应急资源调度问题的改进进化规划算法研究

针对应急资源调度问题,建立一种多资源时间-成本调度模型。设计了进化规划算法的全局变异算子和局部变异算子,根据全局变异前后个体适应度值和分量值的变化趋势,实现定向变异。构建了具有惩罚系数的适应度函数,给出了改进的进化规划算法种群进化策略。计算实验表明,改进的进化规划算法具有较强的局部寻优能力,在收敛速度和求解精度方面优于比较的遗传算法、差分进化算法和进化规划算法,解决了标准进化算法的早熟收敛问题。     

汽车滚装码头泊位调度优化模型与算法研究

本文研究滚装码头混合泊位分配和劳动力分配的联合调度优化问题。首先,考虑潮汐时间窗约束、装卸劳动力约束、泊位缆桩分布约束以及泊位不规则布局因素,建立以最小化船舶总服务时间为目标的混合整数规划模型。其次,采用内外嵌套算法设计策略,提出求解该类问题的组合算法。其中,外层是多种群并行进化的遗传算法,生成多种船舶计划顺序,内层为基于规则的启发式算法,用于计算给定计划顺序的目标函数值。然后,基于实际运营数据,生成多组不同规模的算例进行全面数值实验,结果表明所提出的算法可在10分钟内求解包含50艘船、100个泊段的算例。最后,开展基于真实滚装码头运营实例的案例分析,对所提模型和算法在实际码头调度问题中的适用性与高效性进行验证。     

基于线路“异质性”假设的轴辐式公共交通网络优化研究

特大城市公共交通局部静态拥堵问题日益成为制约公共交通网络运行效率提高的关键。针对这一问题改变线路“同质性”假设,在线路“异质性”假设的基础上,提出了将轴辐式网络设计运用到公共交通领域中来,综合考虑居民采用公共交通方式出行的单位运输可变成本、不变成本、枢纽换乘成本等要素,将枢纽间大型客车干线运输所带来的规模经济效应进行量化,构建了基于单分配、多枢纽、混合式网络结构特征的轴辐式公共交通网络优化模型,旨在多重约束下通过枢纽布局降低网络运输成本,提高公共交通网络站点的可达性。最后根据模拟退火算法对模型进行求解,并通过算例分析与讨论的方式验证了模型的有效性。     

带固定轴线成本的轴辐式网络设计问题

带固定轴线成本的轴辐式网络设计问题广泛应用于第三方物流、邮政和航空运输等领域. 现有研究主要考虑了枢纽站的节点成本, 本研究则强调合并运输的固定轴线成本. 固定轴线成本的必要性在于：轴辐式网络中的轴线运输需要借助更大型的运输工具, 因此必须支付固定成本. 建立了该问题的混合整数规划模型, 探讨了最优解特征, 并构造了求解问题的拉格朗日松驰算法, 实验显示算法具有非常好的求解效率与求解质量. 同时, 还讨论了一个重要的扩展问题：增加O-D流的绕道约束, 绕道约束常常应用于快递运输和应急物流等领域. 在局部修改原算法的基础上提供了扩展问题的求解方案.     

基于改进模拟植物生长算法的集装箱码头插船调度优化

为解决临时接受计划外船舶到港作业的插船调度问题,建立了综合考虑港口安排插船作业的成本最小优化模型,将模拟植物生长算法(PGSA)改进后进行求解。经过对实际案例进行计算分析后表明,所建模型和算法可以有效解决上述问题并取得了较好结果。为验证算法的有效性,同时引入遗传算法进行计算对比,结果显示经改进的PGSA在求解过程中具有较好的收敛速度与精确度。采用本文建立的模型和算法能够快速解决临时插船的调度调整问题,为集装箱码头在特殊情况下泊位调度优化提供了解决问题的思路和方法。     

基于正交试验的乘用车运输网络优化方法

在交通部治理公路超限运输的背景下,本文研究了乘用车物流企业多式联运模式下的网络优化问题,以运输网络总成本最小为目标,考虑物流时效、枢纽节点容量及规模经济效应等因素,构建了基于轴辐式理论的运输网络优化模型,提出了混合智能优化算法。针对多参数多水平的寻优问题,对模型的三个关键输入参数,即枢纽节点数量、枢纽节点容量和规模效应折扣系数,引入正交试验方法,降低求解多参数多水平寻优问题的工作量,为确定各参数合理取值提供了新的途径。研究结果表明:枢纽节点容量、折扣系数与枢纽数量三个输入参数对优化结果的影响具有主次顺序,影响程度依次减弱,而且只有枢纽节点容量与折扣系数对乘用车运输网络总效益的影响起显著作用。采用混合轴辐式的网络结构与多式联运的运输组织模式进行优化后的运输网络,相对于原有“点对点”公路运输网络总成本减少10%,从运营管理与成本控制两方面均可有效应对公路治超带来的风险。     

航线联盟下航空货运网络枢纽点选址问题研究

本文研究航空联盟下航空货运网络的枢纽点选址问题(HLP),基于枢纽点的数量及位置随机与容量的限制。首先引入航线联盟选择概率函数,确定不同航段上的航线自营运输或外包运输的概率;其次根据选址中心法则,以网络总成本最小化为目标,建立枢纽点选址模型;再次采用改进的免疫混沌遗传算法求解模型;最后,以顺丰航空公司案例进行实例分析。结果表明:1)本文改进的算法较免疫混沌遗传算法并与免疫遗传算法及CPLEX结果对比,发现本文设计的算法有较强的收敛性和计算速度,且计算结果与CPLEX求解器求解结果相差不大;2)枢纽点数量不确定时,枢纽点的位置多集中在东部城市;3)航空公司选择联盟环境可以大大降低运营成本,航空公司为提高自身利润,应考虑加入联盟,从而降低自身成本。     

基于人机交互—蚁群算法的港口疏船调度优化

为解决因港口无法正常作业导致大量船舶压港后的疏船调度问题,从同时兼顾船公司和港口方利益出发,建立了船舶平均在港时间最短、额外作业成本最低、生产秩序恢复最快的调度生产多目标优化模型。利用多属性效用理论将多目标转换为单目标,并构建了相应的评价函数,采用改进的蚁群算法并结合人机交互以及邻域搜索方法求解,最后以大连港集装箱码头实际案例进行验证。结果表明,与通常调度方法相比,文中建立的优化模型能够更好地解决疏船问题;对比常规的蚁群算法,改进后的算法搜索效率更高。上述模型和算法为集装箱码头的生产组织调度提供了新的优化思路和方法。     

生鲜类物流配送网络选址-路径优化问题研究

为解决生鲜类物流配送网络选址-路径优化问题,构建了基于服务质量最优化、物流节点建造成本及物流运营服务成本最小化的多目标两层级物流配送网络选址-路径优化问题数学模型,并通过改进遗传算法求解最优方案.对遗传算法中的算子进行优化,解决了传统遗传算法求解过程中无法求得全局最优解以及易陷入局部最优解的现象.通过选取通州区部分区域为背景进行模型验证,得出优化后成本节约了15.71%,说明该模型具有良好的参考价值.     

缺货情形下轴辐式库存的纵横向协作调拨

电子商务发展要求缩短供需端距离,便于提高供应链柔性运作水平,以更好的响应市场需求,这使得仓配环节的纵横向库存协作调拨面临严峻挑战。为此,本文针对零售行业的轴辐式二级库存系统,考虑可用库存及调拨能力限制,以缺货情形下的额外履约成本及销量损失最小化为优化目标,构建纵向及横向综合库存调拨模型,优化每日库存调拨方案。在此基础上,利用改进的三层编码形式的遗传算法对模型进行求解,并通过算例验证了模型及算法的有效性。     

Impact analysis of maritime cabotage legislations on liner hub-and-spoke shipping network design

Maritime cabotage is a legislation published by a particular coastal country, which is used to conduct the cargo transportation between its two domestic ports. This paper proposes a two-phase mathematical programming model to formulate the liner hub-and-spoke shipping network design problem subject to the maritime cabotage legislations, i.e., the hub location and feeder allocation problem for phase I and the ship route design with ship fleet deployment problem for phase II. The problem in phase I is formulated as a mixed-integer linear programming model. By developing a hub port expanding technique, the problem in phase II is formulated as a vehicle routing problem with pickup and delivery. A Lagrangian relaxation based solution method is proposed to solve it. Numerical implementations based on the Asia–Europe–Oceania shipping services are carried out to account for the impact analysis of the maritime cabotage legislations on liner hub-and-spoke shipping network design problem.     

兼顾成本与时间保证率的泊位及岸桥协同调度优化

针对集装箱班轮根据船期表按计划到离港的运行规律以及港口企业追求低运营成本的需求,本文以集装箱班轮按计划离港保证率最大和码头作业成本最低为目标,构建了泊位及岸桥协同调度多目标优化模型;设计了叠加式局部搜索算法,将其嵌入到带精英策略的非支配排序遗传算法中,经过相互交叉反馈运算,得到Pareto非劣解;采用“性价比”的概念和量化方法,选择出对港口和船公司的利益偏向最小的实施方案,解决了在Pareto解集中寻优的问题。最后,以大连港集装箱码头的生产实际为例,验证了上述优化模型及算法的合理性和有效性。     

Methods for strategic liner shipping network design

In this paper the combined fleet-design, ship-scheduling and cargo-routing problem with limited availability of ships in liner shipping is considered. A composite solution approach is proposed in which the ports are first aggregated into port clusters to reduce the problem size. When the cargo flows are disaggregated, a feeder service network is introduced to ship the cargo within a port cluster. The solution method is tested on a problem instance containing 58 ports on the Asia–Europe trade lane of Maersk. The best obtained profit gives an improvement of more than 10% compared to the reference network based on the Maersk network.     

基于实际路网情境的配送车辆调度优化

在实际路网情境下结合车道数、车道宽度、路口信号灯设置等路网物理特性,构建了考虑综合交通阻抗的多车型车辆调度模型,提出了两阶段求解策略:第1阶段设计了改进A-star精确解算法用于计算客户时间距离矩阵;第2阶段针对实际路网的特征设计了混合模拟退火算法求解调度方案。以大连市某配送中心运营实例进行路网情境仿真试验,结果表明:改进A-star算法较改进Dijkstra算法具有更短的路径搜索时间;混合模拟退火算法求解结果较实际调度方案优化了13.1% 的综合成本;路网增流、区域拥堵和路段禁行三类路网情境均能对配送方案的车辆配置、路径选择、客户服务次序、作业时间和违约费用等5方面内容产生干扰,调度计划的制定需要详细考虑这些因素的变化。     

A branch-and-price approach to the feeder network design problem

In this paper we consider the problem of designing a container liner shipping feeder network. The designer has to choose which port to serve during many rotations that start and end at a central hub. Many operational characteristics are considered, such as variable leg-by-leg speeds and cargo transit times. Realistic instances are generated from the LinerLib benchmark suite. The problem is solved with a branch-and-price algorithm, which can solve most instances to optimality within one hour. The results also provide insights on the cost structure and desirable features of optimal routes. These insights were obtained by means of an analysis where scenarios are generated varying internal and external conditions, such as fuel costs and port demands.     

基于动态列生成算法的飞机排班问题研究

飞机排班是航空运输生产计划的重要环节,对航空公司的正常运营和整体效益有着决定性影响;飞机排班通常构建为大规模整数规划问题,是航空运筹学研究的重要课题,构建的模型属于严重退化的NP-Hard问题.在考虑对多种机型的飞机进行排班时,大大增加了问题的复杂性.针对航空公司实际情况,建立多种机型的飞机排班模型;为实现模型的有效求解,提出了基于约束编程的动态列生成算法;即用约束编程快速求解航班连线(航班串)并计算航班串简约成本,动态选择列集并与限制主问题进行迭代.最后,利用国内某航空公司干线航班网络实际数据验证模型和算法的有效性.     

The capacitated p-hub median problem with integral constraints: An application to a Chinese air cargo network

Consolidation at hubs in a pure hub-and-spoke network eliminates partial center-to-center direct loads, resulting in savings in transportation costs. In this research, we propose a general capacitated p-hub median model, with economies of scale and integral constraints on the paths. This model requires the selection of a specific p among a set of candidate hubs so that the total cost on the resulting pure capacitated hub-and-spoke network is minimized while simultaneously meeting origin–destination demands, operational capacity and singular path constraints. We explored the problem structure and developed a genetic algorithm using the path for encoding. This algorithm is capable of determining local optimality within less than 0.1% of the Lagrangian relaxation lower bounds on our Chinese air cargo network testing case and has reasonable computational times. The study showed that designating airports with high pickups or deliveries as hubs resulted in a high percentage of origin–destination pairs (ODs) in direct deliveries. Furthermore, the more hubs there are, the higher the direct share and the less likely for double rehandles. Sensitivity analysis on the discount rate showed that the economies of scale on trunk lines of hub-and-spoke networks may have a substantial impact on both the operating costs and the route patterns.     

考虑潮汐影响的离散型泊位和岸桥集成调度

泊位和岸桥是集装箱港口最紧缺的资源,二者的调度问题存在很强的内在关联。针对大型船需乘潮进出港的离散型泊位,为提高集装箱码头运作效率和客户满意度,将泊位分配、岸桥指派和岸桥调度集成为一体。首先,考虑潮汐的影响以及岸桥作业中可动态调度的现实,以计划期内所有抵港船舶的岸桥作业成本和滞期成本之和最少为目标,建立一个混合整数规划模型,然后设计了一个嵌入启发式规则的遗传算法对其进行求解。最后,算例结果中给出了每艘船舶在确切时刻对应的具体岸桥和每个岸桥的动态作业时间窗,并通过与单独优化的方案对比,验证了集成方案的有效性。     

轴辐式枢纽网络系统的关键枢纽设施识别问题研究

作为轴辐式枢纽网络关键因素的节点,尤其是起到中转作用的枢纽节点是网络稳定运行的重要环节。当这些节点被中断时,将对整个网络产生严重的影响。最直接的表现方式即是网络运行成本的急剧上升。因此本文研究如何识别对网络成本具有决定性影响的关键节点。首先,提出枢纽功能性中断问题和模型,并通过禁忌搜索算法进行求解。最后通过中国航空实例验证模型和算法在实际应用中的有效性。结果显示模型和算法能够有效识别出中国航空网络较重要的关键城市以及相对影响较弱的城市。可以为资源有限情况下,中国航空网络中各城市防御设施的合理分级和部署,为重点保护城市的鉴别提供依据和帮助。