運(yùn)輸規(guī)劃及優(yōu)化

運(yùn)輸規(guī)劃及優(yōu)化運(yùn)輸規(guī)劃與優(yōu)化2第八章2023-07-24課前復(fù)習(xí)：2023-07-2432023-07-2442023-07-245u引導(dǎo)案例長江三角洲地區(qū)是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一。隨著改革開放的不斷深入，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快，原有的交通運(yùn)輸系統(tǒng)暴露出許多問題:?交通路線少；?各種運(yùn)輸方式的能力嚴(yán)重不足；?原有的運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重老化等。2023-07-246為此，國家計(jì)委和世界銀行共同對長江三角洲地區(qū)的綜合運(yùn)輸進(jìn)行規(guī)劃研究。這是我國與世界銀行合作的軟課題中研究范圍最廣、投入資金最多的項(xiàng)目之一。在這個(gè)規(guī)劃研究中，采用了先進(jìn)的運(yùn)輸規(guī)劃和優(yōu)化理論，從400多個(gè)建設(shè)項(xiàng)目中，篩選出92個(gè)項(xiàng)目，并計(jì)劃在10年內(nèi)投入880億元，用于相關(guān)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。2023-07-24在20世紀(jì)60年代以前，運(yùn)輸規(guī)劃通常以城市的機(jī)動(dòng)車自然力調(diào)查（也稱為起訖點(diǎn)調(diào)查）為基礎(chǔ)，預(yù)測未來的機(jī)動(dòng)車交通需求，進(jìn)行道路規(guī)劃；以定期月票利用者的站點(diǎn)間自然力調(diào)查等為基礎(chǔ)預(yù)測將來的利用者數(shù)，進(jìn)行軌道交通規(guī)劃。20世紀(jì)60年代，在考慮未來的城市交通時(shí)，個(gè)體運(yùn)輸工具和大運(yùn)量的運(yùn)輸工具之間的平衡，成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。人們逐漸認(rèn)識到，解決大城市交通阻塞，僅僅通過對斷面交通量采用某些局部數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)輸分析、道路規(guī)劃是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須以路線及道路網(wǎng)為對象進(jìn)行全面分析。第一節(jié)運(yùn)輸規(guī)劃理論與模型1運(yùn)輸規(guī)劃的歷史72023-07-248以定量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行城市綜合交通運(yùn)輸規(guī)劃起源于美國，并且在世界范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展。1953年，美國大都市圈底特律首先開始進(jìn)行交通調(diào)查。隨之，則是稱為“芝加哥范圍運(yùn)輸學(xué)習(xí)”的芝加哥都市圈交通規(guī)劃則對道路規(guī)劃在內(nèi)的四階段交通需求預(yù)測法，開了城市綜合運(yùn)輸規(guī)劃的先河。1962年，美國制定的補(bǔ)充聯(lián)邦道路法，進(jìn)一步推動(dòng)了“運(yùn)輸計(jì)劃”在全美國的實(shí)施范圍。在其他發(fā)達(dá)國家，如英國和日本，運(yùn)輸規(guī)劃的理論和實(shí)踐同樣取得了很大的進(jìn)展。改革開發(fā)以來，我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、城市化進(jìn)程加快和機(jī)動(dòng)車輛保有量的迅猛增加，導(dǎo)致了交通運(yùn)輸需求的迅速增長，因此做好交通運(yùn)輸規(guī)劃，對國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展極為重要。在我國，運(yùn)輸規(guī)劃作為專門的應(yīng)用學(xué)科已有20年的時(shí)間，大致經(jīng)歷三個(gè)階段：2023-07-24運(yùn)輸規(guī)劃在交通調(diào)查的基礎(chǔ)上，對交通特征進(jìn)行研究分析，將運(yùn)輸規(guī)劃的四步模型理論與方法，交通預(yù)測技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的道路運(yùn)輸規(guī)劃中運(yùn)輸規(guī)劃在方法上引進(jìn)了發(fā)達(dá)國家的交通規(guī)劃理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)，開始探討我國綜合交通規(guī)劃的理論與方法。運(yùn)輸規(guī)劃人才素質(zhì)的提高，市場需求加大，運(yùn)輸規(guī)劃的基本原理、定量化預(yù)測技術(shù)等在各種類型的規(guī)劃實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。1970-1980-1990-19801990now9三個(gè)階段2023-07-242四步模型的基本概念運(yùn)輸規(guī)劃的基本目的是為了改善客貨流運(yùn)輸?shù)臈l件。運(yùn)輸規(guī)劃的實(shí)踐集中在兩個(gè)主要領(lǐng)域：城市和大都市區(qū)模型城市間貨物和國家模型102023-07-24城市規(guī)劃方法：112023-07-24運(yùn)輸窗口國外鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究現(xiàn)狀所謂鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)，就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代信息處理技術(shù)、控制與系統(tǒng)技術(shù)、管理與決策支持技術(shù)和智能自動(dòng)化技術(shù)等。實(shí)現(xiàn)信息采集、傳輸、處理和共享，通過高效利用與鐵路運(yùn)輸相關(guān)的所有資源，以較低的成本達(dá)到保障安全、提高運(yùn)輸效率、改善經(jīng)營管理和提高服務(wù)質(zhì)量為目的新一代鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)。國外先進(jìn)的鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)（RITS）主要包括歐洲的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)（ERTMS）和日本的列車運(yùn)行管理系統(tǒng)。前者優(yōu)于后者。歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)的目標(biāo)在于建立全歐洲鐵路網(wǎng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，保證各國列車在歐洲鐵路網(wǎng)內(nèi)的互通運(yùn)營，并提高鐵路運(yùn)輸管理水平。ERTMS的核心是歐洲列車控制系統(tǒng)（等等）和超速防護(hù)系統(tǒng)。日本從2000年初開始鐵路（Cyber

Rail）的研究。Cyber

Rail是日本鐵路系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)參考模型，是從智能運(yùn)輸系統(tǒng)的角度建立起通用的標(biāo)準(zhǔn)體系框架。目前Cyber

Rail正處于體系框架定義階段。資料來源：賈利民，李平著，國外鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究現(xiàn)狀122023-07-2413我國交通運(yùn)輸發(fā)展的長期目標(biāo)是建立客運(yùn)快速化和貨運(yùn)物流化的智能型綜合交通運(yùn)輸體系，智能型綜合交通運(yùn)輸體中的智能是以模型體系為核心的，其中現(xiàn)代化的規(guī)劃方法和科學(xué)的決策體系是以規(guī)劃模型和決策模型為基礎(chǔ)的。2023-07-24四步模型由四個(gè)步驟組成：142023-07-24153四步模型的基本原理3.1交通量的生成根據(jù)所研究對象地區(qū)的特性直接求得生成交通量的步驟被稱為交通量的生成（旅行產(chǎn)品）。2023-07-2416本文主要介紹兩類方法：①增長率法②函數(shù)法所謂發(fā)生（或吸引）的交通量是指研究對象地區(qū)內(nèi)由各運(yùn)輸小區(qū)內(nèi)發(fā)生（或吸引）的交通量。而生成能力（包括產(chǎn)生和吸引）是土地利用和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的函數(shù)。2023-07-24（1）增長率法（生長-因素模型）這種方法就是把現(xiàn)在的不同分區(qū)生成的交通量與到預(yù)測時(shí)點(diǎn)的增長率相乘從而求得各分區(qū)的交通生成量，即(7－1)(7－2)172023-07-24、 分別表示人口增加率，每人平均擁有自行車數(shù)量的增長率：即(7－3)(7—4)18這種方法的關(guān)鍵問題是如何確定增長率。通?？梢杂帽硎靖鬟\(yùn)輸小區(qū)活動(dòng)的指標(biāo)的增長率作為生成交通量的增長率。例如：2023-07-24(7－5)19對象地區(qū)外運(yùn)輸小區(qū)的生成交通量的增長率；對象地區(qū)外運(yùn)輸小區(qū)的常住人口的增長率；

對象地區(qū)內(nèi)全體的常住人口的增長率。增長率法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以處理用原單位法和函數(shù)法都很難解決的問題。這就是，當(dāng)我們進(jìn)行區(qū)域的生成交通量預(yù)測時(shí)，研究對象地區(qū)外的預(yù)測也是必要的。這種時(shí)候，對于對象地區(qū)外的區(qū)域，通常只需要處理此區(qū)域與對象區(qū)域之間的交通。此類問題，通常采用增長率法.設(shè)定2023-07-24（2）函數(shù)模型法也被稱為多元回歸分析法（衰退分析）作為模型公式，多采用以下三個(gè)模型：(7－6)這里的 大多是表示運(yùn)輸小區(qū)的活動(dòng)的人口指標(biāo)202023-07-24213.2交通分布在交通的分布階段，主要是預(yù)測交通生成量的來源和去向。在交通分布中最基本的概念是自然力表。O表示出發(fā)地（起點(diǎn)），D表示目的地（終點(diǎn)）。所謂交通量分布的預(yù)測是指給定發(fā)生交通量和吸引交通量，對于全部OD求i、j之間的分布的運(yùn)輸量。對運(yùn)輸量分布預(yù)測的方法主要分為兩大類，即增長率法和構(gòu)造模型法。下面對構(gòu)造模型法中的重力模型法（重力模型）進(jìn)行闡述。2023-07-24重力模型是模擬物理學(xué)中萬有引力定律

而開發(fā)出來的運(yùn)輸分布模型。此模型假定i、j間的分布運(yùn)輸量與起點(diǎn)i發(fā)生的運(yùn)輸量與終點(diǎn)j吸引的運(yùn)輸量成正比，與兩點(diǎn)之間的距離成反比。即(7－7)222023-07-24方式選擇（形式的切分），某種方式的選擇決定于運(yùn)輸成本、運(yùn)輸時(shí)間等因素，選擇中最重要的特征是成本和時(shí)間（包括換

乘時(shí)間）。方式選擇的模型很多，通常分為兩大類。即集計(jì)模

型和非集計(jì)模型。非集計(jì)模型也叫個(gè)人選擇模型（個(gè)人選擇模

型），或分散選擇模型（離散的(選擇)模型）等。其中使用較多，又比較成熟的是非集計(jì)模型中的Logit模型。Logit模型的理論基礎(chǔ)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論與經(jīng)濟(jì)學(xué)理論。該模型中的許多參數(shù)必

須通過標(biāo)定來完成。多項(xiàng)Logit模型（多項(xiàng)的Logit模型）的選擇概率為：(7－9)233.3方式選擇2023-07-2424路徑分配（Assignment），根據(jù)路徑上的不同成本、旅行時(shí)間函數(shù)進(jìn)行分配。這一分配理論的基礎(chǔ)是沃德羅普原理（1950年，歐洲），實(shí)際上是一種迭代分配法，什么時(shí)候路網(wǎng)平衡，就是分配完成。只介紹兩種簡單的路徑分配方法①0-1分配法②增量分配法3.4路徑分配2023-07-2425（1）0-1分配法0-1分配法，它有兩個(gè)特點(diǎn)。第一個(gè)特點(diǎn)是不考慮擁擠對走行時(shí)間的影響，即認(rèn)為所有

路段上的走行時(shí)間都是不隨路段上交通流量

的大小而變化的常數(shù)；第二個(gè)特點(diǎn)是認(rèn)為同

一組OD的所有駕駛員都選擇完全相同的路線。因此，這種分配法的主要計(jì)算是尋找最短路

徑。0-1分配法十分簡單但卻很近似。在道路稀少的偏遠(yuǎn)地區(qū)的交通量分配中可以采用這

種方法，一般城市道路網(wǎng)的交通量分配不宜

采用這種方法。2023-07-2426（2）增量分配法增量分配法（incrementalassignment

method）是一種近似平衡分配法。這種方法的基本思路是將OD運(yùn)輸量平分成若干等分，循環(huán)地分配每一等分的OD運(yùn)輸量到網(wǎng)絡(luò)中。每一次循環(huán)分配一等分的OD交通量到相應(yīng)的最短路徑上，每循環(huán)分配一次重新計(jì)算并更新各路段的走行時(shí)間，然后按更新后的走行時(shí)間重新計(jì)算并更新各路段走行時(shí)間，然后按更新后的走行時(shí)間重新計(jì)算網(wǎng)絡(luò)各OD間的最短路徑。下一循環(huán)中按更新后的最短路徑分配下一等分的OD運(yùn)輸量。2023-07-24運(yùn)輸窗口8-2美國未來的城市交通規(guī)劃M.D.Muyer認(rèn)為，在探討美國的未來的城市交通規(guī)劃，需要在下面十個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行研究，即：人口結(jié)構(gòu)變化；經(jīng)濟(jì)與

市場的作用；多方式的交通規(guī)劃；運(yùn)輸系統(tǒng)管理目標(biāo)；強(qiáng)化

新技術(shù)的應(yīng)用；新的社會團(tuán)體意識；實(shí)行道路定價(jià)策略；加

強(qiáng)土地使用管理；交通的可持續(xù)發(fā)展；公眾參與交通規(guī)劃。在進(jìn)行美國城市未來的交通規(guī)劃的時(shí)候，必須考慮以下幾條：在交通規(guī)劃的不同階段，決策者注重于不同因素的影響；在

未來的規(guī)劃中，交通與環(huán)境的聯(lián)系將會越來越緊密，軌道交

通將日益受到重視，規(guī)劃也將越來越注重于對環(huán)境的影響；社會上不同的關(guān)注及需要將影響規(guī)劃的進(jìn)行；技術(shù)及環(huán)境還

會體現(xiàn)在今后對決策的評價(jià)中。272023-07-24284四步規(guī)劃模型的應(yīng)用在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用抽樣調(diào)查的辦法，并與發(fā)展政策、項(xiàng)目規(guī)劃掛鉤起來。這種方法通常被稱為非完全矩陣法。非完全矩陣法不是將全部的交通流分配到路網(wǎng)上，與完全的現(xiàn)場

OD調(diào)查得到數(shù)據(jù)會有一個(gè)區(qū)別。事實(shí)上，不能所有的OD流都考慮進(jìn)去，當(dāng)然有些應(yīng)該納入進(jìn)去而未被納入的OD流，要單獨(dú)處理。2023-07-2429在模型的應(yīng)用過程中，通常把交通分成兩大類:一部分稱為經(jīng)過模型的交通流另一部分稱為未經(jīng)模型的交通流納入模型中的交通流通常用矩陣表示，用觀測值導(dǎo)出現(xiàn)狀

OD矩陣，預(yù)測OD矩陣通過推算求出。對一部分未經(jīng)模型的交通流，按區(qū)段分別導(dǎo)出。簡單的方法是，觀測的交通流減去模型交通流就是未經(jīng)模型的交通流，這意味著交通流矩陣外還要有許多其它的數(shù)據(jù)，如每一區(qū)段的總交通量，這些數(shù)據(jù)各運(yùn)輸管理部門都有，在每個(gè)區(qū)段上究竟有多少交通流量被模型化，這要做具體的研究，如所有的大宗貨物運(yùn)輸要進(jìn)模型，城市間的旅客運(yùn)輸要進(jìn)入模型，市郊短途運(yùn)輸不納入模型等等。在實(shí)踐中要靠模型開發(fā)和應(yīng)用專家在實(shí)際的應(yīng)用過程中不斷地總結(jié)。交通均衡分配理論30所謂交通分配就是將各種出行方式的OD矩陣按照一定的規(guī)則符合實(shí)際地分配到交通網(wǎng)絡(luò)中的各條道路上，求出各路段上的流量及相關(guān)的交通指標(biāo)，從而為交通網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、評價(jià)等提供依據(jù)。交通分配問題中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是假設(shè)出行者遵循什么樣的行為原則。有兩個(gè)廣泛使用的原則，即Wardrop(1952)第一和第二原則。2023-07-24第一原則假定，所有出行者獨(dú)立地作出令自己的行駛時(shí)間最2023-07-24小的決策，在所導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)流量分布狀態(tài)里，同一OD對之間所有被使用的路徑的時(shí)間是相等的，并小于或等于任何未被使用路徑的時(shí)間。這樣一種流量分布狀態(tài)被稱為用戶均衡態(tài)，在這種狀態(tài)下，沒有人能夠通過單方面改變自己的路徑來達(dá)到降低自己時(shí)間的目的。第二原則假定，所有人的出行能夠令網(wǎng)絡(luò)總時(shí)間最小，即有一個(gè)中央組織者協(xié)調(diào)所有人的路徑選擇行為，所有出行者服從該組織的指揮，這樣事項(xiàng)的流量分配狀態(tài)稱為系統(tǒng)最優(yōu)。31運(yùn)輸規(guī)劃的原則321．運(yùn)輸規(guī)劃要符合國家長遠(yuǎn)規(guī)劃運(yùn)輸業(yè)的規(guī)劃，應(yīng)在國家的發(fā)展規(guī)劃指導(dǎo)下制訂。交通運(yùn)輸建設(shè)規(guī)模和發(fā)展速度要適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需要，使運(yùn)輸能力的增長與經(jīng)濟(jì)和社會的運(yùn)輸需求保持著合理的比例關(guān)系；交通運(yùn)輸網(wǎng)的布局要適應(yīng)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的布局、商業(yè)外貿(mào)布局、旅游布局以及人口分布的需要。2023-07-242．運(yùn)輸規(guī)劃要符合國情33制訂運(yùn)輸規(guī)劃既要考慮國際慣例，也要符合中國國情。我國地勢西高東低。東部和中部的經(jīng)濟(jì)、交通較發(fā)達(dá)；西部地域廣闊，多為高原、大山，自然條件較差，交通不便，但資源豐富，極有發(fā)展前途。編制運(yùn)輸規(guī)劃既要看到發(fā)展，也要考慮我國實(shí)際情況。對于資源密集的西部地區(qū)，運(yùn)輸規(guī)劃應(yīng)因地制宜采用大規(guī)模、大運(yùn)量、低成本的運(yùn)輸方式，如水運(yùn)、鐵路水路聯(lián)運(yùn)、公路水路聯(lián)運(yùn)等。總之，編制運(yùn)輸規(guī)劃應(yīng)根據(jù)我國的具體情況，不宜貪大求全，要講究經(jīng)濟(jì)效益，講究實(shí)用。2023-07-243．運(yùn)輸規(guī)劃要適應(yīng)社會生產(chǎn)發(fā)展和市場需求發(fā)展生產(chǎn)，交通運(yùn)輸應(yīng)先行。事實(shí)上，交通運(yùn)輸是構(gòu)造和奠定市場經(jīng)濟(jì)體制的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是社會主義市場不可缺少的組成部分34，不發(fā)展運(yùn)輸市場，難以建設(shè)統(tǒng)一、有序、高效的全國市場體系。所以，編制運(yùn)輸規(guī)劃，要注意適應(yīng)社會生產(chǎn)的發(fā)展和市場要求。2023-07-244．運(yùn)輸規(guī)劃要科學(xué)合理35運(yùn)輸規(guī)劃是對未來運(yùn)輸?shù)囊环N調(diào)控方式，應(yīng)做到科學(xué)合理。具體來說，制訂運(yùn)輸規(guī)劃時(shí)既要考慮當(dāng)前利益，也要考慮長遠(yuǎn)利益；既要考慮局部利益，也要考慮整體利益；既要考慮運(yùn)輸企業(yè)內(nèi)部的利益，也要考慮與運(yùn)輸企業(yè)相關(guān)的各方面的利益；所采用的方法，應(yīng)將定性與定量方法結(jié)合起來。2023-07-24運(yùn)輸規(guī)劃的內(nèi)容362023-07-24在交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展中，運(yùn)輸網(wǎng)的發(fā)展占有十分重要的地位。因此，運(yùn)輸規(guī)劃主要就是進(jìn)行綜合運(yùn)輸網(wǎng)的規(guī)劃。進(jìn)行綜合運(yùn)輸網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，考慮的主要內(nèi)容有：貨流特點(diǎn)，包括貨物的發(fā)點(diǎn)和到點(diǎn)，表現(xiàn)為貨物的流量和流向；運(yùn)輸方式，就是在一定貨流的條件下，可能采用的運(yùn)輸方式和運(yùn)輸工具；運(yùn)輸線路，在貨物到發(fā)點(diǎn)之間可能有多條線路相通，通過不同的線路就使運(yùn)輸網(wǎng)有不同的布局，并使幾種運(yùn)輸方式有不同的連接方式(4)運(yùn)輸技術(shù)裝備，這是構(gòu)成運(yùn)輸網(wǎng)規(guī)劃方案的技術(shù)因素，對每一種運(yùn)輸方式來說，裝備技術(shù)水平不同，它所形成的運(yùn)輸能力也不同37(5)營運(yùn)組織特點(diǎn)，在一定的技術(shù)裝備條件下采用不同的營運(yùn)組織方式所表現(xiàn)出來的運(yùn)輸能力是不同的。2023-07-242023-07-2438第二節(jié)綜合運(yùn)輸規(guī)劃方法國外綜合運(yùn)輸規(guī)劃方法的發(fā)展綜合運(yùn)輸方法的概念綜合運(yùn)輸即多種運(yùn)輸方式綜合協(xié)調(diào)發(fā)展，其規(guī)劃就是確定綜合運(yùn)輸發(fā)展目標(biāo)，設(shè)計(jì)達(dá)到該目標(biāo)的過程。前者主要包括運(yùn)輸需求預(yù)測，后者主要涉及運(yùn)輸供給方案的設(shè)計(jì)、評價(jià)和選擇等。2023-07-24運(yùn)輸需求預(yù)測是運(yùn)輸物質(zhì)設(shè)施需求預(yù)測的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。運(yùn)輸需求預(yù)測過程包括建模和預(yù)測兩大部分。392023-07-241.2綜合運(yùn)輸規(guī)劃方法的發(fā)展402023-07-2441①解釋城市土地利用和出行活動(dòng)間關(guān)系的城市運(yùn)輸需求模型。②貝克曼（Beckmann,1955）等人的研究：將一般經(jīng)濟(jì)的需求和供給的微觀形式用于運(yùn)輸中，很明確地構(gòu)造出運(yùn)輸需求與供給間的平衡。隨后，運(yùn)輸需求分析出現(xiàn)了兩大發(fā)展：2023-07-2442運(yùn)輸需求分析的最新進(jìn)展大量的概念和分析方法的應(yīng)用①出行行為概念的采用。②被假定為一個(gè)有理性的人，并力求使其社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的效用最大化。確認(rèn)旅行和運(yùn)輸決策中所包括的重要隨機(jī)因素2023-07-24目前運(yùn)輸存在的主要問題包括：能源短缺環(huán)境影響公眾參與社會公平2綜合運(yùn)輸規(guī)劃的一般步驟432023-07-24442023-07-24453綜合運(yùn)輸規(guī)劃的一般方法運(yùn)輸規(guī)劃方法的主要類型地區(qū)運(yùn)輸規(guī)劃方法一般分為三類：運(yùn)輸需求—標(biāo)準(zhǔn)法單一運(yùn)輸方式模擬－評價(jià)法多種運(yùn)輸方式模擬－評價(jià)法（綜合運(yùn)輸規(guī)劃法）2023-07-2446（1）運(yùn)輸需求－標(biāo)準(zhǔn)法當(dāng)用這種方法時(shí)，要求制定適用于不同運(yùn)輸方式的標(biāo)準(zhǔn)，如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全標(biāo)準(zhǔn)。然后對系統(tǒng)的未來狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測。標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)和對未來的預(yù)測的狀態(tài)間存在的任何差別被認(rèn)為是“需求”。優(yōu)點(diǎn)是簡單易行。缺點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)的選擇不容易完成，運(yùn)輸方式間的關(guān)系無法確定，且用戶和非用戶的收益量不能直接測量。2023-07-2447制定地區(qū)運(yùn)輸規(guī)劃，分4步完成：①是陳述規(guī)劃的目標(biāo)和任務(wù)。②是制定達(dá)到這些目標(biāo)和任務(wù)的多種規(guī)劃方案③是對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)和規(guī)劃方案所提出的未來的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬④是對新制訂的規(guī)劃方案進(jìn)行評價(jià)（2）單一運(yùn)輸方式模擬—評價(jià)法。2023-07-2448優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)用戶和非用戶的目標(biāo)來評價(jià)規(guī)劃方案，可對該種運(yùn)輸方式直接進(jìn)行處理，可對多種運(yùn)輸方式進(jìn)行某種類型的評價(jià)。缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)收集困難，執(zhí)行比較困難。（2）單一運(yùn)輸方式模擬—評價(jià)法。2023-07-2449包含以下幾個(gè)步驟：①對所有運(yùn)輸方式的客貨運(yùn)輸需求量進(jìn)行預(yù)測；②將預(yù)測的需求量分配給多種運(yùn)輸方式，然后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模擬，并進(jìn)行信息反饋，以考慮這種運(yùn)輸方式運(yùn)量的分擔(dān)率的變化（3）綜合運(yùn)輸規(guī)劃方法2023-07-2450（3）綜合運(yùn)輸規(guī)劃方法優(yōu)點(diǎn)是在理想的情況下可對各種運(yùn)輸方式同時(shí)進(jìn)行處理，因此，可大大提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營效率，并加強(qiáng)各種運(yùn)輸方式間的協(xié)調(diào)配合。缺點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)極端復(fù)雜，所需的數(shù)據(jù)量巨大，且這些數(shù)據(jù)不易收集。2023-07-2451綜合運(yùn)輸規(guī)劃方法一般包括5類模型：①出行需求、模擬和影響預(yù)測模型②經(jīng)濟(jì)、土地利用、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)布局模型③資源分配、財(cái)政政策和計(jì)劃模型④分析和評價(jià)模型⑤觀測（數(shù)據(jù)收集和監(jiān)測）模型3.2綜合運(yùn)輸規(guī)劃方法的組成2023-07-24第三節(jié)貨物運(yùn)輸需求預(yù)測1運(yùn)輸需求預(yù)測未來運(yùn)輸服務(wù)的預(yù)測運(yùn)輸需求預(yù)測設(shè)施需求的預(yù)測需求預(yù)測模型建模最常用的方法，是確定并說明變量和交通流量間的關(guān)系。522023-07-242運(yùn)輸需求的分析方法532023-07-24543貨流的微觀經(jīng)濟(jì)分析在這種方法中，貨運(yùn)需求分析的基本決策單位是潛在的運(yùn)輸用戶。用這種方法分析貨運(yùn)需求時(shí)，一般將運(yùn)輸企業(yè)視為企業(yè)生產(chǎn)或銷售過程的投入物之一。企業(yè)為了生產(chǎn)自己的產(chǎn)品或服務(wù)，可能需要運(yùn)進(jìn)某些類型的貨物，因此，其本身變成運(yùn)輸?shù)南M(fèi)者。生產(chǎn)函數(shù)和成本函數(shù)運(yùn)輸需求函數(shù)2023-07-2455貨物空間互動(dòng)模型是一種聚類模型。在其最常用的場合下，這種方法是以重力模型的形式來實(shí)現(xiàn)的。在重力模型中，兩區(qū)之間的貨流量與其經(jīng)濟(jì)活動(dòng)量的積函數(shù)成正比；與貨物運(yùn)輸總成本的減函數(shù)成正比。除重力模型外，一些優(yōu)化模型也屬于此類。這些優(yōu)化模型有兩類,其主要區(qū)別是優(yōu)化過程中所用的目標(biāo)函數(shù)不同。4貨物運(yùn)輸需求的空間互動(dòng)模型2023-07-24(1)

重力模型56Black的重力模型的形式如下：(7－18)式中，——在i區(qū)生產(chǎn)并運(yùn)到j(luò)區(qū)的貨物k的總數(shù)量（噸）；——發(fā)自i區(qū)對貨物k的總需求量；——阻抗系數(shù)（等于 ，其中 是i區(qū)和j區(qū)的歐氏距離，是經(jīng)驗(yàn)指數(shù)值，該值可能隨所分析的貨類而變）。2023-07-24Mathematica模型數(shù)學(xué)表述如下：57(7－19)式中， ——運(yùn)輸方式m從i區(qū)到j(luò)區(qū)的貨流量；——起點(diǎn)區(qū)和終點(diǎn)區(qū)的總產(chǎn)值；——工業(yè)特征指標(biāo)；——從i區(qū)到j(luò)區(qū)的最小運(yùn)輸時(shí)間；——i區(qū)到j(luò)區(qū)的最低運(yùn)輸成本；——運(yùn)輸方式m的成本除以i區(qū)到j(luò)區(qū)的的最低運(yùn)輸成本——服務(wù)于i區(qū)和j區(qū)的運(yùn)輸方式數(shù)。2023-07-24(2)優(yōu)化模型58設(shè)是i點(diǎn)的超額供給量，是j點(diǎn)的需求過大量。是i點(diǎn)和j點(diǎn)間單位貨物的運(yùn)輸成本。用線性規(guī)劃方程找出i點(diǎn)和j點(diǎn)間的貨流量，并取運(yùn)輸總成本的最小值。(7－20)滿足約束方式：(7－21)2023-07-245貨物運(yùn)輸需求的宏觀經(jīng)濟(jì)模型宏觀經(jīng)濟(jì)模型力求解決部門間的貨物和服務(wù)的流動(dòng)問題。在運(yùn)輸需求分析中所用的宏觀經(jīng)濟(jì)建模法有兩種：①

經(jīng)濟(jì)法②

投入產(chǎn)出法592023-07-24將部門間的貨物和服務(wù)流量記為。其中，i表示生產(chǎn)部門，j表示消費(fèi)部門。任何經(jīng)濟(jì)部門的總產(chǎn)出由下式給出：60(7－22)式中，E是構(gòu)成國民經(jīng)濟(jì)各部門的集合。2023-07-24式中，P表示國民經(jīng)濟(jì)中全部生產(chǎn)部門的集合；是對i部門產(chǎn)品的最終需求量； 是生產(chǎn)部門間的貨流量。有可能通過一組簡化的假設(shè)條件，來改進(jìn)投入產(chǎn)出分析法。(7－23)612023-07-2462假設(shè)：（通過一組簡化的假設(shè)條件，來改進(jìn)投入產(chǎn)出分析法）每個(gè)部門生產(chǎn)一組同類產(chǎn)品，每類產(chǎn)品僅由一個(gè)部門生產(chǎn)。在一個(gè)部門內(nèi)的全部企業(yè)采用十分相似的生產(chǎn)技術(shù)；這些技術(shù)完全可用一中等技術(shù)來代表。生產(chǎn)產(chǎn)品的總供給和總需求間可達(dá)到平衡。各部門的生產(chǎn)技術(shù)變化不快，因此，可假定在短時(shí)期內(nèi)不變。2023-07-24對每兩個(gè)部門來說，技術(shù)系統(tǒng)可定義為在j部門生產(chǎn)單位產(chǎn)品直接消耗i部門產(chǎn)品量。換言之：(7－24)也被稱為直接消耗系數(shù)。將方程（10）和（11）聯(lián)立得下面的方程：(7－25)632023-07-24上述方程也可用矩陣的記號更好表示為：X=AX+Y或

Y=(I－A)X

(7－26)式中，Y表示最終需求向量；X表示產(chǎn)出向量；A表示矩陣{

}，而I表示單位矩陣。假設(shè)（I－A）矩陣是非奇異矩陣，則方程（13）變換成能夠根據(jù)給定（或預(yù)測）的最終需求預(yù)測產(chǎn)出的模型：(7－27)式中， 是（I－A）的逆陣，稱為直接和間接消耗系數(shù)矩陣。該逆陣中的每一個(gè)元素，如 將給出i部門滿足j部門一單位最終需求所需生產(chǎn)的產(chǎn)品量。于是，在i和j相同時(shí)，是直接消耗系數(shù)；在i和j不同時(shí)，

就是間接消耗系數(shù)。642023-07-24656.1

三次指數(shù)平滑法指數(shù)平滑法是根據(jù)歷史資料的上期實(shí)際數(shù)和預(yù)測值，用指數(shù)加權(quán)法進(jìn)行預(yù)測的一種方法，此法實(shí)質(zhì)上是由加權(quán)移動(dòng)平均法演變而來的。主要優(yōu)點(diǎn)是適用所有實(shí)際問題和不需要特別大的信息量，并且能有效地解決貨物性的運(yùn)輸需求預(yù)測問題6貨物運(yùn)輸需求預(yù)測實(shí)用方法2023-07-24（1）運(yùn)輸需求預(yù)測模型的建立設(shè)有N個(gè)數(shù)據(jù)為最近N年運(yùn)輸需求量。取近N年的貨物運(yùn)輸需求數(shù)據(jù)的加權(quán)平均值作為下一時(shí)期的貨物運(yùn)輸需求量，即把參加計(jì)算的各年數(shù)據(jù)按時(shí)間的先后賦予不同的權(quán)數(shù)，且權(quán)數(shù)之和等于1。令其權(quán)數(shù)按幾何級數(shù)排列(7－28)且(7－29)662023-07-24式中， 為第t周期的一次指數(shù)平滑值，其值就是t+1年貨物運(yùn)輸需求的預(yù)測值；的貨物運(yùn)輸量； 是平滑常數(shù)，0<為第t周期<1；r是公(7－30)(7－31)比，r=1— <1

所以整理得可見，指數(shù)平滑法預(yù)測的區(qū)間的貨物運(yùn)輸需求值實(shí)際上等于最近幾年的貨物運(yùn)輸需求與原來估計(jì)值的不同比例之和。從（3－19）可知，取決于

和 ，而 是對第t年貨物運(yùn)輸需求的預(yù)測誤差。672023-07-24為了使預(yù)測結(jié)果更加準(zhǔn)確和可靠，采用適用性廣泛的三次指數(shù)平滑法。由（3－19）可以得到三次指數(shù)平滑估計(jì)值公式：(7－32)三次指數(shù)平滑預(yù)測模型具有以下形式：(7－33)式中， 表示基年為第t年，預(yù)測周期為T年的運(yùn)輸預(yù)測值；T表示預(yù)測周期；

，

， 均為平滑系數(shù)，其計(jì)算公式如下：(7－34)68(7－35)(7－36)2023-07-24用三次指數(shù)平滑法進(jìn)行預(yù)測時(shí)，必須首先估算初始值

，

， 。其數(shù)據(jù)較多，初始值可以用貨物運(yùn)輸?shù)某跏贾?代替。這是因?yàn)楫?dāng)數(shù)據(jù)點(diǎn)多時(shí)，初始值對預(yù)測的影響極小。若數(shù)據(jù)較少，則由于初始值有相當(dāng)大的權(quán)重，因此需要采用一定的方法對初始值進(jìn)行合理的估算。（2）貨物運(yùn)輸需求初始值的估算692023-07-24706.2

逐步回歸在貨物運(yùn)輸需求預(yù)測中的應(yīng)用回歸分析是研究各種變量相關(guān)關(guān)系的一種數(shù)學(xué)工具。一般來說，社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的各種變量之間的關(guān)系多為非確定性關(guān)系。交通運(yùn)輸中的交通量與國民經(jīng)濟(jì)增長和人口增長的關(guān)系就是屬于非確定性關(guān)系，因此回歸分析在這一領(lǐng)域中運(yùn)用極為廣泛。2023-07-24第四節(jié)物流運(yùn)輸優(yōu)化方法數(shù)學(xué)規(guī)劃求解方法與應(yīng)用實(shí)際最優(yōu)點(diǎn)搜索方法簡單地說，最優(yōu)化問題就是在可行空間中找出一個(gè)點(diǎn)，使目標(biāo)函數(shù)f(x)達(dá)到最大或最小值。即對于連續(xù)可微函數(shù)，可以微分計(jì)算法求得最優(yōu)值。但是在很多情況下，難以滿足這種要求，則可以通過使用搜索方法求得最優(yōu)值。712023-07-2472(1)

窮舉搜索顧名思義，窮舉搜索就是將自變量全部列舉出來。如果自變量個(gè)數(shù)有限，則可計(jì)算出有限個(gè)點(diǎn)的函

數(shù)值，比較之后，取最優(yōu)值。(2)

序貫搜索窮舉法事先確定自變量的取值，然后計(jì)算對應(yīng)

的函數(shù)值。序貫搜索方法則不能事先確定自變

量的取值，自變量的取值順序取決于前幾次計(jì)

算的函數(shù)值。序貫搜索要求函數(shù)f(x)在貨物[a,b]上呈單峰性質(zhì)，即函數(shù)在[a,b]上只有一個(gè)極值。2023-07-24序貫搜索方法有很多種，如兩分搜索、等區(qū)間多點(diǎn)搜索、黃金分割搜索和Fibonacci搜索等。732023-07-2474圖上作業(yè)法對于比較簡單的物資調(diào)運(yùn)問題，可以用圖上作業(yè)法或表上作業(yè)法求解，這里只介紹圖上作業(yè)法。這種方法可把運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化成樹型結(jié)構(gòu)，便于建立運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，從而進(jìn)一步進(jìn)行路線規(guī)劃和車輛調(diào)度。運(yùn)輸浪費(fèi)運(yùn)輸力的不合理現(xiàn)象有兩種對流現(xiàn)象迂回運(yùn)輸2數(shù)學(xué)規(guī)劃的優(yōu)化方法實(shí)際應(yīng)用2023-07-24752023-07-24762023-07-24772023-07-2478第一步：在每個(gè)回路中，去掉一段路線，變成不含回路的情況，按上述方法作出調(diào)運(yùn)方案第二步：檢查有無迂回現(xiàn)象。分別檢查每個(gè)回路，如果圈內(nèi)和圈外流向的總長度都不超過回路總長度的一半，那么，這個(gè)回路上就沒有迂回現(xiàn)象了，這個(gè)方案就是最優(yōu)方案。否則轉(zhuǎn)第三步第三步：改變原來的去段和破圈方式，轉(zhuǎn)第二步運(yùn)輸?shù)缆分泻谢芈?，可以分三步尋求最?yōu)方案2023-07-24792.2車輛路線安排問題（VRP）概述車輛路線安排問題（VRP，Vehicle

RoutingProblem）是指對物流配送的車輛進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。在VRP問題中最常見的約束條件有：容量約束優(yōu)先約束車型約束時(shí)間約束相容性約束?…….2023-07-24大多數(shù)模型都可以看成是下面三個(gè)模型的變形與組合：以車流為基礎(chǔ)的模型以物流為基礎(chǔ)的模型聚覆蓋模型2.2.2

VRP問題的模型及算法802023-07-24精確式算法一般運(yùn)用線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃等數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)，以便求得問題的最優(yōu)解。精確式算法一般有以下幾種方法：分枝定界法割平面法網(wǎng)絡(luò)流算法動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法精確式算法812023-07-2482為了克服精確優(yōu)化方法的不足，可以運(yùn)

用一些經(jīng)驗(yàn)法則來降低優(yōu)化模型的數(shù)學(xué)精度，并通過模仿人的跟蹤校正過程來求取運(yùn)輸問

題的滿意解。啟發(fā)式算法：啟發(fā)式算法中最具有代表性的就是克拉克（Clarke）和懷特（Wright）提出的節(jié)約法(Saving

Method)。經(jīng)驗(yàn)法2023-07-2483構(gòu)造算法根據(jù)一些規(guī)則，每一次將不在線路上的點(diǎn)依次增加到路線中去，直到所有的點(diǎn)都安排在路線上為止。兩階段算法對構(gòu)造算法進(jìn)行改進(jìn)，提出了兩階段算法。第一階段得到一個(gè)可行解，第二階段則對解進(jìn)行調(diào)整。在保持解是可行的基礎(chǔ)上，盡力向最優(yōu)解接近，每一步都用產(chǎn)生的新可行解取代原來的可行解，使得目標(biāo)函數(shù)值得到改進(jìn)，一直進(jìn)行到目標(biāo)函數(shù)值再也得不到改進(jìn)為止。一般可以把啟發(fā)式算法分為以下四類：2023-07-24（3）不完全算法精確算法中的決策原則，在規(guī)模很大的問題中，導(dǎo)致計(jì)算量的指數(shù)增長。在不完全優(yōu)化算法中，用啟發(fā)式準(zhǔn)則代替，可以有效縮小解的收縮空間。（4）改進(jìn)算法從一個(gè)初始解開始，通過對當(dāng)前的解進(jìn)行反復(fù)的局部擾亂，以求得問題的滿意解。84商用車輛路徑優(yōu)化——SP問題85最短路徑問題（SP，Shortest

Path）是運(yùn)輸路徑計(jì)劃優(yōu)化中一類最基本的問題。其中常見的是帶權(quán)圖的

最短路徑問題，即求兩個(gè)頂點(diǎn)間長度最短的路徑。

其中：路徑長度不是指路徑上邊數(shù)的總和，而是指

路徑上各邊的權(quán)值總和。路徑長度的的具體含義取

決于邊上權(quán)值所代表的意義由于交通網(wǎng)絡(luò)存在有向

性，所以一般以有向網(wǎng)絡(luò)表示交通網(wǎng)絡(luò)。最短路徑不僅僅指一般地理意義上的距離最短，還可以引申到其他的度量，如時(shí)間、費(fèi)用、線路容量等。但是，無論是距離最短、時(shí)間最快還是費(fèi)用最低，它們的核心算法都是最短路徑算法。經(jīng)典的最短路徑算法——Dijkstra算法是目前多數(shù)系統(tǒng)解決最短路徑問題采用的理論基礎(chǔ)，只是不同系統(tǒng)對Dijkstra算法采用了不同的實(shí)現(xiàn)方法。2023-07-24旅行商問題(TSP，TRAVELING

SALESMANPROBLEM)86是運(yùn)籌學(xué)、圖論和組合優(yōu)化中的著名問題，在實(shí)際生活中有著廣泛的應(yīng)用前景。TSP不僅可以解

決最優(yōu)巡回路線等類TSP問題，在交通車輛巡回、學(xué)校教師課程計(jì)劃安排、工廠裝配線進(jìn)度管理以及民航機(jī)組人員輪班等問題上也有著廣泛的應(yīng)用前景。TSP問題一般可以描述如下:一個(gè)旅行者從出發(fā)地

出發(fā)，經(jīng)過所有要到達(dá)的城市后，返回到出發(fā)地。要求合理安排其旅行路線，使得總旅行距離(或旅行費(fèi)用、旅行時(shí)間等)最短。在處理現(xiàn)實(shí)生活中的具體問題時(shí)，可以對TSP附加一些限制性條件，例如在模型中假設(shè)該旅行者的時(shí)間有限，進(jìn)而添加相應(yīng)的時(shí)間約束等，從而衍生出許多和TSP相關(guān)的問題。2023-07-24VRP和PDP問題87車輛路線安排問題(VRP，Vehicle

Routing

Problem)是對進(jìn)行物流配送的車輛進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。該問題一般可以描述如下:對一系列裝貨點(diǎn)或(和)卸貨點(diǎn)，組織適當(dāng)合理的行車路線，使車輛有序地通過它們，在滿足一定的約束條件(如貨物需求量、發(fā)送量，交發(fā)貨時(shí)間，車輛容量、數(shù)目限制，車輛行駛里程、時(shí)間限制等)下，達(dá)到一定的目標(biāo)(如最短路程、最小費(fèi)用、最短時(shí)間、最少車輛等)PDP問題（Pickupand

Delivery

Problem,裝卸貨問題，以下簡稱PDP問題）。PDP問題是VRP問題在現(xiàn)實(shí)中的演化，與VRP不同的是，PDP不僅僅是在所要求的目的地完成一次訪問（對于VRP問題來講，這種訪問就是進(jìn)行一次送貨或者取貨服務(wù)，送貨和取貨任務(wù)不同時(shí)發(fā)生在同一點(diǎn)上），同時(shí)需要完成送貨和取貨兩種作業(yè)任務(wù)。這樣一來PDP問題較之VRP更加復(fù)雜，對于車輛容量限制條件的考慮也更加難以確定2023-07-24精確式算法及其應(yīng)用的局限性88TSP、VRP、PDP等系列問題屬于組合優(yōu)化領(lǐng)域著名的NP難題。其求解方法一般相當(dāng)復(fù)雜，通常的做法是應(yīng)用相關(guān)技術(shù)將問題分解或者轉(zhuǎn)化為一個(gè)或者多個(gè)已經(jīng)研究過的基本問題，再使用相對比較成熟的基本理論和方法進(jìn)行求解，以求得原運(yùn)輸車輛調(diào)度問題的最優(yōu)解或滿意解精確式算法一般運(yùn)用線性規(guī)劃(包括經(jīng)過了專門處理的分枝定界法、割平面方法和標(biāo)號法)和非線性規(guī)劃等數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)，以便求得問題的最優(yōu)解。精確式算法一般有以下幾種方法:①分枝定界法(Branch

and

Bound Approach)；②割平面法(Cutting

Planes

Approach)；③網(wǎng)絡(luò)流算法

(Network

Flow

Approach)；④動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法(Dynamic

Programming Approach)等。精確算法隨著運(yùn)輸系統(tǒng)的復(fù)雜和調(diào)度目標(biāo)的增加，其計(jì)算 量呈指數(shù)遞增，使得獲取整個(gè)系統(tǒng)的精確最優(yōu)解越來越困難，而用計(jì)算 機(jī)求解大型優(yōu)化問題的時(shí)間和費(fèi)用又太大，因此，此類優(yōu)化方法和算法 現(xiàn)在一般僅用于求解運(yùn)輸調(diào)度的局部優(yōu)化問題。2023-07-24啟發(fā)式算法89為了克服精確優(yōu)化方法的不足，可以運(yùn)用一些經(jīng)驗(yàn)法則來降低優(yōu)化模型的數(shù)學(xué)精確程度，并通過模仿人的跟蹤校正過程來求取運(yùn)輸系統(tǒng)的滿意解。啟發(fā)式算法能同時(shí)滿足詳細(xì)描繪和求解問題的需要，較精確式算法更加實(shí)用。現(xiàn)在比較成熟的啟發(fā)式算法很多，它們的區(qū)別主要在于求解過程的收斂速度和收斂程度不同。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，可以分為四類：構(gòu)造算法兩階段算法不完全優(yōu)化算法改進(jìn)算法2023-07-24商用車輛裝載優(yōu)化90本部分討論企業(yè)物流日常運(yùn)作中經(jīng)常碰到的運(yùn)輸車