation planning research and analysis， the use of the principle of double freight network planning layout optimization， establish and perfect examples of urban freight transport network， and propose appropriate management measures. Key words： Logistics Management；Bilevel Programming Problem；Freight traffic；Transportation hub目錄基于雙層規(guī)劃理論的中小城市貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與應(yīng)用研究 1摘 要 1ABSTRACT 2概述 5 5 6 7中小城市貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化內(nèi)容研究 11 1原則、方法及目標(biāo) 12 13 14基于雙層規(guī)劃理論的交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究 16 16 19 19 20 21 23 24中小城市貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與管理 29 29 29城市綠色交通物流系統(tǒng)的產(chǎn)生 32 32 35中小城市貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化實(shí)例分析 37 37 37 38 38結(jié) 論 39參 考 文 獻(xiàn) 41概述隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，城市化進(jìn)程迅速加快，稀缺的土地資源，城市交通擁堵，事故頻發(fā)，空氣污染，噪音的危害等，已成為世界各國面臨嚴(yán)重的問題。解決城市交通問題，在實(shí)踐中，許多城市只集中于城市建設(shè)的硬件設(shè)施，如通過增加道路，提高現(xiàn)有道路的水平，以滿足交通需求。但是，這僅僅是為了擴(kuò)大和改善供給的方法來滿足運(yùn)輸需求，往往落后于城市交通的需求增加量，不能有效地緩解交通運(yùn)輸壓力。據(jù)當(dāng)斯定律(Downs Law)： 在政府對(duì)城市交通缺乏有效管理的情況下，新建的道路設(shè)施會(huì)引發(fā)新的道路需求，而交通需求總是超過道路供給。因此，在應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的城市交通問題，我們必須要合理且科學(xué)有效的城市交通規(guī)劃，妥善處理交通需求的組織和交通管理以及協(xié)調(diào)，供應(yīng)和需求之間的交通運(yùn)輸關(guān)系，使城市交通的可持續(xù)發(fā)展得以實(shí)現(xiàn)。二十一世紀(jì)，運(yùn)動(dòng)商品在中國呈現(xiàn)穩(wěn)步增長，以每年8％至10％的增長速度增長，從而給中國的國家經(jīng)濟(jì)增長提供了一個(gè)良好的平臺(tái)和契機(jī)發(fā)展物流運(yùn)輸，城市化的進(jìn)程加速了城市的物流發(fā)展，80％在城市物流和貨運(yùn)活動(dòng)是跨區(qū)域的城市物流，據(jù)調(diào)查，我國當(dāng)今城市交通基礎(chǔ)設(shè)施仍處于發(fā)展階段，貨運(yùn)交通稀缺資源，在主要的交通路線和交通節(jié)點(diǎn)上，交通擁堵問題亟待解決，效率低，繼續(xù)裝載的貨運(yùn)和貨運(yùn)交通事故頻繁引起的混合問題以及環(huán)境惡化等問題呈現(xiàn)增長趨勢(shì)。到目前為止，在中國的城市交通規(guī)劃減少了針對(duì)貨運(yùn)的規(guī)劃，城市貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化貨運(yùn)和城市交通擁堵和環(huán)境污染的嚴(yán)重程度也研究較少而且有得到足夠的重視，特別是中小型城市。因此，可持續(xù)發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造一個(gè)有利的環(huán)境和提高城市競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)會(huì)，鑒于中小城市貨運(yùn)規(guī)劃和設(shè)計(jì)產(chǎn)品的迫切需要城市網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)的科學(xué)規(guī)劃和交通管理，城市道路的貨運(yùn)需求相關(guān)的研究及貨運(yùn)規(guī)劃研究，急需給出科學(xué)合理的城市交通系統(tǒng)規(guī)劃方案。隨著城市的不斷發(fā)展，城市貨運(yùn)的負(fù)面影響是不可避免的：城市的主要交通，城市生態(tài)環(huán)境惡化的負(fù)載增加，貨物裝卸在人行道和主要道路的現(xiàn)象屢屢發(fā)生，空氣污染，交通旅游不便，城鎮(zhèn)居民的不滿給物流發(fā)展帶來了諸多困難，這是不是一個(gè)國家在城市化的過程中，貨運(yùn)交通面臨著共同的問題，值得我們共同思考，此外，隨著城市化進(jìn)程的加快，環(huán)境也面臨著日益嚴(yán)重的惡化。因此，在小型貨運(yùn)規(guī)劃和城市網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，不僅要結(jié)合城市土地，道路規(guī)劃方面的設(shè)計(jì)，也要考慮生態(tài)環(huán)境因素對(duì)城市網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和貨運(yùn)交通的影響，減少污染貨運(yùn)和改善中小城市的物流效率，促進(jìn)中小城市的經(jīng)濟(jì)和城市交通告訴穩(wěn)定發(fā)展。貨物網(wǎng)絡(luò)負(fù)載系統(tǒng)，是一個(gè)關(guān)鍵的貨物運(yùn)輸因素，這是一個(gè)蓬勃發(fā)展的城市的流動(dòng)渠道，提供源源不斷的發(fā)展動(dòng)力，所以在中國，由于管理行業(yè)分類過細(xì)，城市貨運(yùn)一直缺乏一個(gè)系統(tǒng)化的解決方案，貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃不合理，最終導(dǎo)致貨運(yùn)系統(tǒng)和城市物流規(guī)劃、建設(shè)、經(jīng)營和管理各方面的發(fā)展滯后從而導(dǎo)致城市競(jìng)爭(zhēng)力的降低，限制城市的快速發(fā)展。雙層規(guī)劃(Bilevel Programming Problem，簡(jiǎn)稱BLPP)是一種具有二層遞階結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)優(yōu)化問題，上層問題和下層問題都有各自的決策變量、約束條件和目標(biāo)函數(shù)。系統(tǒng)編程兩個(gè)層面上有兩個(gè)層面的規(guī)劃和管理(控制)問題：不到某些信息，較少會(huì)根據(jù)自己的利益做出反應(yīng)，頂部，然后基于底層的反應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，權(quán)益實(shí)現(xiàn)頂部和底部遵守最佳的解決方案。由于貨運(yùn)中小型企業(yè)在市區(qū)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是一個(gè)重大的實(shí)際決定，在決策過程中，有一個(gè)需求(負(fù)載)，并提供2個(gè)科目(貨物運(yùn)輸)和它們之間的相互作用，影響他人。什么是頂級(jí)的前景負(fù)荷規(guī)劃，在一定的限制下，使貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的貨運(yùn)效率最大化；底層規(guī)劃是從系統(tǒng)的角度查看供應(yīng)，在一定的道路資源和環(huán)境容量的資源上，還有一些外部因素的影響，限制著運(yùn)輸條件和功耗，使系統(tǒng)的總??負(fù)荷加大，最后，促進(jìn)中小城市的貨物運(yùn)輸，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的協(xié)調(diào)。組織和管理優(yōu)化中、小城市，中小城市貨運(yùn)發(fā)展的狀態(tài)，指導(dǎo)協(xié)調(diào)發(fā)展運(yùn)輸，提高貨運(yùn)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的運(yùn)輸效率，合理引導(dǎo)運(yùn)輸市場(chǎng)的發(fā)展，對(duì)整體提高城市的交通問題具有非常重要的意義。在小城市貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的過程中所涉及的因素多而復(fù)雜，貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和土地利用總體規(guī)劃城市規(guī)劃城市道路網(wǎng)絡(luò)，設(shè)施環(huán)境規(guī)劃城市規(guī)劃城市交通管理，城市規(guī)劃和城市貨運(yùn)交通發(fā)展規(guī)劃一起硬件和軟件設(shè)施，預(yù)計(jì)兩點(diǎn)城市交通流動(dòng)和合理配置，最大限度地提高城市貨運(yùn)交通和城市交通的效率，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的設(shè)計(jì)為起點(diǎn)，一個(gè)全球性的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究深度城市貨運(yùn)系統(tǒng)的規(guī)劃，建設(shè)和管理提供了依據(jù)和參考。城市貨運(yùn)優(yōu)化的研究，將會(huì)給城市規(guī)劃貨運(yùn)增加一倍，及早的規(guī)劃，城市交通規(guī)劃商品相關(guān)領(lǐng)域的重要問題，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和參考價(jià)值填補(bǔ)我們的小貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和城市設(shè)計(jì)理論空缺，其貨運(yùn)量的發(fā)展具有積極有效的作用，改善城市交通問題也起著至關(guān)重要的作用。網(wǎng)絡(luò)上充分考慮了貨運(yùn)和貨運(yùn)常見的城市可持續(xù)發(fā)展，結(jié)合城市生態(tài)環(huán)境因素的優(yōu)化問題，促進(jìn)節(jié)能減排，安全和環(huán)保，低碳運(yùn)輸，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)思想的發(fā)展，指導(dǎo)和促進(jìn)城市交通規(guī)劃在貨物運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化和現(xiàn)代化。優(yōu)化城市貨物運(yùn)輸，經(jīng)濟(jì)和土地利用的城市，自然的環(huán)境和社會(huì)成本，以及交通事故的研究和其他方面的較高端明確的總體目標(biāo)，即：1)提高土地利用率：公路貨運(yùn)站協(xié)調(diào)，停車場(chǎng)和配套設(shè)施的土地之間的關(guān)系；2)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展：城市創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展；3)提高貨運(yùn)效率，減少了城市交通成本，提高貨運(yùn)服務(wù)；4)協(xié)調(diào)發(fā)展的貨運(yùn)和貨運(yùn)實(shí)現(xiàn)了持續(xù)的城市貨運(yùn)和貨運(yùn)的共同發(fā)展；5)改善城市環(huán)境：從運(yùn)輸車輛降低能源消耗和廢氣排放，降低交通噪音和優(yōu)化城市生活的條件；6)，以減少交通事故的發(fā)生，減少交通負(fù)荷引起的交通事故的發(fā)生率。國外貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)：貨運(yùn)交通規(guī)劃與城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高貨運(yùn)效率，減少交通事故，提高城市的社會(huì)環(huán)境等等。在上個(gè)世紀(jì)初，六十年代和七十年代，已被廣泛認(rèn)可。從那時(shí)起，西方資本主義國家導(dǎo)致的貨運(yùn)交通規(guī)劃，采取各種措施，以降低運(yùn)輸成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。由于運(yùn)輸問題，貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分配問題和復(fù)雜性的機(jī)制還不夠成熟。1999年，LewiS在歐洲的不同國家主要城市進(jìn)行比較，商品規(guī)劃和規(guī)劃目標(biāo)的城市貨物運(yùn)輸?shù)慕ㄗh應(yīng)著眼于解決城市貨運(yùn)引起的交通擁堵，空氣污染，噪音，安全，干擾等不利影響。Mason研究的問題，整合供應(yīng)鏈，倉儲(chǔ)和運(yùn)輸，包括如何降低運(yùn)輸信息在運(yùn)輸過程中裝卸等待時(shí)間，降低加工成本和合理的工作。Krolak、Felts和Marble以及Nelson提出合理建議，以解決車輛調(diào)度問題。TnaiguChi利用雙層規(guī)劃理論建立了物流樞紐選址的雙層規(guī)劃模型，并利用遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行了求解。Meng和Yang利用邊際函數(shù)將雙層規(guī)劃轉(zhuǎn)化為單層規(guī)劃問題求解，利用局部收斂的增廣拉格朗日乘子法求解等價(jià)的連續(xù)可微的下層平衡分配問題。同時(shí)，股本因素，環(huán)境污染，土地使用，可靠性等因素都包括在設(shè)計(jì)模型編程階段網(wǎng)絡(luò)流量分布。CHIOU提出了網(wǎng)絡(luò)傳輸水平，更高的效率為目標(biāo)系統(tǒng)模型，包括重建道路的總行程時(shí)間和總成本，降低wordrop模型設(shè)計(jì)，的連續(xù)編程模型問題法律和等價(jià)梯度較小的問題得到學(xué)習(xí)消減的CNDP問題KT點(diǎn)。京都大學(xué)的Eiichi Taniguch指出城市物流管理的目的是考慮城市和業(yè)務(wù)效率，更廣泛的利益的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化城市貨運(yùn)，利用排隊(duì)論的理論非線性研究物流中心問題的位置和規(guī)模，物流中心的位置公眾的雙重?cái)?shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)，隨機(jī)路由提出了聯(lián)合分布模型。全球合作組織(OECD)在“分配：21世紀(jì)的城市貨運(yùn)的挑戰(zhàn)”的報(bào)告中指出，貨運(yùn)車輛對(duì)城市環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，大城市發(fā)達(dá)國家的交通總流量的10％ 15％的貨運(yùn)交通對(duì)城市環(huán)境的污染一直高達(dá)40％50％，因此，最有效的方式，以減輕交通城市運(yùn)輸，環(huán)境及其他影響城市規(guī)劃的商品在發(fā)達(dá)國家是主要目標(biāo)。國內(nèi)貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀：20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)貨物導(dǎo)致全國貨運(yùn)業(yè)的快速發(fā)展，但是迅速發(fā)展的同時(shí)，日益增加的需求帶來了一些交通和環(huán)境問題，卻沒有得到普遍重視，直到20世紀(jì)90年代末期，才逐漸意識(shí)到的貨運(yùn)交通的必要性和重要性，貨運(yùn)開始進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域的研究。 關(guān)于城市貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究的文獻(xiàn)大都是從運(yùn)貨運(yùn)時(shí)間、貨運(yùn)距離、貨運(yùn)成本三個(gè)方面對(duì)城市網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的貨物，而在城市的數(shù)學(xué)模型方面進(jìn)行宏觀的探討，并對(duì)城市貨運(yùn)交通流量進(jìn)行分析預(yù)測(cè)和分配。 朱波以中小城市貨運(yùn)交通一體化的理論為基礎(chǔ)和集成輸運(yùn)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合武漢城市道路貨運(yùn)信息反映了整合的意義，上下文整合信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷，運(yùn)行機(jī)制和運(yùn)作模式，提出并討論了相關(guān)的保障措施。劉沖從中小城市貨運(yùn)交通的空間分布及規(guī)模優(yōu)化出發(fā)，從空間分布和貨運(yùn)選址出發(fā)，大規(guī)模優(yōu)化運(yùn)輸貨物的城市貨運(yùn)系統(tǒng)的成本，以獲得適合城市應(yīng)用的貨運(yùn)中心模型的目標(biāo)函數(shù)，這些模型組合在一起，通過定量分析和迭代計(jì)算，計(jì)算出最優(yōu)的中小城市貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)體系。陳運(yùn)娟對(duì)關(guān)系貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量、貨物中心選址及貨物運(yùn)輸方式進(jìn)行綜合分析，朱木益對(duì)中小城市貨運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)和貨運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化研究。申永生、何世偉、王保華和穆美如解釋了綜合運(yùn)輸體系下，一直在研究的過程中不斷變化的過程，構(gòu)建了運(yùn)輸貨物狀態(tài)的空間分布網(wǎng)絡(luò)圖，對(duì)流量?jī)?yōu)化分配、頻度優(yōu)化設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)三個(gè)關(guān)鍵問題深入地優(yōu)化分析，劉沛用物理形態(tài)和數(shù)學(xué)模型對(duì)各類輻射型網(wǎng)絡(luò)對(duì)比分析，不僅整合了現(xiàn)有貨運(yùn)資源、提高了貨運(yùn)資源利用效率、還大幅降低了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的貨運(yùn)成本。趙航、何世偉和宋瑞使用離散的優(yōu)化方法，研究組代理網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化運(yùn)輸問題之間的貨運(yùn)交通區(qū)域內(nèi)[1]，傳輸信道和時(shí)間通道供給能力之間的相互制約條件，運(yùn)輸通道總成本結(jié)構(gòu)和建設(shè)的全面