集装箱班列编组计划优化模型研究
集装箱航线规划优化模型及算法研究
集装箱航线规划优化模型及算法研究在全球经济一体化不断深化的今天，集装箱航运发展速度迅猛。
而如何高效地规划和优化集装箱航线，成为了一个关键性问题。
本文将从集装箱航线规划和优化模型、算法以及实际应用等方面进行探讨。
一、集装箱航线规划和优化模型1.1 传统模型传统的集装箱航线规划和优化模型主要基于线性规划、整数规划、动态规划等数学方法。
这些方法在一定程度上能够解决简单集装箱航线优化问题，但是在实际应用中存在一些明显的不足，例如难以处理复杂的运输网络和物流需求、难以应对实时业务变化以及时间复杂度高等。
1.2 新型模型近年来，随着人工智能、机器学习等技术的发展，基于这些技术的新型集装箱航线规划和优化模型也逐渐得到了广泛应用。
这些模型采用类神经网络、遗传算法、模拟退火等智能优化算法，能够更好地处理复杂运输网络、提高决策精度和实时性，并且具有更快的计算速度和更小的时间复杂度。
二、集装箱航线规划和优化算法2.1 遗传算法遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法，通过模拟自然选择、交叉、变异等过程，寻找最优解。
在集装箱航线规划和优化中，遗传算法能够找到最优航线、货物装载方案、时间安排等，具有很好的效果。
2.2 模拟退火算法模拟退火算法是一种随机化优化算法，通过局部搜索、随机爬山等方法，发现全局最优解。
在集装箱航线规划和优化中，模拟退火算法能够实现航线优化、最优船期确定、最优载重量安排等。
2.3 分布式优化算法分布式优化算法是利用多个计算机节点实现规模化问题优化的方法。
在集装箱航线规划和优化中，分布式算法能够对面临的复杂网络结构和大规模优化问题进行处理，提高算法的效率。
三、集装箱航线规划和优化的实际应用3.1 数据集成与分析为了更好地实现集装箱航线规划和优化，需要对各种数据进行集成和分析，如运输网络、船舶信息、货物信息、客户需求等。
通过有效的数据集成，能够更好地把握实时运力和市场供求情况，从而提高物流效率。
3.2 智能调度和优化利用智能调度和优化技术，能够减少系统运行成本，并且提高装载率和利用率。
结点站间集装箱班列开行方案的优化模型及算法
法的时间都呈指数增长 ，无法避免算法本身所固有
的维数 灾难 。 结 点站 间集 装 箱 班 列 开 行 方 案 （ ｌｃ ｏ — Ｂｏｋ Ｃ ｎ
ｔｉｅ ａ ｓＦ ｒ ｔ ｎＰａ ，Ｂ ＴＦ ａｎ ｒ ｉ ｏｍａｉ ｌｎ Ｃ Ｐ）优 化 问 题 Ｔｒ ｎ ｏ
６０３） １０ １
要 ：基于一定 的边 际假定 、定义及其定理 ，将 铁路结点 站问集装箱班 列开行方案 （ Ｃ Ｆ ）箱 小时消 Ｂ ＴＰ
耗最少 的优化 目标描述 为线性 阶跃函数 ，得到 Ｂ Ｔ Ｐ的优化模型 。在模 型中，每支非零箱 流均对应 １ ＣＦ 个线性等
式该模 型改造为不含约束条件 的 。 二 层线 性规划模型 ：上层规 一１
定理 １
，
（）综 合 性 假 没 ：把 结 点 站 视 为 “ 箱 ” 系 １ 黑
统一 。只考 虑几个 重要 参数 。考虑 的参数 有 ：ａ 为
可 以唯一 地 表示 为 １个 有序 集 ， ，
结 点站 产生 的 、到结 点 站 （≠ ）消失 的 １ ｉ 昼 夜 的箱流量 ；Ｔｊ ｉ 为结点 站 ｉ 发往 结点站 的集装 箱 班 列 （ ｌｏ ｏ ｔｉｅ ａｎ ，Ｂ Ｔ）每昼 夜消耗 ＢｏｋＣ ｎａ ｒ ｉｓ Ｃ ｎ Ｔｒ 的集结箱小 时 ；ｆ为 任意直 达箱 流无 改编 通过 结 点 站ｉ 时平 均每箱节 省 的时间 ｌ 。 ３ ］
足①ＡＣ Ｖ ，② ｉ Ａ ｎ ｏ Ａ，则 称 Ａ 为 的 大
维普资讯
９ ８
中
国 铁 道
科
学
第 ２ 卷 ９
子集 。
模型 Ｆ ］的约束条件非常简单 ，每支箱流 － Ｍ１ 均只对应 １ 等式约束 ，且每个约束之间没有交 个 叉 ， 由于 目标函数中含阶跃函数 ，不存在分解形 但
集装箱装船顺序优化模型及算法研究
集装箱装船顺序优化模型及算法研究摘要本论文提出了一个用于集装箱装船顺序优化的动态整数规划模型。
模型同时兼顾了集装箱在堆场中和在船上的摆放位置，并把集装箱在不同港口的装卸作业作为一个整体。
在实现装船顺序最优化的同时该模型还可保证船只在不同荷载分布下的稳定性。
模型的求解是一个离散的NP-hard问题，论文给出了用遗传算法解决该问题的算法框架，并通过正交因子试验探讨了算法参数的显著性和交互效应，从而大大缩短了算法在解决该问题时的运算时间。
关键词集装箱运输，装卸优化，倒箱，遗传算法Modeling and Algorithm Study for Optimizing Container Loading Planning for ContainershipAbstractIn this paper, a mathematical model is proposed for developing plans for loading containers on containerships. The mathematical model is formulated as a dynamic integer programming problem. The model integrates many factors, such as the storage policies, container ship stowage and the transfers at different terminals. As weight is one of the critical factors that the model deals with, the best solution can also sati sfy the meta-centric height restriction of the container ship. Since the problem is known to be NP-hard, GA is chosen due to the relatively good results in reasonable time. Unique coding method, evaluation function, genetic crossover and mutation operators are designed aimed at this problem and the significance and interactive effect of different parameters settings used during operation are analyzed. The paper shows that by using orthogonal fractional experimental designs, a good GA structure can be achieved to solve a large, computationally intensive schedule problem.Key words:Container Transfers, Loading-unloading Optimization, Setup Arrangement, Genetic Algorithms1 引言近年来，全球集装箱的运输量增长迅猛。
铁路集装箱中心站班列编组方案数学模型
铁路集装箱中心站班列编组方案数学模型
李梦潇;徐石;马国忠
【期刊名称】《大连交通大学学报》
【年(卷),期】2012(033)003
【摘要】针对已开通运营的铁路集装箱中心站相继开行诸多集装箱班列的实际,构建了集装箱班列编组方案选优的数学模型.该模型是在借鉴已有列车编组计划优化模型的基础上,根据其运输组织的特点,建立了在路网情形下,考虑了包括车站班列中转改编能力储备约束和区段牵引定数限制因素在内的单组班列编组方案选优的数学模型.该模型将一支集装箱箱流可能需要二次及其以上中转改编问题转变为多次一站中转改编问题来描述.因而,该模型复杂度大为降低,且为线性0-1规划模型,决策变量规模为2n3 - 5n2+3n.因而,该模型可以应用现有较为成熟的线性规划算法进行求解.另外,该文还运用模型实例来说明该模型对实际问题的有效描述.
【总页数】5页(P13-17)
【作者】李梦潇;徐石;马国忠
【作者单位】西南交通大学交通运输与物流学院,四川成都610031;西南交通大学交通运输与物流学院,四川成都610031;西南交通大学交通运输与物流学院,四川成都610031
【正文语种】中文
【中图分类】A
【相关文献】
1.广州铁路集装箱中心站方案研究 [J], 张法铭
2.中铁联合国际集装箱有限公司重庆铁路集装箱中心站重庆-平湖南集装箱班列开通运行 [J],
3.广州铁路集装箱中心站道路配套工程——站场中路工程设计方案研究 [J], 李元浩;林能佑;匡月青
4.连云港铁路集装箱中心站方案研究 [J], 张郎杰
5.陆港铁路集装箱中心站装卸工艺优化方案 [J], 席平;张宇圣;赵建军
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
集装箱多式联运运输组合优化的建模研究
(2)货物在特定的 2个城市节点之间以某种
运输方式 运输 时 的费 用 仅与 该方 式 下的 运 输单
价 、货运量以及运输距离相关 , 运输单价是指单
位货运量单位距离的运输费用 。
(3)货物在特定的 2个城市之间以某种运输
方式运输 时所 耗 费的 时 间仅 与城 市 之间 的 距离
相关 , 为单位运输距离所需要的时间与运输距离
(6)
q≤ qk ij
(7)
目标 函数 是 以整 个 运输 过程 中 的总 费 用最
小为目标 , 而总的费用由两部分组成 , 即运输费
也就是说货物量在 1 次运输过程中是不能分割 的 , 在相同的 2 个城市之间不能同时通过多种方 式运输 ;式(4)表示在任 1 个城市节点处 , 若存在 运输方式的转换 , 那么只存在 1 种转换 。 式 (5) 保证在 1次运输方案中两段相邻的运输路径中所 选用的运 输方 式与 在 节点 处 的运 输 方式 的 转换 是连续的 [ 6] ;式 (6)表 示决 策变 量取 值 为 0 或者 1。式 (7)表示货物的运输量不能超过特定运输 路径的运输能力 。
B=[ bkil] 表 示在 节 点 城市 vi, 从运 输 方式 k 转换到运输方式 l时单位运输量的中转时间 。 若
集装箱多式联运组织优化模型及算法研究_唐建桥
2)当存在不同运输方式之间的联合运输时 ,
要采用多式联合运输方法 。要实现多种运输方式
之间的换装 , T 为网络中所有换装弧集 , 换装弧 t
∈ T 。则对基本网络中节点作如下处理, 如图 2
所示 。
图 2 节点扩展
假定各种 运输方式之间的 衔接只能 在节点
(如港口)发生 , 则需要对节点进行扩展 , 其基本
S t(v)·v t 。所有集装 箱在整个网络 上的广义总
∑ ∑ 费用函数为 F = S a(v)·va + S t(v)·vt =
a∈A
t∈ T
ST ·V 。
令 RO D 为通过有关运输方式从起点 O 到终点
D 的路径集合 , 路径 R ∈ ROD , hR (hR ≥0)表示在
路径 R 上的集装箱流量 , gO D 为起点 O 到终点 D
公路 4 0 3
水路 2 3 0
求解该问题转化为一个求解最短径路问题 ,
根据前述思想和方法 , 得该问题的最佳运输径路
和最佳运输方式的联运方案为 :
铁路(9)
水路(19)
公路(18)
A
D换装(2)
步骤 1 选择问题的一个编 码 , 给定群体规 模 M A XP O P , k =0 ;初始时温度 :tk =t0 , 初始群体
(t +1)。 步骤 7 降温退火 , tk +1 =d(tk )。
PO P(k)。
步骤 8 k =k +1 , P OP(k)=Mut POP(k)若
步骤 2 若满足停止规则 , 算法终止 , 把在任 一代中出现的最好的 染色体作为算 法的执行结
运输费用函数和中转地广义换装费用函数分别为 Sa(v)和 S t(v), 则集装箱运输的广义费用函数可 定义为
铁路货运物流优化模型研究
铁路货运物流优化模型研究一、绪论铁路货运物流作为一种重要的现代物流形式，已经成为了我国物流体系的关键组成部分。
与传统的公路运输相比，铁路货运物流具有运输量大、运输成本低、运输效率高、环境污染低等优势，特别是在中长距离、大批量货物运输方面更为显著。
然而，随着我国经济的快速发展，物流市场需求越来越多元化、复杂化，并且客户的个性化服务需求也越来越强烈，铁路货运物流也需要不断地优化提升。
因此，对铁路货运物流优化模型的研究具有非常重要的意义。
二、铁路货运物流优化模型铁路货运物流优化模型，是指通过数学建模的方式，对铁路货运物流过程进行简化和抽象，计算出一组最优的运输方案及相关物流参数及成本的一种模型，其目的是优化铁路货运物流体系，使之达到最优化的物流效益。
具体而言，铁路货运物流优化模型主要包括以下几个方面的内容。
1. 优化线路设计对于铁路货运物流来说，线路设计是至关重要的一个环节。
当物流量达到一定的规模时，采用什么样的线路对物流成本和效率都会产生较大的影响。
因此，如何对线路进行优化，成为了铁路货运物流优化模型中的一个重要部分。
其方法通常是采用数学规划或者整数规划的方式，通过计算出不同线路的成本、效率等指标，从而找到最优的线路方案。
2. 优化运输方案优化运输方案就是在保证货物到达目的地的前提下，尽可能地减少运输成本和时间。
传统的铁路运输方案只能确定运输量和运输路线，不能充分利用运输能力，从而成为了效率提升的瓶颈。
优化运输方案的方法通常是采用动态优化策略、智能算法等，通过计算物流行程、设备利用率、装车率等指标，找到最优的运输方案。
3. 优化装载策略在铁路货运物流中，每个车站可能会有多个线路和多种货物需要运输，因此如何合理搭配车站、线路和货物，成为了优化铁路货运物流的一个重要问题。
优化装载策略的方法主要包括建立机器学习模型、优化算法等，通过考虑货物属性和运输现状等因素，找到最优的装载策略，提高装载率，降低运输成本。
货物列车编组计划优化研究
1组织装车地直达列车条件货物列车按照货物作业点分为装（卸）站直达列车和技术站组织的列车（包括直达、直通、区段、摘挂、小运转等）以及区段管内列车。
直达货物列车，从始发站到目的站，车辆在途中技术站不实行改装改编等技术作业的列车。
能够开行装车地直达列车固然是最好的编组方法，节省了中途改编车流所浪费的车小时，能够让货物在第一时间到达目的地。
满足装车点和卸车点作业能力范围内，在不需要增加基建投资的情况下，当组织装车地直达列车能够节省的车小时，即认为开行直达列车是有利的。
节省车小时用以下公式计算：其中：表示在装车站所节省的车小时。
表示在卸车站所节省的车小时。
表示在技术站所节省的车小时。
表示在运行中所节省的车小时。
式中：表示在装车地的装车总数量；表示在不开行直达列车和开行直达列车时，平均每车消耗的装车时间；表示直达列车最后到达站数；表示第i 到达站所吸引的车流数；表示在不开行直达列车和开行直达列车时，在第i 站到达，平均每车消耗的卸车时间；表示目的站为i 站的车列在沿途无改编通过的技术站数量；表示不开行直达列车与开行直达列车，在第i 站到达，列车从装车点到途经第一技术站的运行时间；表示不开行直达列车与开行直达列车，在第i 站到达，列车从最后途经的技术站到卸车点的时间。
通过细致复杂的计算，指定各项指标的作业时间标准，最后求得在开行直达列车相比不开行直达列车所节省的车小时，当该值不小于0的情况下，组织装车地直达列车能够缩短车流在途时间，增加车辆周转效率，加快货物流通速度，是经济有效的编组方案。
2技术站列车编组计划编制当货物运量不足以开行装车区直达时，将车流汇集到邻近的技术站进行集结改编，将车流汇集为列流。
尽量开行直达列车对于减少车流途中改编耗费车小时以及设备占用具有重要意义。
2.1开行技术直达条件开行直达列车必须要有充足的车流，而车流的到达具有间歇性。
用集结车小时来表示车流到达情况。
，c 表示车辆集结参数，m 表示列车编成辆数。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
业站 。
3. 2 定义及相关定理
( 1 ) 参数描述
Tij为结点站 i 发往终点站 j 的每班列集结箱小
时 。在结点站 i 上 , 始发至相同到达站的箱流采用同
一形式的直达列车运送 , 每支车流对应的集结箱小时
均为 Tij ; t节i为任意直达车流经过结点站 i 时进行中 转改编每箱所需额外消耗的时间 ; aij 为由结点站 i 产 生的到结点站 j 消失的一昼夜箱流量 (集装箱货物运
(3) 集装箱班列运行组织的优化 ,也同样具有与 别者不同的优化目标 。
(4) 对于集装箱班列开行方案的确定 ,尚处于研 究 、设计 、规划阶段 ,其开行方案的确定要对规划建设 起到一定的指导和决策作用 。因此 ,某些方面不能完 全依照路网现有的条件进行 。例如 ,集装箱班列是独 立于现有客货运之外的一种新形式的运输组织系统 。 基于这个考虑 ,在规划研究阶段 ,假定其能力约束不限 制班列的开行 ,这样 ,在规划研究以后 ,反过来可以指 导路网 、结点站和支点站能力及规模的确定 。
我国已选定十五个城市建设集装箱运输网络结 点 ,40 个集装箱运输网络支点站和 200 个办理点 ,以 全国铁路网络为基础进行集装箱的运输组织 。在这样 复杂的网络上寻求满意的集装箱班列开行计划 ,不采 用科学的方法和先进的计算工具 ,仅靠传统的经验难 以办到 。因此 ,快速准确地筛选出满意的集装箱班列 开行方案 ,是目前集装箱运输组织急需解决的问题 。
x
A ij
ij
=
这些站改编后输送到 j 站
0 相反
式中 , A ij是 V ij (见定理 1) 的大子集 (见定义 11) 。 ( 3 ) 关系定义
定义 1 设有集合 A ,对于作用在 A 上的二元关
系 9 (简称序) ,若以下条件均成立 :
① A 中元素的个数不少于 2 个 ;
② Π x ∈A , Π y ∈A ] x ≠y (唯一性) ;
定义 4 aij在其运送过程中 , 所经过的有向弧和 结点站的顺序序列称之为 aij的径路 ,记为 lij 。
定义 5 由 aij确定的 lij中所含的所有有向弧组成 的有序串的方向称为 aij的径路方向 。
定义 6 aij的始发 、终到及可能的中转结点站统 称为 aij的作业站 。
( 5 ) 相关条件及定理
2 集装箱班列运行组织的特点分析
集装箱班列的运行组织 ,同样具有自身的特点 ,主 要可以概括为以下 4 点 :
(1) 由于集装箱班列的客车化 ,使得集装箱班列 的运行径路有着自身的特点 ,不能简单的等同于已有 的货物列车径路或旅客列车径路 。
(2) 集装箱班列的组织方法中 ,它是循环车底使 用 ,这使得在确定列车开行方案时 ,对向车流的运行组 织有着某种特定的约束形式 。一般采用相对两个方向 分别确定出开行方案后 ,再进行合并 ,而每个方向上都 可以用相同的优化方法处理 。
第 5 期 集装箱班列编组计划优化模型研究
15
题 ,使问题的复杂度大大增加 。 “网络列车编组计划模型”的研究中相互独立的问题 统一到了一个模型中 ,另外还可以解决由于路网的复 杂结构而带来的径路选择优化问题 ,但是由于模型的 超大规模和非线性 ,仍然无法对实际的路网情况求得 确切的最优解 。除此之外 ,还有“同时计算法”模型 、混 合整数规划模型 、高次 0 —1 规划模型等 。它们都针对 车流组织某一方面的研究得出了重要的结论 。但大多 数模型都具有较高的复杂度 ,在实际中无法求解 。
第 25 卷第 5 期 2 0 0 3 年 10 月
铁 道 学 报 J OU RNAL OF THE CHINA RA IL WA Y SOCIET Y
Vol. 25 No. 5 October 2003
文章编号 : 100128360 (2003) 0520014205
集装箱班列编组计划优化模型研究
时间和无改编作业时间节省 。
(4) 确定性假设
模型中的任意一支车流所运行的径路是确定的 ,
而且径路上任意两点间的子径路也是确定的 ,并且是
唯一的 。所有的集装箱结点站都处于整个径路集上 。
对于任意一类中途需中转的箱 (车) 流 ,其中转站也都
处于其确定的运行径路上 。
(5) 统一性假设
任意相邻两结点站之间必然要开行集装箱班列 。
量换算成 TEU 的数量) ; lij为由 aij确定的且与之对应 的唯一一条径路 。
( 2 ) 变量定义
①引入第一组 (直达) 0 —1 变量
x
j ij
, 并定义
x
j i
j
=
1 aij 由 i 站无改编输送到 j 站 0 相反
②引入第二组 (一站改编) 0 —1 变量
x
k ij
,
并定义
x
k ij
可以看出 ,由于集装箱班列本身所具有的特点 ,不 可能去照搬套用已有的规划模型 ,必须在已有模型的 基础上继续进行研究 。
3 集装箱班列编组计划模型的建立
3. 1 边际假定 (1) 能力假设 车流运送所经过的线路能力都能满足任意车流强
度的要求 ;各结点站的接发车能力都能满足任意车流 强度的要求 ;各结点站对中转箱 、始发箱 、到达箱的作 业能力均能满足任意箱流的要求 ;其它能力均能适应 任意箱流强度的要求 。
(1) 在对决策变量的构造及简化过程中 ,利用列 车编组所特有的性质 ,把某些变量用另外一些变量的
收稿日期 : 2002211206 ; 修回日期 : 2003207204 基金项目 : 铁道部科技研究开发计划项目 (2002X0192B) 作者简介 : 闫海峰 (1974 —) , 男 , 山西定襄人 , 博士研究生 。
定理 1 lij可以唯一的表示为一个有序集 V ij , V ij 中的元素即为 lij中所包含的作业站 。
推论 1 在任意 aij的 V ij中 ,必包含有始发站元素 i 和终到站元素 j 且 i 的序总小于 j 的序 。
定义 7 对于有序集 V ij 和 V m n , 如果有 V m n < V ij 、V ij和 V m n同序 ,同时成立 ,则对于 V ij对应的 lij和 V m n对应的 lm n称为含有相同路径方向的径路 , 简称 同向径路 。称 l m n为 lij的子径路 。同时称 aij和 am n为 含有相同路径方向的流 ,简称同向流 。
Abstract : Based on analysis of establishment of t he general t rain formation plans and t he operation characteristics of block container t rains , t he integral 0 —1 linear program model for t he block container t rain formation plan is set up . Theoretical reference is provided for organizing t he railway container t ransport system in our count ry. Keyword : block container t rains ; formation plan ; optimization model
③ Π x ∈A , Π y ∈A ] x 9 y 与 y 9 x 必有一个
为真 (有序性) ;
④若 A 中元素的个数不少于 3 个 , Π x ∈A , Π y
∈A , Π z ∈A 且 x 9 y ; y 9 z ] x 9 z (传递性) , 则称
集合 A 为简单有序集 , 简称有序集 , 记为 A ( 9 ) 简写
(1) 在网状结构的路网中建立优化模型 ,解决了 车流径路的选择优化问题 。
(2) 把车流径路选择 、装车地直达列车及技术站 直达列车编组计划三者纳入统一的优化模型中 。
(3) 考虑了在线路通过能力限制和改编作业能力 限制的情况下 ,车流组织方案的变化 。
(4) 模型为一个超大规模的非线性组合优化问
Research on the optimization model of the block container train f ormation plan
YAN Hai2feng , PEN G Qi2Yuan , YIN Yong
( School of Traffic and Tranps. , Sout hwest Jiaotong University , Chengdu 610031 , China)
组合来代替 ,大大减少了变量的个数 。 (2) 模型的约束条件均为等式约束 ,且每支车流
均只对应一个约束条件 ,相互间没有交叉 。系数矩阵 和增广矩阵中的元素也均为 0 或 1 。
(3) 目标函数中含有二次项 ,且每个二次项均为 一个改编量与一个直达量的乘积 。
(4) 模型可以将目标函数分解后 ,形成几个相互 之间不影响的子规划再进行求解 。这样可以降低求解 运算的复杂度 ,但是只能作到局部最优而非全局最优 。
1 铁路货物列车编组计划优化模型的特点分 析
铁路货物列车编组计划 ( 以下简称列车编组计 划) ,特别是单组列车编组计划 ,很多学者和专家都已 经作了长时间的系统的研究和探索 ,得出了一些重要 的研究结论 ,建立了较为完善的规划模型 ,其中比较著 名的有“二次 0 —1 规划模型[1 ]”和“网络列车编组计划 模型[2 ]”。 1. 1 二次 0 —1 规划模型的主要特点
(6) 单纯性假设
模型中所讨论和定义的某支箱 (车) 流 ,其只包含
这支箱 (车) 流所定义的起 、终点间的这支流 ,而不含有
任何其它性质的流 。这一个假设保证了集装箱班列的
“单组性”。