公铁联运规模效应和枢纽拥挤效应的联动分析

发布时间：2020-03-01 04:03

【摘要】：公铁联运最主要的优势就是采用轴辐式网络结构实现规模经济,降低货物的运输成本,货运量越大,规模效应越明显;另一方面,过多的货物在枢纽集结会造成枢纽拥挤,增加货物在枢纽的停留时间,从而降低了公铁联运的竞争力.本文分别采用与流量相关的分段成本函数和M/M/c的排队模型来描述公铁联运的规模效应和拥挤效应,建立了非线性的整数规划模型,用于综合分析规模效应和枢纽拥挤效应对公铁联运的影响.采用混合禁忌搜索算法求解本文的模型,该算法具有较好的收敛效果.最后,分析了铁路服务固定成本、公路运输成本、货物运到期限和枢纽能力对公铁联运竞争力的影响.
【图文】：

示意图,成本函数,流量,枢纽

返目焖佟⒘榛畹挠攀疲噙芄皇迪?门到门的运输服务.通过将货物集结到枢纽，然后在枢纽之间开行高频率、大运量的铁路列车，公铁联运实现了货物运输的规模效应，这也是公铁联运的最大优势.同时，枢纽集结了大量货物，导致货物积压，，从而造成货物无法按时送达.本文将综合研究规模效应和枢纽拥挤对公铁联运的影响.大部分已有的关于轴辐式(HubandSpoke)网络研究的文献中对规模效应的建模处理较为简单，即用一个固定的折扣率乘以运输成本来表示规模效应[2].O’Kelly等[3]，Klincewizez[4]及Ishfaq等[5]采用如图1所示与流量相关的凸成本函数表示规模效应，即随着流量增加，总成本增长速率逐渐变小，能够更加真实地反应规模效应.为了方便建模，他们采用分段线性函数来近似该凸成本曲线.对于枢纽拥挤方面的研究，Camargo等[6]，Paraskevopoulos等[7]和唐继孟等[8]将枢纽的拥挤效应建模成与流量相关的拥挤成本，并将其作为目标函数的一部分.上述学者采用流量的幂率函数表示拥挤成本，虽然能够反应拥挤效应的变化趋势，但是缺乏理论依据，且对于不同的应用场景，成本函数的参数需要重新标定.Mohammadi等[9]和Rahimi等[10]考虑到货物通过枢纽的全过程类似一个排队系统，分别将货物在枢纽的处理过程建模成M/M/c和M/M/c/K排队系统，根据进入枢纽的流量，计算货物在枢纽的逗留时间.排队模型能够比较真实地反应货物在枢纽的处理流程，为货物在枢纽的逗留时间的计算提供了理论依据，并且计算简便，无需标定额外的参数.既有研究分别在轴辐式网络的规模效应和枢纽的拥挤效应方面取得了丰富的成果.但并未同时考虑规模效应和枢纽拥挤效应对轴辐式网络的联动影响.本文采用如图1所示的分段线性成本函数刻画公铁?

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交通运输系统工程与信息2017年6月变量Sk表示枢纽k是否新建基础设施提供铁路服务，且新建成本为MCk.另外，假定如果节点k被选为枢纽，则默认其提供公路运输的服务，且枢纽开放的固定成本为Fk(不含MCk).当货物通过枢纽中转运输无法满足其运到期限时，可以采用公路直达方式，但是其单位运输成本cij是最高的.本文在建模过程中，进行了如下假设：①若某个节点选为枢纽，其开放的固定成本Fk包括提供公路中转服务的成本；②任何OD之间的货流不可拆分，只能选择图2中的一种模式运输；③枢纽选定后，各枢纽之间都有直接相连的弧；④对于任意OD需求，公路直达方式总能满足其运到期限要求.图2不同的货物运输模式Fig.2Differenttypesofshipments1.2模型建立公铁联运最大的优势是通过枢纽集结货物从而实现货物运输的规模效应，但是过多的货物在枢纽集结也会导致枢纽拥挤，增加货物在枢纽的停留时间，因此本文将分析规模效应和枢纽拥挤效应对公铁联运的联动影响.为了更加真实地反应公铁联运的规模经济，采用如图1所示的分段线性函数近似地表示规模效应的凸成本曲线，其中，βs0和βs1分别表示第s条线段的截距和斜率.对于枢纽拥挤方面，考虑到货物经过枢纽的流程主要包括：货物到达、卸货、等待处理、货物处理、货物装车、离开，该过程十分类似一个排队过程，因此，借鉴文献[9]建模方法，用一个M/M/c的排队模型表示货物在枢纽的处理过程.根据枢纽每天处理的货物量，计算货物在枢纽的停留时间Wk.对模型中包含的变量和参数作如下定义：决策变量：yk——选址变量，1表示开放枢纽k，否则，k为普通节点；Xij——直达运输变量，1表示需求节点i和j之间采用直达运输，否则，不采用；X

【参考文献】