基于集合覆盖模型的城市ＵＬＳ物流节点选址分析

姜阳光　庞大钧

摘要:作为第五类运输与供应系统的地下物流系统,能够缓解日益严重的城市交通拥挤问题,提高交通的安全性和可靠性,减少环境污染。物流节点作为系统的终端,主要负责对系统的管理、控制功能以及对货物进行存储、配送等功能,是城市地下物流系统的重要组成部分。主要运用集合覆盖模型对城市地下物流系统的物流节点选址问题进行了初步的分析探讨。

关键词:城市地下物流系统;集合覆盖模型;选址

中图分类号:F272文献标识码:A

Abstract: As the fifth type of transport and supply system, the Underground Logistics System(ULS)can help to reduce the traffic congestion and the pollution, and also improve traffic safety. The logistics link, as the terminal unit of the ULS, is an important part of the ULS which is not only principally in charge of the management and control of the system but also the freight storage and distribution. This paper mainly introduces the set covering model to analyze locations for urban ULS logistics links.

Key words: urban underground logistics system; set covering model; locations

0引言

近些年,随着城市经济的繁荣发展,一方面,城市货运量增加,交通拥挤现象明显,交通事故频率升高,噪声、空气污染等环境问题尤为严重;另一方面,建筑用地紧张,大城市内的地面交通道路扩展弹性较小。这些问题都在困扰着城市的发展。作为第五类运输与供应系统的城市地下物流系统(Underground Logistics System,ULS),通过把部分货物的仓储、运输分流到地下,来缓解城市地面交通压力,减轻环境污染。城市地下物流系统具有快速、便捷、安全、环保的特点,代表着现代化城市物流的发展方向,具有极大的现实意义。

1城市地下物流系统物流节点概述

城市地下物流系统网络是由物流节点和物流线路所构成的体系,主要完成货物的运输、存储、配送等功能。根据不同的需求,物流节点可规划为物流中心和配送中心的形式。物流节点作为系统的终端,除负责对系统的管理控制功能外,还肩负着对货物的前期处理以及存储保管配送等功能。所以,在城市地下物流系统网络中,作为物流节点的物流中心和配送中心是地下物流系统的重要组成部分,物流节点的位置及分布对物流活动有很大影响。

2城市地下物流系统物流节点选址分析

2.1明确功能需求

城市地下物流系统作为一个新型系统,规划时首先要明确系统的功能需求。不同物流系统应根据不同需求点的需要,在服务对象上有所侧重,这样才能够使城市地下物流系统有针对性地为用户提供服务。所以在系统规划期,首先需要对需求点及其需求点的需求量进行科学预测。这里需要注意的是,由于地下物流系统网络规划是为城市未来的物流运作而设计的,因此在分析时需要基于历史数据和当前数据进行中期以及长期预测。在对若干个需求点的位置和需求量进行科学预测的前提下,以下运用集合覆盖模型对城市地下物流节点的设置进行分析。

2.2集合覆盖模型

所谓集合覆盖模型(Set Covering model),就是对于需求已知的一些需求点,设立相应的目标函数以及约束条件,确定一组物流设施来满足这些需求点的需求量。具体的说,就是确定物流设施的最小数量和合适的位置(如图1所示)。

集合覆盖模型在商业物流系统的选址问题中应用较为广泛,优点是它不仅能够用最少的物流设施点覆盖所有的用户需求,而且由于地下物流系统的建设难度以及投资费用远远高于地面建设,所以在一定程度上能够减轻地下物流系统建设初期巨大的投资费用和建设难度。

集合覆盖模型的具体形式为:

minx(1)

s.t. y=1i∈N (2)

dy≤Dxj∈M(3)

x=0 or 1j∈M (4)

y≥0i∈n, j∈M (5)

式中M——城市地下物流系统中可建设物流节点的候选点集合,M=1,2,…,m

N——城市内功能需求点的集合,N

=1,2,…,n

d——第i个需求点的需求量

D——若第j个候选点选中时,该物流节点的服务能力

Aj——物流节点j所覆盖的需求点i的集合

Bi——可以覆盖需求点i的物流节点j的集合

x=j∈M

y——节点i需求中被分配给物流节点j的部分

表达式(1)为目标函数,即从现有的M个可建设物流节点的位置中优选出能够覆盖i个需求点的最小数目的物流节点;约束方程(2)保证了每个需求点的需求完全得到满足;约束方程(3)是对每个提供服务的物流节点服务能力的限制;约束方程(4)是物流节点是否位于j点的决策变量;非负约束(5)表示允许一个设施只提供部分的需求。

此模型中,在确定城市地下物流系统中可建设物流节点的候选点集合M时,需要综合考虑多方面因素,如城市布局、城市总体规划、地质条件、市政设施、交通状况(包括与周围公路、铁路的连接)、技术条件、环境影响评价等,并进行现场勘察的基础上,确定物流节点的候选点。

2.3模型的求解

求解一个集合覆盖模型需要解决两方面的问题:

(1)选择合适的设施位置(数学模型中的x变量)。

(2)指派客户到相应的设施中去(表达式中的y变量)。

求解一个集合覆盖模型的物流节点选址问题,主要有两大类方法:精确算法和启发式算法。由于集合覆盖模型是NP-hard问题,所以,精确算法(如分枝定界法等)一般只能求解规模较小的集合覆盖问题。而在实际问题中,往往需求点数n和可供选择的候选点数m较大(也可能m=n),一般需要设计启发式算法,如遗传算法、蚁群算法等来对模型进行求解。

3结束语

(1)集合覆盖模型不仅能够用最少的物流节点覆盖所有的用户需求,而且能够在一定程度上减轻地下物流系统建设初期巨大的投资费用和建设难度。

(2)用集合覆盖模型对配送中心或物流中心选址后,求解结果可能不是最优解,但是必定是可行解。所以,在解决实际的地下物流系统物流节点选址问题时,可以先采用集合覆盖模型求出覆盖所有客户需求点所需的最少的节点数量,再将所得的节点数代入P-中值模型,用P-中值模型完成需求点与物流节点的分配,进一步优化配送线路,降低配送成本,提高配送效率。

(3)本文采用集合覆盖模型对城市地下物流系统物流节点的设置进行了初步分析,在此基础之上可以针对实际工程作进一步的分析和研究。

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