没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
规划问题算法-5构建地下物流系统网络.pdf
1.该资源内容由用户上传,如若侵权请联系客服进行举报
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
版权申诉
5星 · 超过95%的资源 1 下载量 153 浏览量
2022-05-01
19:59:15
上传
评论
收藏 1.75MB PDF 举报
温馨提示
试读
33页
规划问题算法-5构建地下物流系统网络.pdf
资源推荐
资源详情
资源评论
参赛密码
(由组委会填写)
“华为杯”第十四届中国研究生
数学建模竞赛
题 目 构建地下物流系统网络
摘 要:
本文主要研究了地下物流系统(ULS)的节点选择、通道网络设计、网络改进及建
设时序问题,首先基于原始 OD 数据采用重心法和覆盖法确定了各级节点的位置及数目,
建立非线性规划模型确定各节点的服务范围并计算其实际货运量和一级节点转运率;然
后以总成本最小化为目标优化网络,确定物流园与一级节点间、各一级节点之间、一级
与从属二级节点之间的连线方式(即通道位置)和通道形式;再次,建立地下物流网络
运输效率分析模型,通过改变通道等方式满足评价指标,提高 ULS 的抗风险能力;最后,
建立多目标系统动态规划模型,每个阶段均定制三个过渡方案,确定出各阶段的最优扩
容策略。
针对问题一,采用自上而下的方式确定各级节点的位置和数量。首先,为保证交通
基本畅通,根据拥堵指数与货运量的比例关系可计算出相应区域地下总的进出货运量;
其次,为简化计算和尽可能降低转运率,将整个区域基于货运交易量划分为 4 个子区域
(即 4 个一级点的覆盖范围),利用 MATLAB 编程确定各区域边界,采用重心法确定各
子区域的一级节点的位置;考虑到部分区域货运量与面积之比过小,对整个区域进行灰
度处理,若服务范围内的灰度值较小即可认为覆盖了这个区域;接着建立非线性规划模
型,在满足服务半径在 3 公里,且一级节点的地面收发货物总量上限为 4000 吨的条件
下,选择货运量最大的服务半径,从而确定了 4 个一级点的服务范围;然后选取距离一
级节点较近的中心点作为二级节点,建立覆盖模型,在满足二级节点地面收发货物总量
上限 3000 吨及服务半径的条件下,尽可能覆盖较多的中心点,至此,地下物流网络节
点群已确定完毕,共建立了 27 个节点(包括 4 个一级和 23 个二级);最后,根据各节
点实际的货运量计算一级节点的转运率分别为
%1.64%,12.41%,07.59,%99.44
。
针对问题二,采用自下而上的调整方法确定网络的连接形式。通过重心法重新调整
二级节点位置(二级节点服务范围不变),使得二级节点与各中心点之间的物流距离最
小;然后计算各节点实际的货运量以及总成本(包括运营成本和建设成本)最小化为目
标,确定通道形式:物流园与一级节点之间采用双向四轨(10 吨)车辆运输、四个一级
节点之间采用六条线呈网状连接,由车辆运输上限得出有两条双向二轨(
5
吨)线路以
及四条双向四轨(5 吨)线路、一级节点与二级节点之间以星射线的方式连接并采用双
向二轨(5 吨)车辆运输;此方案既降低了通道的总长度,同时降低了建设成本与运输
成本,计算得到总成本
天万/407M
;
最后确定各级节点间实际流量。
针对问题三,首先对原有网格系统的运输时间进行优化,从货运量、时间、距离等
因素出发,建立地下物流网络运输效率分析模型,采用了三个衡量指标,即可用性、可
达性、适度性,其中,可用性分析从路段、路径、O-D 对、网络四个方面分析了其可以
正常使用的概率,以平均阻抗表示节点和整体网络的可达性,适应度指标包括节点间路
径效率,网络运输能力适应度和收发均衡指数;接着建立风险评估模型,引入网络连通
系数,结合评价指标,对第二问的 ULS 作如下改动:各区域二级节点之间建立通道,对
于货运量较大的区域优先建立连接,在三区、四区可适当增加通道数;为降低主干道(物
流园与一级节点之间的通道)的中断带给网络的致命性影响,因不考虑物流园区的拥堵
情况,我们采用路面运输的方式由物流园直接发往临近的二级点,同时考虑此二级点的
拥堵情况,此时,二级节点变为新的一级节点,服务于本区域,大大提高了 ULS 的抗风
险能力(改进后的网格模型见图 7)。利用上述风险评价指标进行对比验证计算,发现
运输网络可达性、运输能力适应度平均降低 15%,网络连通系数和运输网络的可用性显
著性提高,达 35%。
针对问题四,根据该市未来 30 年的交通需求,规划分为三个阶段,每个阶段均定
制三个过渡方案,建立多目标系统动态规划模型,首先确立各方案的定量和定性评价指
标,构成评价目标集,然后根据模糊性和相对性确定定量目标相对优属度。根据语气算
子确定定性目标相对优属度,计算出总体相对优属度,因为不同因素对最终优选策略影
响程度各异,因此需要给系统指标赋予权重。最后建立多目标系统动态规划模型,确定
出各阶段的最优扩容策略为,第一阶段选 B1 方案,第二阶段选 A2 方案,第三阶段选 B3
方案(具体解释见文章第五部分)。
关键词:地下物流系统(ULS),重心法,覆盖模型,网络运输效率分析模型,风险评
价指标体系,多目标动态优化
1
构建地下物流系统网络
一、问题重述
我国人口众多、大城市密集、交通状况不佳已经到了迫切需要改善的程度,而且我
国城市地铁网络的建设、高铁公路通道的建造正大规模地进行,地下空间开发利用的规
模和速度已居世界前列,地下工程的技术水平也已基本满足需要,ULS 应该提上议事日
程。撇开可行性、工程技术问题,构建地下物流系统网络是建设“地下物流系统”必不
可少的关键步骤。
已知南京市仙林地区的交通货运区域划分图和相应的货运 OD(Origin Destination)
流量矩阵(只考虑始发地和目的地的货运流量,不考虑在此之间的途径地)、各区域中
心点及区域面积、各区域交通拥堵系数(为简化计算,部分数据经过处理)。其他相关
数据可以自行查找,收集与建立该区域“地下物流系统”网络有关的数据资料并完成以
下几项任务:
发展城市地下物流网络的两个直接目标:一是缓解交通拥堵直至交通畅通,至少基
本畅通;二是降低物流成本。
1. 地下物流节点选择;根据你们的观点和该区域的实际情况建立该区域节点选择
模型,确定该区域地下物流网络节点群。
计算结果需要但不限于提交:一、二级节点数及位置、各节点的服务范围(经该节
点出、入地面货物的起或讫点形成区域)、各节点实际货运量、各一级节点的转运率。
2. 地下通道网络设计;请你们在地下物流网络节点群的基础上选择合适的地下路
线以建立该区域的“地下物流系统”网络。在转运率变化不大的情况下,若考虑优化网
络,可适当调整一、二级节点位置。除园区至一级节点的地下通道外其他地下通道均采
用 5 吨的地下运输车辆。
计算结果需要但不限于提交:网络构成(节点及通道位置);各节点实际货运量;
各级通道的位置和实际流量。
3. 网络改进;以上是分步设计网络,并未从全局出发,根据你们对运行情况的仿
真,上面得到的网络有无修改的必要?能否通过增加、减少节点的个数,调整节点的位
置或级别,增加、减少、改变路径的方法縮短货物运输总里程(同时节省运输时间),
降低运输成本。
进一步从增强 ULS 的抗风险能力(如某通道中断,某方向货运量激增)考虑,需要
对第二问的 ULS 作怎样的改动?
4. 建设时序与动态优化;“地下物流系统”造价高,风险大,改建困难,所以应
做好顶层设计,如果希望考虑满足该市近 30 年内的交通需求(可以认为需求量每年呈
5%增长)并根据建设进度分八年完成“地下物流网络系统”的建设(每年可建设道路长
度大致相等),请给出该市“地下物流系统”网络各线路的建设时序及演进过程,与你
在第三题中设置的网络有什么差别?并比较优劣。
二、问题分析
2.1
问题一的分析
问题一要求在已知数据的基础上,对南京市仙林地区的 110 个区域(不含 4 个物流
园)建立节点选择模型,并确定该区域地下物流网络节点群。即已知各区域对应的货运
OD 矩阵、各区域中心点坐标、区域面积、交通拥堵系数来确定各级节点的位置和数量、
服务范围、对应实际货运量及各一级节点的转运率。建立 ULS 的直接目标是缓解地面交
更多数学建模资料请关注微店店铺“数学建模学习交流”
https://k.weidian.com/RHO6PSpA
2
通拥堵同时降低物流成本:
(1)首先对原始 OD 数据进行地下物流量分析,根据拥堵指数跟货运量成正比,为
达到基本畅通,需将所有区域的拥堵指数降为 4,根据比例关系可计算出相应区域地下
总的进出货运量;
(2)然后根据 4 个物流园对 110 个区域的货运量不同,将整个区域划分为 4 个子
区域(即 4 个一级点的覆盖范围已经确定),利用 MATLAB 编程确定各区域边界;
(3)不妨采用自上而下的方法确定各级节点的位置和数量,即先确定一级节点的
位置及服务范围,再确定二级节点的位置及服务范围,考虑用重心法确定各子区域的重
心,即为各子区域的一级节点,这样,我们就确定了 4 个一级点的位置,也满足了转运
率低的要求;
(4)又因部分区域的货运量和面积之比过小,故对整个区域进行灰度处理,每个
区域的灰度值代表所在区域单位面积的货运量,若服务范围内的灰度值较小即可认为覆
盖了这个区域;
(5)接着建立非线性规划模型,在满足服务半径在 3 公里,且一级节点的地面收
发货物总量上限为 4000 吨的条件下,选择货运量最大的服务半径,从而确定了 4 个一
级点的服务范围;
(6)二级节点选择的时候不妨直接选取距离一级节点较近的中心点,建立覆盖模
型,在满足二级节点地面收发货物总量上限 3000 吨及服务半径的条件下,尽可能覆盖
较多的中心点,如此,可求出 4 个区域所有一级点下二级点的位置、数目及货运量,最
后,根据各节点实际的货运量计算一级节点的转运率。
2.2 问题二的分析
问题二要求在问题一物流节点群的基础上建立合适的“地下物流系统”网络,即通
过调整一二级节点位置、选择合适的地下物流通道等方式优化网络,确保地下物流总成
本最小:
(1)采用自下而上的调整方法。因原有二级节点位置直接选取与一级临近的中心
点作为节点,未考虑二级区域中心点的货运量,为了降低二级节点服务区域地面交通拥
堵系数,通过重心法重新调整二级节点位置,使得二级节点与各中心点之间物流距离减
小,进一步降低物流成本同时保持二级节点服务范围不变。
(2)重新调整各节点位置后,通过计算各节点实际的货运量及以总成本(包括运营
成本和建设成本)最小化为目标,确定物流园与一级节点间、各一级节点之间、一级与
从属二级节点之间的连线方式(即通道位置)和通道形式。
(3)已知物流园和各个优化后的节点坐标,以及各节点通道距离,然后根据各通道
的实际流量与通道长度确定运输成本,根据确定的节点位置级通道形式选取方案确定建
设成本。最终得到总成本。
2.3 问题三的分析
问题三要求从全局出发,判断在问题二中的网络模型有无修改的必要,并采用一些
方法缩短货物运输总里程,同时节省运输时间,降低运输成本,这三者相互联系,综合
起来就是提高经济性运输效率的问题。然后进一步从增强 ULS 的抗风险能力出发,对第
二问构建的物流网格做适当的改动。
(1)首先对原有网格系统的运输时间进行优化,从货运量、时间、距离等因素出
发,确定分析指标,建立地下物流网络运输效率分析模型,
(
2
)然后以运输费用最小化为目标,对货运量、时间、距离等进行优化。
(
3
)确立物流运输网络的综合评价指标体系。做到物流运输网络风险评价的定量化,
并为物流运输网络的规划与优化打下基础。在优化物流运输网络时,至关重要的是强度
3
大的节点和权重大的边,因此必须加强它们的建设,注重节点和边之间的联系,注重网
络层次,在保证安全的前提下提高物流运输网络的整体效率。
2.4 问题四的分析
通过以区域大城市为中心物流节点的物流网络空间扩张,从物流节点的增多和规模
的扩大,物流网络的建设,最后向整个腹地,呈网式扩展,促使具有“点一轴一网”空间结
构与多重循环机制特征的区域物流网络得以形成和发展。
“地下物流系统”前期投入大,建设周期长,改造灵活性低。根据该市未来 30 年
的交通需求,规划分为三个阶段,即第一个阶段为第 1-10 年,第二个阶段为 11-20 年,
第三个阶段为 21-30 年。逐步完善该城市物流节点系统,提高城市的交通运输能力。在
现有一级节点、二级节点构成的地下物流系统中,假设由于交通需求增加而需要增加的
候选一级节点 n
1
个,二级物流节点为 n
2
个。
三、符号说明
符号
含义
符号
含义
)110...2,1( ic
i
各区域的拥堵系数
日折旧率
)110...2,1( iq
i
各区域的地下货运量
i
路段可用性
)110...2,1( iQ
i
各区域原有的货运量
E
节点间路径效率
转运率
s
收发均衡指数
),(
ii
yx
中心点的位置坐标
C
网络连通系数
)4,3,2,1( ip
i
四类隧道建设成本单价
R
综合相对优属度矩阵
)6,5( ip
i
两类节点建设成本单价
X
价目标特征矩阵
M
每日总成本
)(sku
决策变量
四、模型假设
(1)假设物流配送的货物不分种类;
(2)假设在地下物流配送过程中,车辆都是匀速行驶的;
(3)地下物流配送中心的货物数量总可以满足市场需求量;
(4)假设不考虑各个区域内部的货运量;
(5)假设不考虑 4 个物流园的拥堵情况。
五、模型建立与求解
5.1 问题一
5.1.1
原始数据处理及区域分割模型建立
根据问题一的分析,首先对原始 OD 数据进行处理,根据拥堵指数跟货运量成正比,
为达到基本畅通,需将所有区域(不考虑物流园的拥堵情况)的拥堵指数降为 4,根据
交通拥堵指数需要下降的比例可计算出相应区域地下总的进出货运量:
)
4
4
(
i
ii
c
Qq
(1)
计算结果如下表。
剩余32页未读,继续阅读
资源评论
- andodnj2022-10-02资源中能够借鉴的内容很多,值得学习的地方也很多,大家一起进步!
普通网友
- 粉丝: 12w+
- 资源: 9335
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功