轴辐式多式联运网络下冷链物流运输方式优化研究

李帅帅　张诤　赵丛丛

摘 要：考虑到冷鲜产品在运输过程中，环境变化、运输时间的长短、温度的高低均能造成冷鲜产品的变质，造成成本增加。所以在运输过程中，将轴辐式网络理论和多式联运理论引入冷链物流运输过程中，在构建目标函数的同时考虑碳排放、货损费用等，在保证广义成本最小基础上，用Dijkstra算法对其进行求解，得到最优的联运方式。

关键词：轴辐式网络理论；多式联运理论；冷链物流

中图分类号：F506 文献标识码：A

Abstract： Considering the cold fresh products in the process of transportation， the environment changes， transport time and temperature can cause the stale， so in the process of transportation， introduce the hub-and-spoke network theory and intermodal transportation into the process of cold chain logistics. In constructing the objective function at the same time consider carbon emissions and bad cost of products， on the basis of minimum cost， utilize dijkstra algorithm to get the best of intermodal transportation.

Key words： hub-and-spoke theory； intermodal transportation； cold chain logistics

0 引 言

我国处在多种交通方式快速发展时期，综合性交通体系正在被快速的发展和完善，目前很多物流企业看到了多式联运广阔的发展空间，尤其是在国际贸易中在运输条件允许的情况下都会选择多式联运，他们就会更加关注多式联运运输成本和时间。此外，多式联运网络体系在提高经济发展时仍然存在很多问题，如运输模式单一、管理结构合理性差、固定的运输线路及各种运输方式之间的衔接不恰当等。随着环境污染的日趋严重，国家提倡绿色物流的发展模式，同样加大多式联运的难度。

许多学者针对以上问题做了很多研究。其中，张运河[1]运用广义最短路径法对目标函数进行转化，最后使目标函数可以用Dijkstra算法进行求解，从而获得使广义成本最小的联运方案。陈雷[2]将碳排放量引入多式联运模型中，然后进行多式联运方式的选择，并用C++调用LINGO程序进行求解。佟璐[3]从影响多式联运的运输费用相关因素出发，将多式联运路径问题转化为一个广义的最短路径问题，并运用蚁群算法进行求解。盛景军[4]采用收敛速度较高的Pareto混合遗传算法对多式联运模型进行求解，通过实例验证算法有效性。雷定猷[5]从可行性和合理性角度出发，分析了长大货物多式联运路径优化影响因素。以最小运输时间、里程、费用为目标函数，最后应用遗传算法进行求解。康凯[6]从承运人和客户的利益出发，采用启发式算法，构建运输方式选择与运输优化模型，运用粒子群—蚁群双层优化算法进行求解。杨雪[7]考虑运输时间、运输成本、换装时间和换装成本，用定量研究的方法，以时间和成本的广义成本最小为目标函数，选择最佳的多式联运运输路线以及运输方式。孙丽娜[8]在前人研究的基础上，考虑了运输成本、固定成本以及运量和运输时间窗的限制，以网络费用最小建立模型，最后运用禁忌搜索算法进行求解。

上述各学者从不同的方面构建多式联运网络模型，在构建模型方面，有些模型以单一的运输费用、时间、承运人服务水平为目标，没有综合考虑各个因素共同的影响。有些忽略了碳排放、满载率、客户的时间窗的约束。为此，在构建多式联运网络时，引入了轴辐理论，在构建模型时考虑总时间、碳排放成本、满载率等因素，以广义的最小费用为目标函数，最后运用

Dijkstra算法对模型进行求解分析，为以后的相关研究提供理论基础。

1 轴辐式多式联运网络的构建

1.1 轴辐式网络概述

轴辐式网络由轴（Hub）和辐（Spoke）组成。其中轴代表网络的中转站的节点，辐代表着由中转站节点辐射的线路。

1.2 轴辐式多式联运网络的构建

本文所探索的轴辐式多式联运网络可定义为：货物在起始的节点进行集聚，经过若干个中转节点进行转运，最后在目的地把货物疏散到配送中心，由配送中心配送到零售商，以达到最优的联运方式，降低网络成本。

轴辐式多式联运网络中存在着多种运输方式，为了合理表示出运输方式间的转运，要将它进行相应的变换。网络变换方法如下：

如果在两个中转节点之间有运输方式发生转运，把这一节点进行拆分处理，在拆分节点间添加相应的线条和换装线，一种线条对应一种运输方式。任意两种运输方式间通过换装线进行运输方式转换。如图1所示，O、A、B、C、D其中O、D代表城市的起始节点和目的地，A、B、C为中转站，每个中转站可以提供3种常用的运输方式。

2 运输方式优化模型的建立

2.1 运输问题的提出

假设某物流企业在起始节点O点进行货物集结，之后把货物途经若干个城市运输到终端D，这些城市之中有若干个节点可以进行货物中转，每个城市可以提供的常用的运输方式，最多有铁路、公路、航空3种，每个城市任意两种运输方式的中转费用相同，然后再由物流配送中心把货物分散到各个零售网点，完成货物运输的全过程，本文只进行干线运输方式优化，在后续的研究中再对配送路径进行探索。

2.2 假设条件

假设1 货物只能在转运节点进行转运，每个节点只能转运一次；

假设2 货物在运输过程中，要看成一个整体；

假设3 货物在两节点之间只能选择一条路径、一种运输方式；

假设4 货物在运输过程中不考虑路况和交通流量的影响；

假设5 不考虑货物的集结时间。

2.3 运输方式优化模型的建立

在上述模型中，式（1）为目标函数联运总成本最小，由货物运输成本、中转成本和货损成本构成；式（2）为运输能力约束；式（3）为两城市之间只能选择一种运输方式；式（4）表明只能在中转城市才能进行中转；式（5）防止各运输方式发生冲突，如果在城市i运输方式由k转换为l，从城市i-1到城市i联运方式为k，从i到i+1联运方式采用l；式（6）为运输过程中消耗的总时间；式（7）为运输过程中总的碳排放费用。

3 Dijkstra算法求解联运运输网络最优运输方式问题

4 算例分析

某物流公司想运送50T货物，从起始地O到物流配送中心D，途中经过四个城市，各个城市之间都能进行运输方式的中转时间和中转费用如表1，表2为各运输方式的其他参数，表3为各运输方式的距离，同种运输方式中转费用为0，不同运输方式的中转费用相同为2，在综合考虑各种费用条件下，如何进行运输，才能得到使目标函数最小且最优联运方式？

应用Dijkstra算法对算例进行求解，首先构建如图2最短路径计算网络示意图，由公式（1）求出每一条边的最小权值，利用Dijkstra算法的求解步骤进行求解，得到最优的联运方案（假设碳税税率=0.02元/kg，θ=0.03）。

应用MATLAB R2012b进行求解，求解结果如图3所示：

总时间为27.5h，总费用为9 100元，在货物集结和配送时均用公路运输，图3没有表示出集结和配送两过程。

5 结 论

多式联运网络优化是一个多约束条件的综合性规划问题，本文创新点在目标函数中加入碳排放费用、货损费用、中转费用等，使求得的最优联运方式成本更加接近实际。在构建联运网络时，文章引入了轴辐式理论，进行联运网络的构建，进一步提高了运输工具的满载率，降低了单位运输成本。另外，本文在探索过程中忽略了交通量和时间窗对运输方式选择造成的影响，这些问题是今后的研究重点。

参考文献：

[1] 张运河，等. 优化多式联运问题的一种广义最短路方法研究[J]. 铁道学报，2006，28（4）：22-26.

[2] 陈雷，等. 基于碳减排政策的多式联运运输方式选择优化模型[J]. 北京交通大学学报，2015，39（3）：70-75.

[3] 佟璐，等. 多式联运路径优化模型与方法研究[J]. 物流技术，2010，5（19）：57-60.

[4] 盛景军，等. 基于Pareto适应度的混合遗传算法在多式联运问题中的应用[J]. 西南师范大学学报（自然科学版），2012，37（9）：43-47.

[5] 雷定猷，等. 长大货物多式联运路径优化模型与算法[J]. 交通运输工程学报，2014，14（1）：75-83.

[6] 康凯，等. 多式联运中运输方式与运输路径集成优化模型研究[J]. 计算机应用研究，2010，27（5）：1672-1675.

[7] 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（硕士学位论文），2013.

[8] 孙丽娜. 轴辐式多式联运枢纽网络优化研究[D]. 北京：北京交通大学（硕士学位论文），2015.