基于轴2辐运输系统的区域港口群二级物流运输网络优化

收稿日期 :2006202221 资助项目 :国家自然科学基金 (70573068) ;上海市曙光计划项目 (06SG48) 作者简介 :汪传旭 (1967 - ) ,男 ,安徽安庆人 ,教授 ,博士生导师 ,博士 ,研究方向 :交通运输系统工程 ,物流与供应链管 理.
第9期
基于轴2辐运输系统的区域港口群二级物流运输网络优化
0 引言
随着区域港口由相互竞争逐渐向合作竞争演变 , 区域港口将呈现协调发展的趋势 , 这势必将对区域 港口物流网络系统提出了新的要求 ,因此区域港口物流运输系统的整体优化与协调将成为区域港口实现 长期合作和合理竞争的重要支撑策略之一 , 对于降低区域港口物流运输总成本 、提高区域港口群的整体 竞争力也具有较强的现实意义和借鉴价值.
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复杂网络系统 ,它由两级运输子系统构成 , 即出发港口到目的港口之间的运输系统和内陆腹地到各出发 港口之间的运输系统.
在区域港口近洋运输系统中 ,由于各港口自然条件不同 、生产规模迥异 ,导致能够停靠的船舶类型也 大相径庭 ,因此 ,在港口航线网络决策中需要根据港口自身条件以及船舶运输的规模经济性 ,考虑区域内 各个港口到目的港之间的航线类型 ,即出发港口 ———目的港航线或出发港口 ———区域内枢纽港 ———目的 港航线. 为此 , 区域港口群近洋运输系统通常由两种典型系统构成 : 纯粹轴2辐运输系统和混合轴2辐运输 系统 (见图 1 和图 2) . 在实际运行过程中 ,区域港口之间的近洋航线系统通常为混合轴2辐运输系统.
图 2 混合轴2辐运输系统
国外港口物流的相关文献在过去二十年开始出现 ,如联合国贸易和发展委员会 (UNCTAD) 先后提出 “第三代港口”(港口除了货物装卸以外 ,还提供仓储和包装等增值物流服务) 和“第四代港口”(地理位置分 离 ,但经营或管理相同 ,提供一体化物流服务 ,如全球性投资的多港口组成的公司) 的概念[1] . Harding and J uhel (1997) 利用一般物流服务和增值物流服务的概念对港口物流潜力做出了评价[2] . Paixao 和 Marlow
(11)
yikj
>
0
,
x
k p
>
0 ,且为整数 , i
=
0 ,1 , …, M ; j
=
0 ,1 , …, M ; i
≠j ,p
=
1 ,2 , …, I
(12)
模型说明 : 式 (1) 为目标函数 , 表示区域港口运输总成本最小化 , 其中包括区域港口之间的运输成本
和各经济腹地到港口之间的运输成本 ; 式 (2) 表示 , 对于每一个港口而言 , 由该港口向枢纽港的运输量和
本文考虑上述二级物流运输系统 , 在实现总运输成本最小的前提下 , 确定如下因素 : 1) 各个港口所服务的经济腹地范围以及经济腹地与港口之间的运输能力 ; 2) 各出发港口与目的港口之间经由枢纽港中转的货运量和相应的运输能力 ; 3) 各出发港口与目的港口之间的直达运输量和相应的运输能力.
图 1 纯粹轴2辐运输系统
(6)
M
Kp
∑ ∑ Dpizp ≤
xkp
S
k p
,

p
=
1 ,2 , …, I
(7)
i =1
k=1
Ap
∑zl = 1 , p = 1 ,2 , …, I
(8)
l =1
Ep
∑ zp zl = 0 , p = 1 ,2 , …, I
(9)
l =1
I
∑zp = N
(10)
p=1
xij ≥0 , i = 0 ,1 , …, M ; j = 0 ,1 , …, M ; i ≠ j
对于区域港口群物流运输系统而言 ,除了港口之间的海上航线系统以外 ,还涉及各个经济腹地与港口 之间的集疏运系统. 因此 ,它可以看作为二级物流运输系统. 区域港口群由层次不一 、规模各异 、竞争地位 不同的各港口组成 ,其形成的二级物流运输系统是一个多发货人 (内陆场站) 、多出发港口 、多目的港口的
(4)
p=1
Kij
∑ xij ≤ yikjSk , i = 0 ,1 , …, M ; j = 0 ,1 , …, M ; i ≠ j
(5)
k=1
yikj = yjki , i = 0 ,1 , …, M ; j = 0 ,1 , …, M ; i ≠ j , k = 1 ,2 , …, Kij
xIj , 从港口 i 到港口 j ( i ≠j) 的运输量 ;
yikj , 从港口 i 到港口 j 的 k 类船型的配备数量 ;
xkp , 经济腹地范围 p 的第 k 类运输车辆配备数量 ;
zp , 如果经济腹地范围 p 被选择 , 则 zp = 1 ,反之 , zp = 0
2008 年 9 月
2 模型构建
根据上述条件和假设 , 建立如下的数学规划模型 :
M M Kij
I Kp
∑∑∑ ∑∑ (问题 1) min
Cikj yikj +
Ckp xkpzp
(1)
i=0 j=0 k=1 i ≠j
p=1 k=1
M
M Ii
∑ ∑∑ s. t . xi0 + xij =
Dpjzp , i = 1 , …, M ; j = 1 , …, M ; i ≠ j
(2003) 认为第四代港口所拥有的物流系统必须具有精细性和敏捷性[3] . Lee et al (2003) 从供应链管理 (SCM) 角度模拟研究集装箱码头的物流计划[4] . 除此以外 ,很多文献也认为港口将发展为未来的物流中 心 ,并强调港口在海运和多式联运系统中的节点地位. 近几年 ,国内学者也十分关注港口物流的研究 ,主要 研究成果集中于如下方面 :港口物流要素 、功能及优化原则[5] ,港口物流发展策略[6 ,7] ,港口物流中心及其 发展[8～10] . 综上所述 ,目前港口物流主要以定性分析为主 ,系统的理论研究还比较缺乏 ,此外 ,港口物流研 究也仅考虑某港口码头本身的内部物流或者某一个港口的整体物流 ,没有系统而宏观地考虑某区域港口 群全局物流网络.
该港口直达到其它港口的运输量之和必须等于该港口所划分的经济腹地范围所产生的出口运输量; 式
(3) 表示 , 对于每一个港口而言 , 由枢纽港向该港口的运输量或者由其它所有港口的进口直达运输量必
须等于其它港口所划分的经济范围所产生的到该港口的进口运输量 ; 式 (4) 表示两港口之间的运输量不
(2)
j =1
j=1 p=1
j ≠i
j ≠i
M
M Ij
∑ ∑∑ x0i +
xji =
Dpizp , i = 1 , …, M ; j = 1 , …, M ; i ≠ j
(3)
j=1
j=1 p=1
j ≠i
j ≠i
Ii
∑ xij ≤ Dpjzp , i = 1 , …, M ; j = 1 , …, M ; i ≠ j
2008 年 9 月
文章编号 :100026788 (2008) 0920152207
系统工程理论与实践
第9期
基于轴2辐运输系统的区域港口群二级物流运输网络优化
汪传旭
(上海海事大学 经济管理学院 ,上海 ,200135)
摘要 : 为了对区域港口群二级物流运输网络进行优化 ,结合基于轴2辐结构的区域港口近洋运输系统 和各个经济腹地与港口之间的集疏运系统 , 建立区域港口群二级物流运输系统的非线性优化模型 , 该 模型在实现总运输成本最小的前提下 , 对如下三方面共同实现优化 : 各个港口所服务的经济腹地范围 以及经济腹地与港口之间的运输能力 、各出发港口与目的港口之间经由枢纽港中转的货运量和相应的 运输能力 、各出发港口与目的港口之间的直达运输量和相应的运输能力 。最后通过具体算例对该模型 进行了应用分析 , 并得出 , 由于所建立的非线性模型可以转化为相应的线性规划模型进行求解 , 因此 该模型具有实用性和可操作性 。 关键词 : 轴2辐运输系统 ; 区域港口 ; 二级物流系统 ; 优化 中图分类号 : U116. 2 文献标志码 : A
1 模型参数与决策变量
111 模型参数 M , 区域除枢纽港以外的所有港口的数量 ; Dij , 从港口 i 到港口 j 的运输需求量 ; Kij , 从港口 i 到港口 j 航线的船型种类 ; Sk , 第 k 类船型的运输能力 ; Cikj ,从港口 i 到港口 j 第 k 类船舶的运输成本 ; N ,经济腹地范围所划分的区域数量 ; I , 所有可能被划分的经济腹地区域范围的数量 ; Ap , 与经济腹地范围 p 存在交替关系的区域范围的数量 ; Ep , 与经济腹地范围 p 存在排斥关系的区域范围的数量 ; Ii , 属于港口 i 的经济腹地区域范围的数量 ;
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系统工程理论与实践
Kp , 经济腹地范围 p 内的运输车辆种类 ;
S
k p
,
经济腹地范围
p 内的第 k
类运输车辆的最大运输能力 ;
Ckp ,经济腹地范围 p 内的第 k 类运输车辆的运输成本 ;
Dpj , 经济腹地范围 p 到港口 j 的运输需求量.
假设区域港口群存在一个枢纽港 0.
1. 2 决策变量 :
Abstract : To optimize two stage logistics transportation network in regional port cluster , combining Hub2and2Spoke based regional port cluster short sea transportation system with consolidation and dispersing transportation systems between ports and their hinterlands , a non2linear optimization model for regional port cluster two stage logistics system is introduced to simultaneously determine the following factors : the hinterlands serviced by which port and transportation capacity operated between each port and its hinterland , cargo transportation volume and corresponding transportation capacity allocated via a hub port from an original port to a destination port , cargo transportation volume and corresponding transportation capacity allocated directly from an original port to a destination port. At last , a numerical example is given to demonstrate the application of the proposed model. It can be shown that the solution to the proposed non2linear model can be obtained by transforming it into a linear programming model. Therefore , the model is practical and effective. Key words : Hub2Spoke transportation system ; regional port cluster ; two stage logistics system ; optimization