基于挂车共享的甩挂运输联盟中牵引车的调度研究

摘要：甩挂运输联盟的成立是为了联盟成员之间实现资源与信息的共享，弥补甩挂运输资源尤其是车辆及货源信息不平衡方面的问题。针对目前甩挂运输联盟中存在的牵引车调度问题，构建以调度成本最低为目标的车辆路径优化模型。为验证模型的有效性，以某甩挂运输联盟的运营数据作为案例进行仿真实验，利用遗传算法进行求解。这一举措不仅有助于优化甩挂运输联盟的运营模式，更在提升行业整体效率和资源利用水平方面发挥了重要作用。

关键词：甩挂运输联盟 车辆调度 遗传算法 挂车共享

中图分类号：U492

Research on Drop and Pull Dispatching in the Drop and Pull Transport Alliance Based on Trailer Sharing

WANG Li ZHANG Lu YUAN Jingjing

Xinjiang Institute of Technology， Aksu， Xinjiang Uygur Autonomous Region， 843000 China

Abstract： The establishment of drop and drill transport alliance is to achieve resource and information sharing among alliance members， to compensate for the imbalance of drop and drill transport resources， especially vehicle and cargo information. A vehicle path optimization model with the goal of minimizing dispatching costs is constructed to address the drop and drill dispatching problem currently present in drop and drill transport alliance. To verify the effectiveness of the model， a simulation experiment was conducted using the operational data of a certain drop and drill transport alliance， and a genetic algorithm was used to solve the problem. This measure not only helps to optimize the operation mode of drop and drill transport alliance， but also plays an important role in improving the overall efficiency and resource utilization level of the industry.

Key Words： Drop and pull transport alliance; Vehicle dispatching; Genetic algorithm; Trailer sharing

甩挂运输联盟内部的车辆调度问题本质上是一种基于道路货运车辆调度的货运运力资源配置问题，关于甩挂运输的车辆调度问题可以分为三类：（1）只考虑牵引车的调度问题而挂车只作为运输单位的调度问题；（2）挂车的调度问题；（3）牵引车和挂车同时调度的问题。由于牵引车的购置成本高、保养维修费用以及司机人员的成本等问题，联盟成立初期对于各个企业来说成本与收益的分配问题合作中最难解决的问题，如果当牵引车在规定时间内完成运输任务之后返回起始甩挂运输站场，一方面能够保证运力的稳定以及自身企业内部资源的配置，另一方面对于每家企业来说减少了各方面的成本分配问题，也有利于促进联盟内部企业的合作。

通过研究联盟内部企业间挂车共享牵引车返回原车场的甩挂运输牵引车调度问题。首先通过分析车辆调度的流程建立调度模型，其次利用遗传算法进行求解，然后利用某甩挂运输联盟的数据仿真实验，验证该模型的合理性与有效性。

1问题描述和模型构建

现代物流业作为碳排放量较高的几大行业之一，尤其是在物流的运输环节，其碳排放量在物流作业中占80%以上。近年来，国家倡导绿色运输，甩挂运输以其低碳环保、高效运输的优势受到了国家的高度重视。后来部分地区的规模较小甩挂运输企业为了解决甩挂运输发展中遇到的这些问题，形成了甩挂运输联盟，以弥补甩挂运输资源尤其是车辆及货源信息不平衡方面的问题。甩挂运输联盟是一个物流协作团队为了实现甩挂运输的顺利开展而组成的联合体，包括寻找足够稳定的货源、建设基础设施和甩挂运输线路的分工合作等[1]。目前国内关于甩挂运输联盟的研究主要集中联盟企业如何选择合作伙伴[2]、甩挂运输联盟稳定性分析[3-4]，以及甩挂运输联盟平台价值创造的实现过程等方面进行了研究[5]，关于甩挂运输联盟中车辆调度问题的研究文献相对较少，李雨婷以公铁联运应用场景下的共享挂车池甩挂运输为例，建立牵引车调度模型和挂车配置模型[6]，解决了二者之间的最佳适配数量。

1.1问题描述

1.2目标函数：

目标函数，表示该车辆调度问题要实现在完成运输任务时成本最低。以成本最小的目标函数如下：

1.3约束条件

（1）车场开出牵引车数量的限制。

（2）所有运输任务都要完成。

（3）牵引车只有完成当前任务才能完成下一任务。

（4）牵引车在完成任务后必须在车场最晚结算牵引车数量时返回车场。

（5）从车场出发并且最后回到原车场。

（6）不能从车场到车场。

（7）决策变量的整数约束。

2利用遗传算法求解

2.1遗传算法原理

遗传算法模拟了自然选择和遗传中发生的复制、交叉和变异等现象，从任一初始种群出发，通过随机选择、交叉和变异等操作，产生一群更适应环境的个体，使群体进化到搜索空间中越来越好的区域，这样一代一代地不断繁衍进化，最后收敛到一群最适应环境的个体，求得问题的最优解[7]。

2.2遗传算法步骤

2.2.1确定编码方式及初始群体的产生

对于TSP来说，基于二进制的交叉和变异操作是不适用的[5]，以1985年Grefenstette提出的基于顺序（Ordinal Representation）的遗传基因编码方法作为算法编码为基础，本文采用双层编码，第一层为配送任务顺序编码，长度为配送任务数，基因位为1～的自然数。第二层为指派配送中心编码，长度为配送任务数，基因位为1～，为车场数量。如，则一个合法的编码为，其中为第一层编码， 表示首先执行5号配送任务（5号配送任务的起点和目的地，配送量都已知），然后再执行3号配送任务，再配送4号配送任务以此往下继续进行。为第二层编码表示，1号配送任务由车场2服务，2号配送任务由车场1服务，3号配送任务由车场2服务，4号配送任务由车场2服务。

2.2.2确定个体评价方法

对于极小值问题，适应度值就等于目标函数的倒数，取目标函数为，那么适应度函数即为。

2.2.3变异和交叉

第一层编码遗传算子设计如下：

（1）变异 。在此过程中采用单点变异，首先产生2个随机自然数，然后交换第位和位的基因。比如那么染色体的变异为

（2）交叉：两点交叉。①随机选择两个染色体作为父本；② 产生2个随机自然数和；③将两个父本染色体至之间的基因片段进行交换，得到两个子代染色体，并对得到的两个染色体进行修订处理，使得不发生冲突。例如：选择的两个父本染色体，那么交叉过程为，交叉后 修补之后为。

第二层编码遗传算子设计如下：

（1）变异。 同样采用单点变异，首先产生一个随机自然数，表示采用随机变异的方式将第位的基因发生变异。比如， 那么染色体的变异为。

（2）交叉：两点交叉。首先随机选择两个染色体作为父本，然后产生2个随机自然数和，最后将两个父本染色体～之间的基因片段进行交换，得到两个子代染色体。例如选择的两个父本染色体，那么交叉过程为，交叉后。

2.2.4终止条件

算法终止一般指适应度函数值的变化趋于稳定或者满足迭代终止的公式要求，也可以是迭代到指定代数后停止进化[8]。

3案例分析

某甩挂运输联盟由S1、S2、S3、S4、S5五家运输企业组成，每个运输企业都有自己的甩挂运输站场，站场主要负责货物的中转以及集散。企业间挂车可以共享，牵引车由各企业自己管理，所以在当天运输任务完成之后牵引车必须在当天最晚结算点返回车企业站场。每家企业所拥有的牵引车数量如下表1所示，每辆车在出发之后20 h内必须返回车场。

该运输系统中还存在5个运输任务节点，分别为N1、N2、N3、N4、N5，运输任务节点及甩挂运输站场两两之间的距离如表2所示，而相互之间的运输任务如表3所示。假设牵引车的运输速度为60 km/h，挂车载重为60 t，且每公里的运输费用为4.344元/km，车辆调度费用为C=300元。

利用 MATLAB 工具软件实现文中算法。在约定的时间内，完成所有任务的前提下，假设种eRy6mp+0LqlLPFOHOTqCzvXIEsYpLjOpZMsnsliru3w=群规模为20，设置迭代次数为100，交叉概率为0.7，变异概率为0.1，通过利用MATLAB进行计算，得到遗传算法优化的迭代曲线（如图1所示），当迭代至90代之后，成本趋于稳定，得到最小成本为 50 608.92元。

4结语

随着甩挂运输在我国的逐步开展，甩挂运输联盟企业合作发展的模式未来也将成为中小企业与大企业竞争的必然发展模式，那么企业间资源的调配以及资源的合理分配等问题对于甩挂运输联盟的推进具有重大意义。牵引车返回原始甩挂运输站场有利于保证运力的平衡和解决车辆维修保养等问题，对于甩挂运输联盟组织模式的开展也是一种创新。

参考文献

[1] 杨伟健.关于以联盟方式开展甩挂运输的探讨[J].铁路采购与物流，2016，11（6）：46-48.

[2] 冯建丽，高超.“互联网+”背景下的甩挂运输企业联盟的伙伴选择研究[J].公路交通科 技，2022，39（7）：181-190.

[3] 杨扬，邹欣辰，徐新扬.跨境甩挂运输联盟稳定性的演化博弈分析[J].重庆理工大学学报（社会科学），2021，35（6）：131-144.

[4] 杨扬，徐新扬.基于博弈理论的甩挂运输企业联盟条件与合作演化研究[J].公路交通科技，2020，37（5）：140-148.

[5] 康凤伟，于梦琦，周志成，等.公铁联运企业甩挂运输联盟平台的价值创造模型[J].物流技术，2022，41（5）：33-38.

[6] 李雨婷.共享挂车池甩挂运输的牵引车调度和挂车配置研究[D].北京：北京交通大学，2020.

[7] 何金涛，杨中华.基于自适应交叉策略遗传算法的非空货位分配方案优化研究[J].物流科技，2024，47（10）：15-21.

[8] 李岩，袁弘宇，于佳乔等.遗传算法在优化问题中的应用综述[J].山东工业技术，2019（12）：242-243，180.