多场景需求变动下货物快运服务网络鲁棒性优化研究

摘要

目前我国铁路货运正处于物流化转型发展的关键时期，在“经济新常态”的背景下，运输市场竞争激烈。货主对铁路货物快运服务网络的快速性、安全性、可靠性、便捷性等都有了更高的要求。为了更好的满足货主需求，适应电子商务时代，作为新的铁路货运产品，货物快运的网络设计问题，尤其是考虑场景需求变动条件下的鲁棒优化问题具有研究的必要性和可行性。在此背景下，本文对货物快运服务网络设计问题进行了研究。
　　首先，对铁路货物快运网络的基本理论进行了分析。第一，为了明确研究内容，本文讨论了货物快运市场需求，并根据95306网站给出了当前铁路货运系统对铁路快捷货运的分类。第二，总结了铁路货物快运服务的七点影响要素，对应给出了各影响要素的表现形式和解决方案。第三，对铁路货物快运服务特性分析，主要是分析了运输组织形式，提出了直达货运班列、有途中摘挂作业的货运班列和中转货运班列三种组织形式，为后续进行服务网络设计进行铺垫，除此之外，还对铁路货运的作业过程进行分析，明确铁路货物快运服务网络设计处于整个作业过程的哪个阶段和各个过程的工作内容。第四，综合以上基本理论，提出了铁路货物快运服务网络的设计原则、目标以及铁路货物快运服务网络设计的主要内容即运输服务路径、停站方案、编组内容。
　　其次，本文构建了铁路货物快运服务网络设计基础模型和多场景需求变动下货物快运服务网络设计的鲁棒优化模型。这是本文的重点内容。一方面，根据货物快运的作业过程对运输成本进行了细分，具体分为固定成本、运输成本、延迟成本三部分。另一方面，采用车流合并的构模理念，提出了车流的可并入候选车流集和可吸引候选车流集，有效压缩了网络规模，解决了班列的中转和摘挂作业问题。为了提高模型的稳定性，本文提出了多场景需求变动下货物快运服务网络设计的鲁棒优化模型，引入了各场景的偏离系数和开行列数的冗余系数，目标函数不仅考虑铁路运营总成本最小，还引入了各场景的总偏离程度。并用算例对比了两个结果的变化。
　　再次，本文对铁路货物快运服务网络设计基础模型和多场景需求变动下货物快运服务网络设计的鲁棒优化模型进行求解。针对大规模路网下铁路货物快运服务网络设计的复杂性，本文采用了和声搜索算法进行求解，在初始和声记忆库前，为了提高算法的运算效果，分别设计了适用于两个模型的两阶段可行解生成步骤，有效提高了算法的收敛速度。在此基础上详细介绍了两个模型的求解流程及步骤，并用算例验证了模型和算法的有效性。
　　最后，通过案例分析，对本文构建的铁路货物快运服务网络设计基础模型和多场景需求变动下货物快运服务网络设计的鲁棒优化模型结果进行对比，并进行参数波动分析，对结果进行阐述，为铁路货物快运服务网络设计提供了有价值的参考。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 铁路货物快运服务网络研究现状

1．2．2 鲁棒优化理论研究现状

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究方法

1．3．2 研究内容和技术路线

2 铁路货物快运服务网络基本理论

2．1 铁路货物快运市场需求及快运产品介绍

2．1．1 货物快运市场需求特征

2．1．2 铁路快捷货运产品介绍

2．2 铁路货物快运服务的影响要素

2．2．1 快速性

2．2．2 安全性

2．2．3 可靠性

2．2．4 便捷性

2．2．5 经济性

2．2．6 透明性

2．2．7 特定性

2．3 铁路货物快运服务特性分析

2．3．1 运输组织形式分析

2．3．2 作业过程分析

2．4 铁路货物快运服务网络设计内涵

2．4．1 铁路货物快运服务网络的设计原则

2．4．2 铁路货物快运服务网络设计的目标

2．4．3 铁路货物快运服务网络设计的内容

2．5 本章小结

3 铁路货物快运服务网络设计

3．1 问题分析

3．2 铁路货物快运服务网络设计基础模型

3．2．1 模型假设

3．2．2 符号定义

3．2．3 模型构建

3．3 多场景需求变动下货物快运服务网络设计的鲁棒优化模型

3．3．1 鲁棒优化模型

3．3．2 多场景的建模分析

3．3．3 模型构建

3．4 本章小结

4 铁路货物快运服务网络优化设计模型求解算法

4．1 和声搜索算法概述

4．2 基本思路

4．3 算法设计

4．3．1 铁路货物快运服务网络设计基础模型算法设计

4．3．2 多场景需求变动下货物快运服务网络设计的鲁棒优化模型算法设计

4．4 和声搜索算法求解步骤

4．5 算例分析

4．5．1 算例说明

4．5．2 结果说明

4．6 本章小结

5 案例分析

5．1 案例背景

5．1．1 路网情况

5．1．2 高附加值货运量及参数取值

5．2 案例实现过程及结果分析

5．2．1 案例求解

5．2．2 结果分析

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 论文展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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