一种基于配流仿真的大尺度空间物流通道容量设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于配流仿真的大尺度空间物流通道容量设计方法，包括如下步骤：S1、将港口和物流节点抽象为有向网络；S2、建立基于集疏运通道的交通配流模型，利用配流模型求解一定路网容量下的广义物流成本和通道建设成本；S3、利用启发式算法，随机生成若干组以物流节点为单元，节点之间通道容量为值的NxN矩阵，并将各组方案带入交通配流模型计算成本；S4、生成最优的干线通道设计方案。本发明专利技术以连通性和经济性为导向，解决各物流通道的容量设计问题，为区域综合交通系统规划提供理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于配流仿真的大尺度空间物流通道容量设计方法
本专利技术涉及港口物流
，尤其是一种基于配流仿真的大尺度空间物流通道容量设计方法。
技术介绍
集疏运系统是运输系统的一个分支，其大部分研究都与交通流、运输经济等方向有所交叉。尤其是交通配流在集疏运系统中有广泛的运用，其主要目的是使用户合理选择出行路径，或者为路网规划者提供参考。关于集疏运系统设计的一个困难是，在大尺度条件下，缺乏大量实测数据的情况下，如何正确合理地设计集疏运通道的容量，从而满足连通性需求，通道应当具有充足的容量确保体系的集疏运效率，从而控制其时间成本；同时为满足经济性需求，通道的容量应与物流需求相匹配，从而控制其建设成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种基于配流仿真的大尺度空间物流通道容量设计方法，以连通性和经济性为导向，解决各物流通道的容量设计问题，为区域综合交通系统规划提供理论支撑。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于配流仿真的大尺度空间物流通道容量设计方法，包括如下步骤：S1、将港口和物流节点抽象为有向网络；S2、建立基于集疏运通道的交通配流模型，利用交通配流模型求解一定路网容量下的广义物流成本和通道建设成本；S3、利用启发式算法，随机生成若干组以物流节点为单元，节点之间通道容量为值的NxN矩阵，并将各组方案带入交通配流模型计算成本；S4、生成最优的干线通道设计方案。优选的，步骤S1抽象出有向网络G＝(N,A,B)，N为货运节点集合，A为货运路段集合，记R为集装箱生成城市集合，S为集装箱配送港口集合。优选的，步骤S2中，交通配流模型的目标函数为minC＝αCA+βCB(1)其中α，β为权重系数，CA为陆路物流时间成本，CB为通道建设成本；其中为决策变量；为如果路段a在r和s之间第k条路段上，则否则为r和s之间第k条路段的费用；其中为路段k上零流量费用；tk为货物运输时间(小时)；tfree,k为路段k的自由流行驶时间，为路段长度lk和自由流速度vk之间的函数，qk为路段k上的货流量；Fk为路段k的通行能力；α、β为BPR函数的时间费用拟合参数，α取0.15，β取2.5；通道建设成本费率计算公式如下：其中为r和s之间第k条路段的长度；为公路运输的费率；为r和s之间第k条路段上的货量；其中为r和s之间第k条路段的长度；fw为通道单位建设成本，假设为线性，取1；为路段通道容量。优选的，步骤S2中，交通配流模型应该满足如下约束条件：(a)集装箱源地货运量与配送需求量qr之间的约束为：(b)集装箱配送港口货运量与配送容量qs之间的约束为：(c)路段货运量qk与的路段的承载容量Vk之间的约束为：(d)节点之间的货运时间约束Trs为：优选的，步骤S2中交通配流模型使用增量分配法和Dijkstra算法求解。优选的，步骤S3中首先生成抽象集疏运网络的通道情况0,1矩阵M，M应当以节点N为坐标，对于存在通道相连的节点间赋值为1，不相连的节点间赋值为0。优选的，步骤S3中，应当完全随机地生成若干随机的容量矩阵{Si}，并每次选择都需要针对约束条件合法性检验，及时剔除不满足约束的个体，其具体约束如下：Si(j,k)≥0(M(j,k)＝1)且Si(j,k)＝0(M(j,k)＝0)。优选的，步骤S3中选用遗传算法时，其具体步骤如下：S31、编码，为了进行数字化，需要对各节点进行编号，用{a1，a2，…,an}来分别表示各中心的排列顺序；S32、初始化，选取完全随机的方法，产生若干个初始群体，每次选择都需要针对约束条件合法性检验，及时剔除不满足约束的个体；S33、计算个体适应度，根据公式(1～1.2)计算Si对应的Ci；S34、自然选择，使用轮盘赌的方法来从种群中选择遗传信息较为优秀的算子，种群个体的适应度越高，则说明个体满足自然选择的条件越好；S35、交叉算子，采用多点交叉的方法，其具体操作方法为，从父体A中获得奇数项的基因算子，算子基因对应位置的放置在子体中，然后从父体B中过的偶数项的基因算子，算子基因自左向右按照父体B中的顺序填充子体中的空白；S36、变异算子，根据变异概率，进行代替变异，对于概率区间内的算子，将其基因中的奇数项和偶数项根据从左到右的顺序两两替换，实现变异。优选的，步骤S4中的最优方案为满足步骤S3中的迭代代数或迭代精度要求所输出的容量矩阵S。本专利技术的有益效果为：本专利技术以连通性和经济性为导向，解决各物流通道的容量设计问题，为区域综合交通系统规划提供理论支撑。附图说明图1为本专利技术的方法流程示意图。图2为本专利技术实施例中的研究范围集疏运节点和通道分布示意图。具体实施方式一种基于配流仿真的大尺度空间物流通道容量设计方法，包括如下步骤：S1、将港口和物流节点抽象为有向网络；S2、建立基于集疏运通道的交通配流模型，利用配流模型求解一定路网容量下的广义物流成本和通道建设成本；S3、利用启发式算法，随机生成若干组以物流节点为单元，节点之间通道容量为值的NxN矩阵，并将各组方案带入交通配流模型计算成本；S4、生成最优的干线通道设计方案。如图1所示，本实施例提供了一种基于配流仿真的大尺度空间集疏运通道容量设计方法，本实施例应用于西部非洲几内亚湾地区乍得、喀麦隆、赤道几内亚、加蓬、刚果和中非6国，具体包括以下步骤：第一步，本实例根据设计通道绘制研究范围的通道抽象图如图2所示，规定研究方向为集运方向，选取拉各斯、阿布贾、阿尔利特和哈科特港作为区域边界，根据有向抽象网络生成集疏运通道矩阵M如表1所示；表1集疏运通道矩阵进一步地，对2030年各节点的出口集装箱生成量进行乐观预测，如表2所示。表2物流节点2030年出口集装箱生成量第二步，建立基于矩阵M和集装箱生成量的配流模型，其表达式如下：minC＝αCA+βCB(1)其中α，β为权重系数，CA为陆路物流时间成本，CB为通道建设成本；其中为决策变量；为如果路段a在r和s之间第k条路段上，则否则为r和s之间第k条路段的费用；其中为路段k上零流量费用；tk为货物运输时间(小时)；tfree,k为路段k的自由流行驶时间，为路段长度lk和自由流速度vk之间的函数，qk为路段k上的货流量；Fk为路段k的通行能力；α、β为BPR函数的时间费用拟合参数，α取0.15，β取2.5；通道建设成本费率计算公式如下：其中为r和s之间第k条路段的长度；为公路运输的费率；为r和s之间第k条路段上的货量；其中为r和s之间第k条路段的长度；fw为通道单位建设成本，假设为线性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于配流仿真的大尺度空间物流通道容量设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、将港口和物流节点抽象为有向网络；/nS2、建立基于集疏运通道的交通配流模型，利用交通配流模型求解一定路网容量下的广义物流成本和通道建设成本；/nS3、利用启发式算法，随机生成若干组以物流节点为单元，节点之间通道容量为值的NxN矩阵，并将各组方案带入交通配流模型计算成本；/nS4、生成最优的干线通道设计方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于配流仿真的大尺度空间物流通道容量设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将港口和物流节点抽象为有向网络；
S2、建立基于集疏运通道的交通配流模型，利用交通配流模型求解一定路网容量下的广义物流成本和通道建设成本；
S3、利用启发式算法，随机生成若干组以物流节点为单元，节点之间通道容量为值的NxN矩阵，并将各组方案带入交通配流模型计算成本；
S4、生成最优的干线通道设计方案。


2.如权利要求1所述的基于配流仿真的大尺度空间物流通道容量设计方法，其特征在于，步骤S1抽象出有向网络G＝(N,A,B)，N为货运节点集合，A为货运路段集合，记R为集装箱生成城市集合，S为集装箱配送港口集合。


3.如权利要求1所述的基于配流仿真的大尺度空间物流通道容量设计方法，其特征在于，步骤S2中，交通配流模型的目标函数为
minC＝αCA+βCB(1)
其中α，β为权重系数，CA为陆路物流时间成本，CB为通道建设成本；



其中为决策变量；为如果路段a在r和s之间第k条路段上，则否则为r和s之间第k条路段的费用；



其中为路段k上零流量费用；tk为货物运输时间(小时)；tfree,k为路段k的自由流行驶时间，为路段长度lk和自由流速度vk之间的函数，qk为路段k上的货流量；Fk为路段k的通行能力；α、β为BPR函数的时间费用拟合参数，α取0.15，β取2.5；
通道建设成本费率计算公式如下：



其中为r和s之间第k条路段的长度；为公路运输的费率；为r和s之间第k条路段上的货量；



其中为r和s之间第k条路段的长度；fw为通道单位建设成本，假设为线性，取1；为路段通道容量。


4.如权利要求3所述的基于配流仿真的大尺度空间物流通道容量设计方法，其特征在于，步骤S2中，交通配流模型应该满足如下约束条件：
(a)集装箱源地货运量与配送需求量qr之间的约束为：



(b)集装箱配送港口货运量与配送容量qs之间的约束为：



(c)路段货运量qk与的路段的承载容量Vk之间的约束为：

【专利技术属性】
技术研发人员：雷智鹢，许博，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32