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集装箱码头课程设计港口集疏运系统优化设计姓 名 学 号 专 业 粘贴：摘 要当前港口大型化、规模化及功能多元化发展趋势对港口集疏运系统提出了更高规定。集疏运系统作为为港口集中与疏散吞吐货品服务交通运送系统，是连结港口和货源地(货运目地)纽带，是控制港口物流服务效率与效益核心。科学发展港口陆路集疏运系统就要合理设计港口集疏运能力，有效配备集疏运量在公路、铁路集疏运间比例，达到既满足集疏运需求，又能节约资源和提高效率，集疏运交通与都市交通和谐发展目。本文在界定港口集疏运系统概念和内含基本上，结合交通运送规划理念，运用层次分析法、DDSUE等办法和模型对港口集疏运系统选取评价体系和优化办法进行了描述，通过拟定合理运送途径和流量分派使运送成本最小化、运送效率最大化。核心字：港口集疏运系统，层次分析法，评价选取，途径流量，最优化目录1 引言11.1研究背景及意义11.2研究现状11.3研究思路与办法12 港口集疏运系统概述12.1港口集疏运系统概念12.2港口集疏运系统功能23 港口集疏运系统选取评价办法23.1办法确立23.2层次分析法基本思路23.3层次分析法基本流程33.3.1 层次分析法环节与算例分析33.3.2 本节小结54 港口集疏运系统优化模型54.1 最短途径模型54.2 途径流量分派优化模型74.2.1 DDSUE模型简介74.2.2 算法环节84.2.3 DDSUE模型长处分析85 小结8参照文献91 引言1.1研究背景及意义港口是一种国家对外贸易门户，是进出口商品重要通道，在当代化国际贸易和运送系统中战略地位正在逐渐增强并发挥日益活跃作用。随着国内在世界上重要性不断加强，以及国内对外开放和入世不断加深，港口成为国内与世界相联系纽带，港口作用越来越明显。在这样一种大背景下，提高港口重要性就显得尤为重要，而港口系统顺畅运营离不开各种运送方式有机配合，因此港口良性运作核心在于港口集疏运系统顺畅，因而对于集疏运系统研究迫在眉睫。 港口物流具备经济地理特性，可以极大地增进地区经济发展。通过优化其集疏运环节，可加速港口货品有效流动，增进区域及国家对外经济与贸易发展。本文先给出集疏运系统评价及选取办法，然后运用一系列数学模型，找出港口集疏运系统不同环节优化途径，对完善和发展港口系统集疏运理论体系，具备重要理论意义。1.2研究现状在贸易全球化时代，当代化高效港口已成为增进贸易发展必要和有力工具。当前，当代港口必要为船、车和货品提供有效可靠物流服务，以保证货品在运送网络中及时集散。然而，无论是国内还是国外，也不论是发展中华人民共和国家还是发达国家，港口集疏运还是一种比较薄弱环节。凡涉及港口物流国家和地区，都十分注重研究和建立以港口为枢纽内地集疏运系统，某些国家已在港口地区建立货品配送中心、物流中心，以解决货品仓储、待运和转运等集疏运问题，以达到为货主提供以便运送服务及加强班轮运送公司在国际航运市场竞争地位目。在港口集疏运规划方面研究重要是应用Fuzzy网络流理论。Fuzzy网络理论是Fuzzy线性规则、Fuzzy多目的规划一种特殊形式，在J.Horka对普通Boolean网络流进行Fuzzy扩展后，S.Chanas和.W.Kolodzieject提出了Fuzzy Ford and Fulkson定理，并有许多人提出了具备Fuzzy弧能力网络最大流定义和算法。1.3研究思路与办法完善集疏运系统是一种先选取再优化过程，先从可选系统中选出最优系统，再对其进行优化解决，这样得到集疏运系统才是最能满足规定系统。本文用层次分析法给出港口集疏运系统评价体系，以以便管理者筛选出最优集疏运系统，做出最佳决策。然后从港口集疏运途径和流量分派两个方面着手，通过EXCEL软件和多目的决策、DDSUE等数学模型对集疏运系统做出合理优化，以达到减少成本和提高效率目。2 港口集疏运系统概述2.1港口集疏运系统概念港口集疏运系统是与港口互相衔接、重要为集中与疏散港口吞吐货品服务交通运送系统。其中，“集”是从发货人指定场合将出口货品运至港口，集中堆放在码头前沿或码头附近堆场或仓库；“疏”是将进口货品从船上卸下，堆放在码头后方堆场或码头附近港外堆场或仓库，然后通过各种方式运至收货人指定目地。2.2港口集疏运系统功能集疏运系统对港口物流能力、功能发挥其着重要作用，是控制港口物流服务效率与效益核心。其地位如图2-1所示：图2-1 集疏运系统在港口物流中地位畅通无阻集疏运是港口物流必不可少基本保证。体当前：集疏运是保证港口畅通基本条件；周密集疏运筹划能提高货品运送经济效率，增进港口多式联运发展，将各种运送方式有机联系起来，实现“门到门”运送，从而加速实现港口运送当代化。3 港口集疏运系统选取评价办法3.1办法确立港口集疏运系统是一种开放、具备多样性复杂系统，而对港口集疏运系统进行综合评价，又掺杂了管理、决策、经济、交通等社会科学领域使得问题变得更为复杂，这就规定咱们环绕港口集疏运系统评价这个主体，多方面、全方位地把握所需信息，客观、科学地建立港口集疏运系统综合评价模型，以协助拟定和选取适当系统。港口集疏运评价系统是一种多层次、多目的复杂系统，重要涉及公路、铁路、水路、管道、航空四个子系统，每个子系统又包括若干指标。本文采用层次分析法（AHP）简朴分析了这五个系统独立时选取办法。3.2层次分析法基本思路 运用层次分析法（AHP）来拟定各评价指标权重。其基本思路是：依照问题性质和总目，将问题分解成不同构成因素，并按照它们间互相联系以及从属关系划提成不同层次组合，构成一种递阶层次构造；接着对每一层次各元素关于上一层次中某一准则相对重要性进行两两比较，构造比较判断矩阵；然后由判断矩阵计算被比较元素对于该准则相对权值，进行一致性分析；最后通过各层次因素单排序与逐级总排序，最后计算出最底层诸元素相对于最高层重要性权值，从而可拟定各个对象优劣排序。3.3层次分析法基本流程3.3.1 层次分析法环节与算例分析第一步：递阶层次构造建立将复杂问题设计因素条理化、层次化，构造出一种有层次构造模型。在这个模型中，复杂问题构成因素被提成若干构成元素。这些元素按其属性及关系形成若干层次：目的层、准则层和方案层，上一层次元素对下一层次元素起支配作用。层次间支配作用不是完全，有元素并不支配下一层所有元素，而仅支配其中一某些元素。这种自上而下支配关系所形成层次构造称为递阶层次构造。一种典型层次构造如图3-1所示：图3-1递阶层次构造示意图 本文以最简朴单一公路、铁路、水路、管道、航空作为港口集疏运方案为例，以安全系数、收费原则、运送速度、运送质量、装卸效率为准则来研究某一特定状况下选取方案。第二步：构造两两判断矩阵层次分析法规定逐级计算互相联系元素间影响互相重要性，并予以量化，构成判断矩阵，作为分析基本。为了用数值来表达相对重要性限度，可以采用Saaty标度法判断如表3-1所示：表3-1 Saaty标度法判断阐明标度值定义（用I因素与J因素对比重要限度）1I因素与J因素相似重要3I因素与J因素相比稍微重要5I因素与J因素相比明显重要7I因素与J因素相比强烈重要9I因素与J因素相比极端重要2，4，6，8为以上两判断之间中间状态相应标度值将上述信息输入EXCEL，并假定某一特定情形下，公路、铁路、水路、管道、航空运送规定五个准则限度（即五个准则重要性两两比较）如下：第三步：层次单准则排序及一致性检查层次单排序是依照上一层元素A j判断矩阵，计算本层次与之相联系各元素B1 ,B2 ，Bn相对重要性排序权值。对于判断矩阵A，计算满足AW =maxW特性根max和特性向量W。W为相应于max归一化向量，即为同一层次中各因素对于上一层某个目的相对重要性排序权值。在判断矩阵构造中,并不规定判断矩阵具备一致性，这是客观事物复杂性与人结识多样性决定。但为了保证AHP法得到理论基本合理，必须把判断矩阵偏差限制在一定范畴内，为此要进行一致性检查，普通用C.I.和C.R.两个指标进行鉴定。其办法为：(1)计算一致性指标C.I.(Consistent Index)CI= （3-1）其中：max为最大特性值，n为判断矩阵行数或列数。如果CI=0，则判断矩阵具备完全一致性。如果CI0，则只要判断矩阵最大特性值稍不不大于n，且别的特性根接近于零，这时称该判断矩阵具备满意一致性。(2)为了给出详细度量指标，Saaty建议用平均随机一致性指标R.I.(RandomIndex)来检查判断矩阵与否具备满意一致性。查找相应平均一致性指标R.I.，表3-2中给出了110阶正互反矩阵计算1000次得到平均随机一致性指标。表3-2平均随机一致性指标RI矩阵阶数12345678910RI000.580.891.121.241.321.411.451.49 (3)计算一致性比例C.R.(Consistent Ratio)CR= （3-2）当CR0.10时，称判断矩阵通过了一致性检查，以为判断矩阵一致性是可以接受，否则应调节判断矩阵中元素取值，直至具备满意一致性。这时求得最大特性值所相应特性向量，经规格化后，才可以作为层次单排序权值。本文算例经一致性检查后成果如下：第四步：为各备选方案打分。依照实际状况，查找资料，结合经验给各备选方案做出科学客观打分。假设本文算例各方案准则打分状况如下表：第五步：得出各备选方案综合得分，得分最高者为最优选取。3.3.2 本节小结 通过上面基本环节，咱们得出了在只考虑选用单一运送模式时最优运送方案，该方案为所有方案中最能满足运送规定，这重要是由于货主或者货代等更注重运费最小化，把运送效率及运送质量因素放在次要位置，通过层次分析法分析，得出了选取水路运送成果。 在运送准则选取和其两两比较得出权重方面，要综合考虑货重规定、都市交通状况、运送管理人倾向等多方面因素。在备选方案打分方面，要结合资料信息、专家意见、本地实际状况、寻常经验等综合分析，再给出科学合理打分。本文算例仅仅以单一运送方式直达模型作为算例，缺少普遍性，事实上，实际业务中大多都是将两种或两种以上运送方式联系起来使用，这就规定更加系统和全面分析，将每一种联运方式作为一种备选方案，然后采用上述同样办法得出结论，基本思路大体相似，只是分析起来会复杂一点，本文受篇幅限制，不再赘述。4 港口集疏运系统优化模型4.1 最短途径模型咱们通过如下简朴算例来寻找集疏运最短线路。如图所示，货品在点1码头起运，前去位于点6目地。已知：1-2，1-3，3-2 ,3-5，2-4，4-5，4-6，5-6路线长度分别为67km，48km，15km，64km，45km，56km，70km,且路线是不可逆。第一步，依照线路长度，输入数据。其中，本节点通过本节点由于不存在，因此输入“0”。不相通节点，输入一种很大数，此处咱们输入10000来表达不通线路。别的节点依照上图实际距离依次输入。成果如图4-1所示：图4-1第二步，列出可变单元格以及有关约束条件。如图4-2所示。图4-2 列出可变单元格及有关约束条件第三步，进行规划求解。如图4-3所示。图4-3 规划求解成果因而，此算例最优线路为1-3-2-4-6,路线长度为164km。本例为最简朴最抱负模型，即只考虑一种运送方式，并且是直达运送，在这种状况下，最短途径意味着在最短时间、最低成本下集疏运系统模式，因而该办法对于简朴单一运送方式直达运送系统具备一定优化作用，是物流及集疏运系统最基本办法。但是这种办法不免有很大局限性，模型网络仅是腹地与港口之间直线途径集合,不能反映港口集疏运网络真实状况，抱负中单一方式运送是不大实际，当需要各种方式联运时候这种办法也许就会行不通。此外，最短途径也许还要考虑税收，道路状况，政府政策等因素，需要综合考虑才干得出实际意义上最短途径。4.2 途径流量分派优化模型 上一节所述最短途径模型作为物流配送运送基本模型，可作为集疏运系统优化模型初步研究，但由于自身固有局限性，实际中应用显得很单薄。下面简介一种多途径流量分派模型，可以得出更科学优化成果。4.2.1 DDSUE模型简介 DDSUE模型涉及动态出发时间选取和动态出行路线选取,下面是DDSUE数学模型。一方面列举出每OD对（起始地-目地）之间所有有效途径,拟定每条途径通行能力。假设第k条途径涉及m个路段,每条路段通行能力为qi(i=1,2,m)在该条路经上最小路段通行能力将决定整条途径通行能力,因而取其中最小路段通行能力作为途径通行能力（1） 接着计算每条途径在当前时刻行程耗费。设a为每个路段自由流行程时间;xrsk(t)为每条途径在t时刻总车辆数,则第k条途径在t时刻行程耗费为（2）求出途径行程耗费后,计算每条途径在时间t选取概率（3） 动态出发时间选取,则在每一种时间段所出发车辆数,要根据当前路网交通状况来拟定,为了保证途径使用效率达到最优,同步又不会超过其通行能力,采用下面办法来拟定出发量。一方面,依照每条途径通行能力和依照其被选取几率来拟定出交通出发量,然后选取其中最小一种作为当前时间交通出发量。 （4）则t时间段中,OD点对从r到s交通出发量为（5）最后,在t时间段中，OD点对从r到s第k条途径驶入量为（6）式(6)则为最后交通分派成果,通过有限次迭代后,使用公式(7)判断与否收敛。（7）式中:（0，1）为收敛判断参数。如果式(7)条件满足，则分派过程完毕，否则，进行下一轮迭代。4.2.2 算法环节下面是该算法详细环节。环节1 初始化。求出各OD点对之间有效途径;列举出每对OD之间所有有效途径;使用式(1)计算出每条途径通行能力;设立开始时间每条途径上驶入量为0;拟定开始时间段每OD点对之间出发交通量,设定迭代收敛判断参数;设立迭代次数n=1,时间段m=1。环节2 动态随机网络加载。计算每条途径在第m时间段行程耗费;分别使用式(2)和式(3)计算每条途径行程耗费和选取概率;使用式(4)和式(5)计算出第m时间段中每OD点对之间出发量;使用式(6)计算出第m时间段中每条途径上驶入量;判断,如果(mt)T,则m=m+1,转到环节2,。环节3 收敛判断。如果公式(7)成立,算法结束,否则置:n=n+1,m=1,转到环节2,。4.2.3 DDSUE模型长处分析一方面，从途径流量分派过程咱们可以看出，在通过几种时间段分派之后，交通网络上流量将达到稳定饱和状态，最后出发量达到一种固定值。而行程耗费最短途径，分派其上交通流量始终等于它通行能力，这样就充分使用了道路资源，实现了运送效率最大化和运出成本最低化双重功能。再者，DDSUE模型里，充分考虑了通行能力约束，分派到路段上流量最大等于其通行能力。尽管个人选取具备盲目性，但是在将来智能运送系统中，顾客可以随时获取动态交通信息，如果遇到交通拥塞，顾客选取往往不是立即出发，进入拥塞交通流中，而是等待一段时间，选取适当出发时间，这样选取既符合个人出行优化，也为系统最优提供了条件，本模型恰本地描述出了这样状况，将有出行需求顾客，灵活地分批出发,使系统达到稳定状态，这与现状较吻合。5 小结港口集疏运系统优化应依照客户需求、运费水平、运送时间、途径优劣等有关因素，借助集疏运系统评价体系和途径流量优化模型，对系统进行评价选取和运营模式优化，再加上加上对有关数据和资料进行归纳总结，找到经济、效率两方面最优方案。本文关于办法和模型算例，只是大体简介了办法和模型操作环节，都是基于对集疏运系统假设，并未对真实状况采集样本，缺少真实资料和数据。在实际操作中，如果能将这些理论和模型运用到实际业务中去，优化成果会更贴近现状，其功能也将更加具备说服力。不论如何，本文所阐述集疏运系统优化办法相信对实务是会有一定指引意义。参照文献1 黄芳.港口物流系统集疏运环节协调优化分析学位论文.西南交通大学硕十学位论文.3.302董洁霜.港口集疏运系统优化模型.上海理工大学学报.第29卷第5期3曹海龙.港口物流系统构建及评价研究学位论文.大连海事大学研究生学位论文.3.104米晓晨.天津港集疏运系统规划研究学位论文.大连海事大学研究生学位论文.12.155王春刚，赵伟娜.大连港口集疏运体系研究.北方交通.第6期6陈辉，刘春草，朱志军.物流配送管理半途径优化问题研究J.西安电子科技大学学报，(5):16-20.7吴涛，牛惠民. 多途径配流模型一种改进算法. 兰州铁道学院学报(自然科学版). 6月第22卷第3期