基于动态规划的物流网络路径优化

我国的公路现状
2012年突破410万公里。新增公路通车里程达8.4万公里，其 中高速公路通车里程增长1.1万公里。高速总通车里程达9.6万 公里，超越美国跃居世界第一，基本完成了五纵七横的高速和 国道网络框架。近年来我国高速公路新增通里程连年突破1万公 里，每年改建的公路里程达8万公里以上
我国公路等级的划分
高速公路 全封闭，最低限速在60km/h的双向多车道公路 年平均每昼夜汽车通过量2.5万辆以上
一级公路 一级公路要求汽车分向、分车道行驶 多为国道、省道等国家干线公路
二级公路 连接经济、政治中心或大工矿区等地的干线公路 或运输繁忙的城郊公路
其他等级公路 沟通县及县以上城镇的一般干线公路 沟通县、乡、村等的支线公路
2009年国务院再次发布公告将物流产业作为支柱产业扶持
公路物流的现状
公路全年的运输量为18万吨，最大周转量为1.8万吨
据估算，全国一年蔬菜损失价值达1354亿元，粮食 损失价值35．7亿元，钢材锈蚀损失价值1000亿 元，每年造成的货物积压近2万亿
利润源组成
第一利润源 • 原料成本 第二利润源 • 人工成本 第三利润源 • 物流成本
国内外研究现状
传统的路径优化算法
Dijkstra算法、A*算法、动态规划法等
近代路径规划算法
忌算法、人工神经网络法、模拟退火 算法、遗传算法等
动态规划算法
动态规划算法的提出
这一方法最初是由美国数学家R.Bellman 等人在20世 纪50 年代提出
先按照整体最优思想逆序求出各个可能状态的最优策 略，然后顺序求出整Βιβλιοθήκη Baidu问题的最优策略和最优路径。由 于把最优化应用到每个子问题上，就系统的删减去了所 有中间非最优方案，使得计算量比穷举法大大减少
无后效性
各阶段按照一定的次序排列好之后，对于某个给定的阶段 状态，它以前各阶段的状态无法直接影响它未来的决策， 而只能通过当前的这个状态
本文讨论的动态规划实例
在多节点路径中选择距离最短，时间最省，成本最低 的线路，为企业赢得综合优势。重点放在各种外界客 观条件的约束下，权衡利弊，具体问题具体分析。
基于动态规划的物流网络路 径优化
研究背景
各级机场为基础的航空网络 高速，国道，省道等组成的公路网络 高铁，普通铁路，地铁等共同构建的轨道交通网络 海运和内河航运共同组成的航运网络
物流产业现状
公司的经营成本仅10%来自原料，而物流成本占到40%
“十一五”期间的物流成本达到GDP的18%以上，而欧 美及日本等发达国家物流成本都控制在10%左右 “十一五”期间年均21%的增长率，产业附加值现超过 2.7万亿人民币
谷歌地图
通过谷歌地图可以浏览不同地点的局部详细的卫 星照片
同时谷歌地图不仅具有传统矢量地图的功能，而 且还提供地形地貌的三维地图，显示高度等信息
测量工具可以轻松的测量两点之间的实际距 离，同时也可轻松测量线路的实际距离
对路线设计的影响因素
油耗因素
平原高速路段设计为油耗20L/百公里（长江中下游平原） 平原一级公路油耗为22 L/百公里(长江中下游平原) 山地高速路段油耗为24 L/百公里（三峡、大别山区） 平原二级公路油耗为24 L/百公里（长江中下游平原） 丘陵二级公路耗油为26 L/百公里（四川盆地内部） 山地二级公路油耗为28 L/百公里（大别山区）
公路等级
高速公路 一级公路 二级公路
动态规划算法的主要原理
将实际问题的过程划分成恰当阶段，确定阶段变量 确定状态，正确选择状态变量 确定决策变量及允许的决策集合 写出状态转移方程 列出指标函数 写出动态规划函数基本方程
动态规划的使用条件
两个先决条件：
最优化原理（最优子结构性质）
一个最优化策略具有这样的性质，不论过去状态和决策如何， 对前面的决策所形成的状态而言，余下的诸决策必须构成最优 策略
时间因素
每小时损耗估算为为人民币50元
路桥费用
公路建设普遍采取贷款修路或者BTO方式，建设费用最终会转嫁到消费者身上
其他因素
道路的路面状况不佳造成的时间及油耗损失将酌情考虑
计算公式
计算模型的建立
J
I
HG
F
E
D
C
BA
麻城
合肥
汉川
六安
南京
遂宁
宜昌
新洲
庐江
上海
成都
广安
高速公路 一级公路 二级公路
仙桃
岳西
宣城
黄石
铜陵
安庆
成都——上海的路径分布
整体最优路线
G318国道
G42高速
成 遂 广 垫遂宁 宜 武 鄂 黄
都 宁 安 江遂宁 昌 汉 州 石
黄潜 安 铜 宣 长 南 上 梅山 庆 陵 城 兴 浔 海
论文小结
成都到上海全长2191.8公里，其中高速公路889.6公里， 占总里程的 40.4%。占耗时31小时53分钟收费为1589元（含桥梁和隧道收费），耗时 11小时30分钟。平均时速约75km/h，每公里收费1.78元。一级公路总里 程236.2公里，确定收费路段52.6公里（30元），占到总路程的10.77%。 不收费路段为27.6公里，其他路段收费待定。耗时2小时15分。二级公路 1066公里，耗时18小时8分，均不缴费， 占总里程的48.83% ，平均时速 约59km/h