基于双层规划模型城市ULS节点最优选址分析

谢丽

摘要：ULS节点的选址决定了整个物流网络的结构和规模也关系着建设成本和物流费用以及客户服务水平的高低。采用双层规划模型来描述ULS节点最优选址问题。上层规划以物流总费用最小为目标，从决策者的角度出发考虑ULS节点布局与运输作业、仓储作业成本间的关系；下层规划从满足使用者需求的角度考虑，用最少的物流节点覆盖所有的客户需求。最后，针对ULS节点最优选址的双层规划模型给出求解算法。

关键词：城市ULS；双层规划；物流费用；遗传算法

中图分类号：F25

文献标识码：A

文章编号：16723198（2014）02007202

1引言

介于大城市普遍存在着交通拥堵、能源浪费、环境污染等问题，严重影响了城市居民的生活质量和生存环境的安全，迫切需要一种能创造性地解决上述问题的措施。为了解决这一问题，发展城市地下物流系统应运而生。国内对城市地下物流系统的研究主要集中在两方面：一是对国外城市地下物流系统的介绍；二是探讨城市地下物流系统的规划。其次，对城市地下物流系统在实现城市可持续发展等方面和地下物流系统运载方式的探究，以及地下物流面临的投资风险进行了评价。但目前国内外未涉及地下物流节点的选址研究，由于ULS初期建设成本很高，系统的建设成本平均在1亿元/Km左右，因而节点的选址和规模对整个ULS的建设成本以及服务水平起着举足轻重的作用。物流节点是整个物流网络的中枢，节点位置的确定决定着整个物流网络的形式，同时影响系统建设成本。因此，本文将对ULS节点选址及规模进行初步探究，为将来ULS的建设发展提供初步理论。

2城市ULS节点概述及选址分析

地下物流系统（ULS，Underground Logistics System）是城市外的货物通过各种运输方式运到城市边缘的机场、物流园区、货运站，经过分拣、包装后通过ULS运送到目的地。城市地下物流系统网络由物流节点和网络路线组成。由城市地下物流系统的概念可知，城市地下物流系统网络可分为两部分：一部分是指由管道、隧道、通信线路等构成ULS的网络线路；另一部分是指由存储场所构成的ULS的节点。

城市ULS中的物流中心和配送中心，是城市ULS节点的主要形式，具有衔接功能、信息功能、管理功能，是整个地下物流系统的中枢，担负着货物运输、储存保管、流通加工、装卸搬运以及信息传递的任务，对整个城市地下物流系统进行控制、管理、维护以及信息处理，对装卸工具以及运载工具进行维护管理和控制等。图2为地下物流系统简单的网络结构示意图。

ULS节点既连接城市ULS又衔接传统地面运输系统，其运输工具是AVG（自动导向车）和自动化两用卡车。物流节点选址在ULS规划中很重要，物流节点一旦确定并建设完工，则将难以轻易改动。在规划中要结合城市的自然条件、土地条件、未来货运需求等综合考虑进行选址。ULS节点类似于地铁站的规划，地铁交通要覆盖整个城市因此地铁站点应选择在临近商业圈、工业区、居住圈以及郊区。

3ULS节点选址优化模型

双层规划是一种具有二层递阶结构的系统优化问题，上层给定一个决策变量，下层系统以这个决策变量为参量，据下层目标函数和约束条件，在可能的范围内求得一个最优值，并将自己的最佳反应反馈给上层，上层再在下层的最佳反应的基础上，在可能的范围内求得整体上的最优解。本文采用双层规划模型来描述ULS节点最优选址问题。物流网络的构建决策同时涉及到决策者和使用者，因此物流网络节点的选址是两者相互决策的行为，是一个典型的双层决策问题。

3.1建立双层规划模型结构

本文研究的城市ULS，其节点包括货源地、配送中心和需求地。位于城市边缘的机场、物流园区、货运站的货源地的产品通过配送中心分拨到各需求地。决策者在满足广义物流费用最小和客户的需求的基础上，如何选选择最佳物流节点位置，以最小总成本获得最大效益。模型采用的如下假设：

（1）假设已知需求点，有备选物流中心集，物流中心不存在缺货情况。

（2）假设需求点对产品的需求是随机的，服从正态分布。

（3）假设所有配送导向车都是同种类型且不限数量，配送费用和配送距离成线性关系。

3.2上层模型

上层模型以广义物流总费用最小为目标函数，其中物流总费用考虑配送费用、仓储建设费用、库存保管费用三项。

3.2.1变量及符号说明

5总结

城市ULS初期建设成本很高，节点选址关系到整个物流系统的建设成本和服务客户的水平，因此对于ULS节点的选址要采用适合的模型来确定节点的位置。基于上述问题，本文探讨了ULS节点选址的双层规划模型，采用既反映决策者又反映使用者的物流节点选址双层规划模型，并给出了该模型的求解算法的步骤，这是解决ULS节点选址与布局的有效途径之一。由于数据量的庞大及实际生活中没有投入商业使用的ULS所以采集不到数据，本文并没有给出实际算例分析，但是模型的建立与求解方法能对ULS节点选址与规划起到一定的指导与参考作用。

参考文献

[1]徐国峰.城市地下物流系统构架研究[D].华中科技大学，2012.

[2]张耀平，王大庆.城市地下管道物流发展前景及研究内容初探[J].技术经济，2002.

[3]马祖军.城市地下物流系统及设计[J].物流技术上，2004.

[4]潘盛艺，毛海军.城市地下物流规划建设关键问题发展研究[J].国际物流，2009.

[5]黄欧龙，陈志龙.城市地下物流系统网络规划初探[J].物流技术与应用，2005.

[6]李鹏，朱合华.地下物流系统对城市可持续发展的作用探讨[J].地下空间与工程学报，2007.

[7]王正，黄欧龙.地下物流系统开发模式探讨[J].物流技术，2007.

[8]傅方方.城市地下物流系统风险评价及发展前景研究[D].大连海事大学，2010.

[9]Bracken J， McGill J. Mathematical programs with optimization problems in the constraints. Operation Research， 1973.

摘要：ULS节点的选址决定了整个物流网络的结构和规模也关系着建设成本和物流费用以及客户服务水平的高低。采用双层规划模型来描述ULS节点最优选址问题。上层规划以物流总费用最小为目标，从决策者的角度出发考虑ULS节点布局与运输作业、仓储作业成本间的关系；下层规划从满足使用者需求的角度考虑，用最少的物流节点覆盖所有的客户需求。最后，针对ULS节点最优选址的双层规划模型给出求解算法。

关键词：城市ULS；双层规划；物流费用；遗传算法

中图分类号：F25

文献标识码：A

文章编号：16723198（2014）02007202

1引言

介于大城市普遍存在着交通拥堵、能源浪费、环境污染等问题，严重影响了城市居民的生活质量和生存环境的安全，迫切需要一种能创造性地解决上述问题的措施。为了解决这一问题，发展城市地下物流系统应运而生。国内对城市地下物流系统的研究主要集中在两方面：一是对国外城市地下物流系统的介绍；二是探讨城市地下物流系统的规划。其次，对城市地下物流系统在实现城市可持续发展等方面和地下物流系统运载方式的探究，以及地下物流面临的投资风险进行了评价。但目前国内外未涉及地下物流节点的选址研究，由于ULS初期建设成本很高，系统的建设成本平均在1亿元/Km左右，因而节点的选址和规模对整个ULS的建设成本以及服务水平起着举足轻重的作用。物流节点是整个物流网络的中枢，节点位置的确定决定着整个物流网络的形式，同时影响系统建设成本。因此，本文将对ULS节点选址及规模进行初步探究，为将来ULS的建设发展提供初步理论。

2城市ULS节点概述及选址分析

地下物流系统（ULS，Underground Logistics System）是城市外的货物通过各种运输方式运到城市边缘的机场、物流园区、货运站，经过分拣、包装后通过ULS运送到目的地。城市地下物流系统网络由物流节点和网络路线组成。由城市地下物流系统的概念可知，城市地下物流系统网络可分为两部分：一部分是指由管道、隧道、通信线路等构成ULS的网络线路；另一部分是指由存储场所构成的ULS的节点。

城市ULS中的物流中心和配送中心，是城市ULS节点的主要形式，具有衔接功能、信息功能、管理功能，是整个地下物流系统的中枢，担负着货物运输、储存保管、流通加工、装卸搬运以及信息传递的任务，对整个城市地下物流系统进行控制、管理、维护以及信息处理，对装卸工具以及运载工具进行维护管理和控制等。图2为地下物流系统简单的网络结构示意图。

ULS节点既连接城市ULS又衔接传统地面运输系统，其运输工具是AVG（自动导向车）和自动化两用卡车。物流节点选址在ULS规划中很重要，物流节点一旦确定并建设完工，则将难以轻易改动。在规划中要结合城市的自然条件、土地条件、未来货运需求等综合考虑进行选址。ULS节点类似于地铁站的规划，地铁交通要覆盖整个城市因此地铁站点应选择在临近商业圈、工业区、居住圈以及郊区。

3ULS节点选址优化模型

双层规划是一种具有二层递阶结构的系统优化问题，上层给定一个决策变量，下层系统以这个决策变量为参量，据下层目标函数和约束条件，在可能的范围内求得一个最优值，并将自己的最佳反应反馈给上层，上层再在下层的最佳反应的基础上，在可能的范围内求得整体上的最优解。本文采用双层规划模型来描述ULS节点最优选址问题。物流网络的构建决策同时涉及到决策者和使用者，因此物流网络节点的选址是两者相互决策的行为，是一个典型的双层决策问题。

3.1建立双层规划模型结构

本文研究的城市ULS，其节点包括货源地、配送中心和需求地。位于城市边缘的机场、物流园区、货运站的货源地的产品通过配送中心分拨到各需求地。决策者在满足广义物流费用最小和客户的需求的基础上，如何选选择最佳物流节点位置，以最小总成本获得最大效益。模型采用的如下假设：

（1）假设已知需求点，有备选物流中心集，物流中心不存在缺货情况。

（2）假设需求点对产品的需求是随机的，服从正态分布。

（3）假设所有配送导向车都是同种类型且不限数量，配送费用和配送距离成线性关系。

3.2上层模型

上层模型以广义物流总费用最小为目标函数，其中物流总费用考虑配送费用、仓储建设费用、库存保管费用三项。

3.2.1变量及符号说明

5总结

城市ULS初期建设成本很高，节点选址关系到整个物流系统的建设成本和服务客户的水平，因此对于ULS节点的选址要采用适合的模型来确定节点的位置。基于上述问题，本文探讨了ULS节点选址的双层规划模型，采用既反映决策者又反映使用者的物流节点选址双层规划模型，并给出了该模型的求解算法的步骤，这是解决ULS节点选址与布局的有效途径之一。由于数据量的庞大及实际生活中没有投入商业使用的ULS所以采集不到数据，本文并没有给出实际算例分析，但是模型的建立与求解方法能对ULS节点选址与规划起到一定的指导与参考作用。

参考文献

[1]徐国峰.城市地下物流系统构架研究[D].华中科技大学，2012.

[2]张耀平，王大庆.城市地下管道物流发展前景及研究内容初探[J].技术经济，2002.

[3]马祖军.城市地下物流系统及设计[J].物流技术上，2004.

[4]潘盛艺，毛海军.城市地下物流规划建设关键问题发展研究[J].国际物流，2009.

[5]黄欧龙，陈志龙.城市地下物流系统网络规划初探[J].物流技术与应用，2005.

[6]李鹏，朱合华.地下物流系统对城市可持续发展的作用探讨[J].地下空间与工程学报，2007.

[7]王正，黄欧龙.地下物流系统开发模式探讨[J].物流技术，2007.

[8]傅方方.城市地下物流系统风险评价及发展前景研究[D].大连海事大学，2010.

[9]Bracken J， McGill J. Mathematical programs with optimization problems in the constraints. Operation Research， 1973.

摘要：ULS节点的选址决定了整个物流网络的结构和规模也关系着建设成本和物流费用以及客户服务水平的高低。采用双层规划模型来描述ULS节点最优选址问题。上层规划以物流总费用最小为目标，从决策者的角度出发考虑ULS节点布局与运输作业、仓储作业成本间的关系；下层规划从满足使用者需求的角度考虑，用最少的物流节点覆盖所有的客户需求。最后，针对ULS节点最优选址的双层规划模型给出求解算法。

关键词：城市ULS；双层规划；物流费用；遗传算法

中图分类号：F25

文献标识码：A

文章编号：16723198（2014）02007202

1引言

介于大城市普遍存在着交通拥堵、能源浪费、环境污染等问题，严重影响了城市居民的生活质量和生存环境的安全，迫切需要一种能创造性地解决上述问题的措施。为了解决这一问题，发展城市地下物流系统应运而生。国内对城市地下物流系统的研究主要集中在两方面：一是对国外城市地下物流系统的介绍；二是探讨城市地下物流系统的规划。其次，对城市地下物流系统在实现城市可持续发展等方面和地下物流系统运载方式的探究，以及地下物流面临的投资风险进行了评价。但目前国内外未涉及地下物流节点的选址研究，由于ULS初期建设成本很高，系统的建设成本平均在1亿元/Km左右，因而节点的选址和规模对整个ULS的建设成本以及服务水平起着举足轻重的作用。物流节点是整个物流网络的中枢，节点位置的确定决定着整个物流网络的形式，同时影响系统建设成本。因此，本文将对ULS节点选址及规模进行初步探究，为将来ULS的建设发展提供初步理论。

2城市ULS节点概述及选址分析

地下物流系统（ULS，Underground Logistics System）是城市外的货物通过各种运输方式运到城市边缘的机场、物流园区、货运站，经过分拣、包装后通过ULS运送到目的地。城市地下物流系统网络由物流节点和网络路线组成。由城市地下物流系统的概念可知，城市地下物流系统网络可分为两部分：一部分是指由管道、隧道、通信线路等构成ULS的网络线路；另一部分是指由存储场所构成的ULS的节点。

城市ULS中的物流中心和配送中心，是城市ULS节点的主要形式，具有衔接功能、信息功能、管理功能，是整个地下物流系统的中枢，担负着货物运输、储存保管、流通加工、装卸搬运以及信息传递的任务，对整个城市地下物流系统进行控制、管理、维护以及信息处理，对装卸工具以及运载工具进行维护管理和控制等。图2为地下物流系统简单的网络结构示意图。

ULS节点既连接城市ULS又衔接传统地面运输系统，其运输工具是AVG（自动导向车）和自动化两用卡车。物流节点选址在ULS规划中很重要，物流节点一旦确定并建设完工，则将难以轻易改动。在规划中要结合城市的自然条件、土地条件、未来货运需求等综合考虑进行选址。ULS节点类似于地铁站的规划，地铁交通要覆盖整个城市因此地铁站点应选择在临近商业圈、工业区、居住圈以及郊区。

3ULS节点选址优化模型

双层规划是一种具有二层递阶结构的系统优化问题，上层给定一个决策变量，下层系统以这个决策变量为参量，据下层目标函数和约束条件，在可能的范围内求得一个最优值，并将自己的最佳反应反馈给上层，上层再在下层的最佳反应的基础上，在可能的范围内求得整体上的最优解。本文采用双层规划模型来描述ULS节点最优选址问题。物流网络的构建决策同时涉及到决策者和使用者，因此物流网络节点的选址是两者相互决策的行为，是一个典型的双层决策问题。

3.1建立双层规划模型结构

本文研究的城市ULS，其节点包括货源地、配送中心和需求地。位于城市边缘的机场、物流园区、货运站的货源地的产品通过配送中心分拨到各需求地。决策者在满足广义物流费用最小和客户的需求的基础上，如何选选择最佳物流节点位置，以最小总成本获得最大效益。模型采用的如下假设：

（1）假设已知需求点，有备选物流中心集，物流中心不存在缺货情况。

（2）假设需求点对产品的需求是随机的，服从正态分布。

（3）假设所有配送导向车都是同种类型且不限数量，配送费用和配送距离成线性关系。

3.2上层模型

上层模型以广义物流总费用最小为目标函数，其中物流总费用考虑配送费用、仓储建设费用、库存保管费用三项。

3.2.1变量及符号说明

5总结

城市ULS初期建设成本很高，节点选址关系到整个物流系统的建设成本和服务客户的水平，因此对于ULS节点的选址要采用适合的模型来确定节点的位置。基于上述问题，本文探讨了ULS节点选址的双层规划模型，采用既反映决策者又反映使用者的物流节点选址双层规划模型，并给出了该模型的求解算法的步骤，这是解决ULS节点选址与布局的有效途径之一。由于数据量的庞大及实际生活中没有投入商业使用的ULS所以采集不到数据，本文并没有给出实际算例分析，但是模型的建立与求解方法能对ULS节点选址与规划起到一定的指导与参考作用。

参考文献

[1]徐国峰.城市地下物流系统构架研究[D].华中科技大学，2012.

[2]张耀平，王大庆.城市地下管道物流发展前景及研究内容初探[J].技术经济，2002.

[3]马祖军.城市地下物流系统及设计[J].物流技术上，2004.

[4]潘盛艺，毛海军.城市地下物流规划建设关键问题发展研究[J].国际物流，2009.

[5]黄欧龙，陈志龙.城市地下物流系统网络规划初探[J].物流技术与应用，2005.

[6]李鹏，朱合华.地下物流系统对城市可持续发展的作用探讨[J].地下空间与工程学报，2007.

[7]王正，黄欧龙.地下物流系统开发模式探讨[J].物流技术，2007.

[8]傅方方.城市地下物流系统风险评价及发展前景研究[D].大连海事大学，2010.

[9]Bracken J， McGill J. Mathematical programs with optimization problems in the constraints. Operation Research， 1973.