运输规划与优化

运输规划与优化第八章2022/12/251课前复习：2022/12/2521.简要描述配送成本的类别。2.分析配送成本与配送服务之间的关系。3.使配送服务与成本合理化的策略有哪些？2022/12/2531运输规划的理论与模型2综合运输规划方法3货物运输需求的预测方法4物流运输优化方法2022/12/254u引导案例

长江三角洲地区是我国经济最发达的地区之一。随着改革开放的不断深入，经济发展速度加快，原有的交通运输系统暴露出许多问题:交通路线少；各种运输方式的能力严重不足；原有的运输基础设施严重老化等。2022/12/255为此，国家计委和世界银行共同对长江三角洲地区的综合运输进行规划研究。这是我国与世界银行合作的软课题中研究范围最广、投入资金最多的项目之一。在这个规划研究中，采用了先进的运输规划和优化理论，从400多个建设项目中，筛选出92个项目，并计划在10年内投入880亿元，用于相关交通基础设施建设。2022/12/256在20世纪60年代以前，运输规划通常以城市的机动车自然力调查（也称为起讫点调查）为基础，预测未来的机动车交通需求，进行道路规划；以定期月票利用者的站点间自然力调查等为基础预测将来的利用者数，进行轨道交通规划。

20世纪60年代，在考虑未来的城市交通时，个体运输工具和大运量的运输工具之间的平衡，成了人们关注的焦点。人们逐渐认识到，解决大城市交通阻塞，仅仅通过对断面交通量采用某些局部数据进行运输分析、道路规划是远远不够的，必须以路线及道路网为对象进行全面分析。第一节运输规划理论与模型1运输规划的历史2022/12/257

以定量数据为基础进行城市综合交通运输规划起源于美国，并且在世界范围内得到了迅速发展。1953年，美国大都市圈底特律首先开始进行交通调查。随之，则是称为“芝加哥范围运输学习”的芝加哥都市圈交通规划则对道路规划在内的四阶段交通需求预测法，开了城市综合运输规划的先河。1962年，美国制定的补充联邦道路法，进一步推动了“运输计划”在全美国的实施范围。在其他发达国家，如英国和日本，运输规划的理论和实践同样取得了很大的进展。

改革开发以来，我国经济的高速发展、城市化进程加快和机动车辆保有量的迅猛增加，导致了交通运输需求的迅速增长，因此做好交通运输规划，对国民经济的持续快速发展极为重要。在我国，运输规划作为专门的应用学科已有20年的时间，大致经历三个阶段：2022/12/258运输规划在交通调查的基础上，对交通特征进行研究分析，将运输规划的四步模型理论与方法，交通预测技术应用到实际的道路运输规划中运输规划在方法上引进了发达国家的交通规划理论、计算机技术，开始探讨我国综合交通规划的理论与方法。运输规划人才素质的提高，市场需求加大，运输规划的基本原理、定量化预测技术等在各种类型的规划实践中得到了广泛的应用。1970-19801980-19901990-now三个阶段2022/12/2592四步模型的基本概念

运输规划的基本目的是为了改善客货流运输的条件。运输规划的实践集中在两个主要领域：（1）城市和大都市区模型（2）城市间货物和国家模型2022/12/2510城市规划方法：长期规划方法短期规划方法2022/12/2011◆运输窗口国外铁路智能能运输系统研研究现状所谓铁路智能能运输系统，，就是利用计计算机技术、、现代通信技技术、现代信信息处理技术术、控制与系系统技术、管管理与决策支支持技术和智智能自动化技技术等。实现现信息采集、、传输、处理理和共享，通通过高效利用用与铁路运输输相关的所有有资源，以较较低的成本达达到保障安全全、提高运输输效率、改善善经营管理和和提高服务质质量为目的新新一代铁路运运输系统。国外先进的铁铁路智能运输输系统（RITS）主要包括欧欧洲的铁路运运输系统（ERTMS）和日本的列列车运行管理理系统。前者者优于后者。。欧洲铁路运运输管理系统统的目标在于于建立全欧洲洲铁路网统一一的标准，保保证各国列车车在欧洲铁路路网内的互通通运营，并提提高铁路运输输管理水平。。ERTMS的核心是欧洲洲列车控制系系统（等等））和超速防护护系统。日本本从2000年初开始铁路路（CyberRail）的研究。CyberRail是日本铁路系系统发展的一一个参考模型型，是从智能能运输系统的的角度建立起起通用的标准准体系框架。。目前CyberRail正处于体系框框架定义阶段段。资料来源：贾贾利民，李平平著，国外铁铁路智能运输输系统研究现现状2022/12/2012我国交通运输输发展的长期期目标是建立立客运快速化和和货运物流化化的智能型综合合交通运输体体系，智能型型综合交通运运输体中的智智能是以模型型体系为核心心的，其中现现代化的规划划方法和科学学的决策体系系是以规划模型和决决策模型为基础的。2022/12/2013四步模型由四四个步骤组成成：生成分布方式选择路径分配2022/12/20143四步模型的基基本原理3.1交通量的生成成根据所研究对对象地区的特特性直接求得得生成交通量量的步骤被称称为交通量的的生成（旅行行产品）。2022/12/2015本文主要介绍绍两类方法：：①增长率法②函数法所谓发生（或或吸引）的交交通量是指研研究对象地区区内由各运输输小区内发生生（或吸引））的交通量。。而生成能力力（包括产生生和吸引）是是土地利用和和社会经济发发展的函数。。2022/12/2016（1）增长率法（（生长-因素模型）

(7－1)(7－2)

这种方法就是把现在的不同分区生成的交通量与到预测时点的增长率相乘从而求得各分区的交通生成量，即2022/12/2017

、分别表示人口增加率，每人平均拥有自行车数量的增长率：即(7—4)(7－3)这种方法的关关键问题是如如何确定增长长率。通常可可以用表示各各运输小区活活动的指标的的增长率作为为生成交通量量的增长率。。例如：2022/12/2018(7－5)对象地地区外外运输输小区区的生生成交交通量量的增增长率率；对象地地区外外运输输小区区的常常住人人口的的增长长率；；对象地地区内内全体体的常常住人人口的的增长长率。。增长率率法的的最大大优点点是可可以处处理用用原单单位法法和函函数法法都很很难解解决的的问题题。这这就是是，当当我们们进行行区域域的生生成交交通量量预测测时，，研究究对象象地区区外的的预测测也是是必要要的。。这种种时候候，对对于对对象地地区外外的区区域，，通常常只需需要处处理此此区域域与对对象区区域之之间的的交通通。此此类问问题，，通常常采用用增长长率法法.设定2022/12/2019（2）函数数模型型法也被称称为多多元回回归分分析法法（衰衰退分分析））作为模模型公公式，，多采采用以以下三三个模模型：：(7－6)这里的大多是表示运输小区的活动的人口指标2022/12/20203.2交通分分布在交通通的分分布阶阶段，，主要要是预预测交交通生生成量量的来来源和和去向向。在在交通通分布布中最最基本本的概概念是是自然然力表表。O表示出出发地地（起起点）），D表示目目的地地（终终点））。所谓交交通量量分布布的预预测是是指给给定发发生交交通量量和吸吸引交交通量量，对对于全全部OD求i、j之间的的分布布的运运输量量。对对运输输量分分布预预测的的方法法主要要分为为两大大类，，即增长率率法和和构造造模型型法。下面面对构构造模模型法法中的的重力力模型型法（（重力力模型型）进进行阐阐述。。2022/12/2021重力模模型是模拟拟物理理学中中万有有引力力定律律而开开发出出来的的运输输分布布模型型。此此模型型假定定i、j间的分分布运运输量量与起起点i发生的的运输输量与与终点点j吸引的的运输输量成成正比比，与与两点点之间间的距距离成成反比比。即即

(7－7)2022/12/2022方式选选择（（形式式的切切分）），某某种方方式的的选择择决定定于运运输成成本、、运输输时间间等因因素，，选择择中最最重要要的特特征是是成本本和时时间（（包括括换乘乘时间间）。。方式式选择择的模模型很很多，，通常常分为为两大大类。。即集计计模型型和非非集计计模型型。非集计计模型型也叫叫个人人选择择模型型（个个人选选择模模型）），或或分散散选择择模型型（离离散的的(选择)模型））等。。其中中使用用较多多，又又比较较成熟熟的是是非集集计模模型中中的Logit模型。。Logit模型的的理论论基础础是数数理统统计理理论与与经济济学理理论。。该模模型中中的许许多参参数必必须通通过标标定来来完成成。多项Logit模型（（多项项的Logit模型））的选选择概概率为为：(7－9)3.3方式选选择2022/12/2023路径分分配（（Assignment），根根据路路径上上的不不同成成本、、旅行行时间间函数数进行行分配配。这这一分分配理理论的的基础础是沃沃德罗罗普原原理（（1950年，欧欧洲）），实实际上上是一一种迭迭代分分配法法，什什么时时候路路网平平衡，，就是是分配配完成成。只介绍绍两种种简单单的路路径分分配方方法0-1分配法法增量分分配法法3.4路径分分配2022/12/2024（1）0-1分配法法0-1分配法法，它它有两两个特特点。。第一一个特特点是是不考考虑拥拥挤对对走行行时间间的影影响，，即认认为所所有路路段上上的走走行时时间都都是不不随路路段上上交通通流量量的大大小而而变化化的常常数；；第二二个特特点是是认为为同一一组OD的所有有驾驶驶员都都选择择完全全相同同的路路线。。因此，，这种种分配配法的的主要要计算算是寻寻找最最短路路径。。0-1分配法法十分分简单单但却却很近近似。。在道道路稀稀少的的偏远远地区区的交交通量量分配配中可可以采采用这这种方方法，，一般般城市市道路路网的的交通通量分分配不不宜采采用这这种方方法。。2022/12/2025（2）增量量分配配法增量分分配法法（incrementalassignmentmethod）是一一种近近似平平衡分分配法法。这这种方方法的的基本本思路路是将将OD运输量量平分分成若若干等等分，，循环环地分分配每每一等等分的的OD运输量量到网网络中中。每每一次次循环环分配配一等等分的的OD交通量量到相相应的的最短短路径径上，，每循循环分分配一一次重重新计计算并并更新新各路路段的的走行行时间间，然然后按按更新新后的的走行行时间间重新新计算算并更更新各各路段段走行行时间间，然然后按按更新新后的的走行行时间间重新新计算算网络络各OD间的最最短路路径。。下一一循环环中按按更新新后的的最短短路径径分配配下一一等分分的OD运输量量。2022/12/2026◆运输窗窗口8-2美国未未来的的城市市交通通规划划M.D.Muyer认为，在探探讨美国的的未来的城城市交通规规划，需要要在下面十十个领域进进行研究，，即：人口结构变变化；经济济与市场的的作用；多多方式的交交通规划；；运输系统统管理目标标；强化新新技术的应应用；新的的社会团体体意识；实实行道路定定价策略；；加强土地地使用管理理；交通的的可持续发发展；公众众参与交通通规划。在进行美美国城市未未来的交通通规划的时时候，必须须考虑以下下几条：在在交通规划划的不同阶阶段，决策策者注重于于不同因素素的影响；；在未来的的规划中，，交通与环环境的联系系将会越来来越紧密，，轨道交通通将日益受受到重视，，规划也将将越来越注注重于对环环境的影响响；社会上上不同的关关注及需要要将影响规规划的进行行；技术及及环境还会会体现在今今后对决策策的评价中中。2022/12/20274四步规划模模型的应用用在实际应用用中，通常常采用抽样样调查的办办法，并与与发展政策策、项目规规划挂钩起起来。这种种方法通常常被称为非非完全矩阵阵法。非完完全矩阵法法不是将全全部的交通通流分配到到路网上，，与完全的的现场OD调查得到数数据会有一一个区别。。事实上，，不能所有有的OD流都考虑进进去，当然然有些应该该纳入进去去而未被纳纳入的OD流，要单独独处理。2022/12/2028在模型的应应用过程中中，通常把把交通分成成两大类:■一部分称为为经过模型型的交通流流■另一部分分称为未经经模型的交交通流纳入模型中中的交通流流通常用矩矩阵表示，，用观测值值导出现状状OD矩阵，预测测OD矩阵通过推推算求出。。对一部分分未经模型型的交通流流，按区段段分别导出出。简单的的方法是，，观测的交通通流减去模模型交通流流就是未经经模型的交交通流，这意味着着交通流矩矩阵外还要要有许多其其它的数据据，如每一一区段的总总交通量，，这些数据据各运输管管理部门都都有，在每每个区段上上究竟有多多少交通流流量被模型型化，这要要做具体的的研究，如如所有的大大宗货物运运输要进模模型，城市市间的旅客客运输要进进入模型，，市郊短途途运输不纳纳入模型等等等。在实实践中要靠靠模型开发发和应用专专家在实际际的应用过过程中不断断地总结。交通均衡分分配理论所谓交通分分配就是将将各种出行行方式的OD矩阵按照一一定的规则则符合实际际地分配到到交通网络络中的各条条道路上，，求出各路路段上的流流量及相关关的交通指指标，从而而为交通网网络的设计计、评价等等提供依据据。交通分分配问题中中的一个关关键点是假假设出行者者遵循什么么样的行为为原则。有有两个广泛泛使用的原原则，即Wardrop(1952)第一和第二二原则。2022/12/2029第一原则假假定，所有出行行者独立地地作出令自自己的行驶驶时间最小小的决策，，在所导致致的网络流流量分布状状态里，同同一OD对之间所有有被使用的的路径的时时间是相等等的，并小小于或等于于任何未被被使用路径径的时间。。这样一种种流量分布布状态被称称为用户均均衡态，在在这种状态态下，没有有人能够通通过单方面面改变自己己的路径来来达到降低低自己时间间的目的。。第二原则假假定，所有人的的出行能够够令网络总总时间最小小，即有一一个中央组组织者协调调所有人的的路径选择择行为，所所有出行者者服从该组组织的指挥挥，这样事事项的流量量分配状态态称为系统统最优。2022/12/2030运输规划的的原则1．运输规规划要符合合国家长远远规划运输业的规规划，应在在国家的发发展规划指指导下制订订。交通运运输建设规规模和发展展速度要适适应经济和和社会发展展的需要，，使运输能能力的增长长与经济和和社会的运运输需求保保持着合理理的比例关关系；交通通运输网的的布局要适适应工农业业生产的布布局、商业业外贸布局局、旅游布布局以及人人口分布的的需要。2022/12/20312．运输规划划要符合国国情制订运输规规划既要考考虑国际惯惯例，也要要符合中国国国情。我国地势西西高东低。。东部和中中部的经济济、交通较较发达；西西部地域广广阔，多为为高原、大大山，自然然条件较差差，交通不不便，但资资源丰富，，极有发展展前途。编编制运输规规划既要看看到发展，，也要考虑虑我国实际际情况。对对于资源密密集的西部部地区，运运输规划应应因地制宜宜采用大规规模、大运运量、低成成本的运输输方式，如如水运、铁铁路水路联联运、公路路水路联运运等。总之之，编制运运输规划应应根据我国国的具体情情况，不宜宜贪大求全全，要讲究究经济效益益，讲究实实用。2022/12/20323．运输规划划要适应社社会生产发发展和市场场需求发展生产，，交通运输输应先行。。事实上，，交通运输输是构造和和奠定市场场经济体制制的重要物物质基础，，是社会主主义市场不不可缺少的的组成部分分，不发展展运输市场场，难以建建设统一、、有序、高高效的全国国市场体系系。所以，，编制运输输规划，要要注意适应应社会生产产的发展和和市场要求求。2022/12/20334．运输规划划要科学合合理运输规划是是对未来运运输的一种种调控方式式，应做到到科学合理理。具体来来说，制订订运输规划划时既要考考虑当前利利益，也要要考虑长远远利益；既既要考虑局局部利益，，也要考虑虑整体利益益；既要考考虑运输企企业内部的的利益，也也要考虑与与运输企业业相关的各各方面的利利益；所采采用的方法法，应将定定性与定量量方法结合合起来。2022/12/2034运输规划的的内容(1)货流特点，包括货物物的发点和和到点，表表现为货物物的流量和和流向；(2)运输方式，就是在一一定货流的的条件下，，可能采用用的运输方方式和运输输工具；(3)运输线路，在货物到到发点之间间可能有多多条线路相相通，通过过不同的线线路就使运运输网有不不同的布局局，并使几几种运输方方式有不同同的连接方方式2022/12/2035在交通运输输业的发展展中，运输输网的发展展占有十分分重要的地地位。因此此，运输规规划主要就就是进行综综合运输网网的规划。。进行综合运运输网规划划时，考虑虑的主要内内容有：(4)运输技术装装备，这是构成成运输网规规划方案的的技术因素素，对每一一种运输方方式来说，，装备技术术水平不同同，它所形形成的运输输能力也不不同(5)营运组织特特点，在一定的的技术装备备条件下采采用不同的的营运组织织方式所表表现出来的的运输能力力是不同的的。2022/12/20362022/12/2037第二节综综合运输规规划方法综合运输即即多种运输输方式综合合协调发展展，其规划划就是确定定综合运输输发展目标标，设计达达到该目标标的过程。。前者主要要包括运输输需求预测测，后者主主要涉及运运输供给方方案的设计计、评价和和选择等。。1国外综合运运输规划方方法的发展展1.1综合运输方方法的概念念2022/12/2038运输需求预预测是运输输物质设施施需求预测测的基础和和关键。运输需求预预测过程包包括建模和预测测两大部分。。建模建立相应模型确定主要运输需求因素和运输量之间的相互作用关系式预测利用这些模型预测未来运输网络或设施的需求2022/12/2039最早的运输需求分析:考尔（Kohl,1850）研究了资源的地区分布与运网形状间的关系。重力模型的最早形式是莱文斯坦（Ravensteina,1895）在研究城市间人口迁移方式时提出的。雷利（Reilly，1929）对零售重力模型的研究。斯托芬（Stouffer，1948）对空间互作用模型的研究。济普（Zipf,1946）对城间出行重力模型的研究。1.2综合运输规规划方法的的发展2022/12/2040解释城市土土地利用和和出行活动动间关系的的城市运输输需求模型型。贝克曼（Beckmann,1955）等人的研研究：将一一般经济的的需求和供供给的微观观形式用于于运输中，，很明确地地构造出运运输需求与与供给间的的平衡。随后，运输输需求分析析出现了两两大发展：：2022/12/2041出行行为概概念的采用用。被假定为一一个有理性性的人，并并力求使其其社会经济济活动的效效用最大化化。运输需求分分析的最新新进展(2)确认旅行和和运输决策策中所包括括的重要要随机因因素(1)大量的概念念和分析方方法的应用用2022/12/2042目前运运输存存在的的主要要问题题包括括：能源短短缺环境影影响公众参参与社会公公平2综合运运输规规划的的一般般步骤骤2022/12/2043运输规划包括5个主要步骤1.建立目标和任务2.确定系统的各个组成部分3.建立这些组成部分间相互作用的模型4.分析、评价各种政策方案的全部参考数据5.建立进行工程项目决策的必要框架2022/12/2044地区运运输规规划方方法一一般分分为三三类：：（1）运输输需求求—标准法法（2）单一一运输输方式式模拟拟－评评价法法（3）多种种运输输方式式模拟拟－评评价法法（综合合运输输规划划法））3综合运运输规规划的的一般般方法法3.1运输规规划方方法的的主要要类型型2022/12/2045当用这种方方法时，要要求制定适适用于不同同运输方式式的标准，，如网络结结构设计和和安全标准准。然后对对系统的未未来状态进进行预测。。标准的状状态和对未未来的预测测的状态间间存在的任任何差别被被认为是““需求”。。（1）运输需求求－标准法法优点是简单易行行。缺点是标准的选选择不容易易完成，运运输方式间间的关系无无法确定，，且用户和和非用户的的收益量不不能直接测测量。2022/12/2046制定地区运运输规划，，分4步完成：是陈述规划划的目标和和任务。是制定达到到这些目标标和任务的的多种规划划方案是对现有的的网络和规规划方案所所提出的未未来的网络络进行模拟拟是对新制订订的规划方方案进行评评价（2）单一运输输方式模拟拟—评价法。2022/12/2047优点是可根据用用户和非用用户的目标标来评价规规划方案，，可对该种种运输方式式直接进行行处理，可可对多种运运输方式进进行某种类类型的评价价。缺点是数据收集集困难，执执行比较困困难。（2）单一运输输方式模拟拟—评价法。2022/12/2048包含以下几几个步骤：：对所有运输输方式的客客货运输需需求量进行行预测；将预测的需需求量分配配给多种运运输方式，，然后进行行网络模拟拟，并进行行信息反馈馈，以考虑虑这种运输输方式运量量的分担率率的变化（3）综合运输输规划方法法2022/12/2049（3）综合运输输规划方法法优点是在理想的的情况下可可对各种运运输方式同同时进行处处理，因此此，可大大大提高网络络的运营效效率，并加加强各种运运输方式间间的协调配配合。缺点是其结构极极端复杂，，所需的数数据量巨大大，且这些些数据不易易收集。2022/12/2050综合运输规规划方法一一般包括5类模型：出行需求、、模拟和影影响预测模模型经济、土地地利用、经经济活动布布局模型资源分配、、财政政策策和计划模模型分析和评价价模型观测（数据据收集和监监测）模型型3.2综合运输规规划方法的的组成2022/12/2051第三节货货物运输需需求预测1运输需求预预测需求预测模模型建模最最常用的方方法，是确确定并说明明变量和交交通流量间间的关系。。运输需求预测未来运输服务的预测设施需求的预测2022/12/2052货运需求分析有三种基本方法微观经济分析法空间互动建模法宏观经济分析法2运输需求的的分析方法法2022/12/2053生产函数和和成本函数数(2)运输需求函函数3货流的微观观经济分析析在这种方法法中，货运运需求分析析的基本决决策单位是是潜在的运运输用户。。用这种方方法分析货货运需求时时，一般将将运输企业业视为企业业生产或销销售过程的的投入物之之一。企业业为了生产产自己的产产品或服务务，可能需需要运进某某些类型的的货物，因因此，其本本身变成运运输的消费费者。2022/12/2054货物空间互互动模型是是一种聚类类模型。在在其最常用用的场合下下，这种方法是是以重力模模型的形式式来实现的的。在重力模型型中，两区区之间的货货流量与其其经济活动动量的积函函数成正比比；与货物物运输总成成本的减函函数成正比比。除重力力模型外，，一些优化化模型也属属于此类。。这些优化化模型有两两类,其主要区别别是优化过过程中所用用的目标函函数不同。。4货物运输需需求的空间间互动模型型2022/12/2055式中，——在i区生产并运到j区的货物k的总数量（吨）；

——发自i区对货物k的总需求量；

——阻抗系数（等于，其中是i区和j区的欧氏距离，是经验指数值，该值可能随所分析的货类而变）。(1)重力模型(7－18)Black的重力模型型的形式如如下：2022/12/2056式中，——运输方式m从i区到j区的货流量；

——起点区和终点区的总产值；

——工业特征指标；

——从i区到j区的最小运输时间；

——i区到j区的最低运输成本；

——运输方式m的成本除以i区到j区的的最低运输成本

——服务于i区和j区的运输方式数。Mathematica模型数学表表述如下：：(7－19)2022/12/2057设是i点的超额供给量，是j点的需求过大量。是i点和j点间单位货物的运输成本。用线性规划方程找出i点和j点间的货流量，并取运输总成本的最小值。(2)优化模型(7－21)(7－20)满足约束方式：2022/12/2058在运输需求求分析中所所用的宏观观经济建模模法有两种种：经济法投入产出法法5货物运输需需求的宏观观经济模型型宏观经济模模型力求解解决部门间间的货物和和服务的流流动问题。。2022/12/2059(7－22)将部门间的货物和服务流量记为。其中，i表示生产部门，j表示消费部门。任何经济部门的总产出由下式给出：式中，E是构成国国民经济济各部门门的集合合。2022/12/2060式中，P表示国民经济中全部生产部门的集合；是对i部门产品的最终需求量；是生产部门间的货流量。有可能通过一组简化的假设条件，来改进投入产出分析法。(7－23)2022/12/2061假设：（（通过一一组简化化的假设设条件，，来改进进投入产产出分析析法）（1）每个部部门生产产一组同同类产品品，每类类产品仅仅由一个个部门生生产。（2）在一个个部门内内的全部部企业采采用十分分相似的的生产技技术；这这些技术术完全可可用一中中等技术术来代表表。（3）生产产产品的总总供给和和总需求求间可达达到平衡衡。（4）各部门门的生产产技术变变化不快快，因此此，可假假定在短短时期内内不变。。2022/12/2062对每两个个部门来来说，技技术系统统可定义义为在j部门门生生产产单单位位产产品品直直接接消消耗耗i部门门产产品品量量。。换换言言之之：：(7－24)也被被称称为为直直接接消消耗耗系系数数。。将方方程程（（10）和和（（11）联联立立得得下下面面的的方方程程：：(7－25)2022/12/2063上述方程也可用矩阵的记号更好表示为：

X=AX+Y

或Y=(I－A)X(7－26)式中，Y表示最终需求向量；X表示产出向量；A表示矩阵{}，而I表示单位矩阵。假设（I－A）矩阵是非奇异矩阵，则方程（13）变换成能够根据给定（或预测）的最终需求预测产出的模型：

(7－27)式中，是（I－A）的逆阵，称为直接和间接消耗系数矩阵。该逆阵中的每一个元素，如将给出i部门满足j部门一单位最终需求所需生产的产品量。于是，在i和j相同时，是直接消耗系数；在i和j不同时，就是间接消耗系数。2022/12/2064指数数平平滑滑法法是是根根据据历历史史资资料料的的上上期期实实际际数数和和预预测测值值，，用用指指数数加加权权法法进进行行预预测测的的一一种种方方法法，，此此法法实实质质上上是是由由加加权权移移动动平平均均法法演演变变而而来来的的。。主要要优优点点是是适适用用所所有有实实际际问问题题和和不不需需要要特特别别大大的的信信息息量量，，并并且且能能有有效效地地解解决决货货物物性性的的运运输输需需求求预预测测问问题题6.1三次次指指数数平平滑滑法法6货物物运运输输需需求求预预测测实实用用方方法法2022/12/2065设有有N个数数据据为为最最近近N年运运输输需需求求量量。。取取近近N年的的货货物物运运输输需需求求数数据据的的加加权权平平均均值值作作为为下下一一时时期期的的货货物物运运输输需需求求量量，，即即把把参参加加计计算算的的各各年年数数据据按按时时间间的的先先后后赋赋予予不不同同的的权权数数，，且且权权数数之之和和等等于于1。（1）运运输输需需求求预预测测模模型型的的建建立立令其权数按几何级数排列且(7－28)(7－29)2022/12/2066式中，为第t周期的一次指数平滑值，其值就是t+1年货物运输需求的预测值；为第t周期的货物运输量；是平滑常数，0<<1；r是公比，r=1—<1所以(7－30)(7－31)整理理得得可见，指数平滑法预测的区间的货物运输需求值实际上等于最近几年的货物运输需求与原来估计值的不同比例之和。从（3－19）可知，取决于和，而是对第t年货物运输需求的预测误差。2022/12/2067为了了使使预预测测结结果果更更加加准准确确和和可可靠靠，，采采用用适适用用性性广广泛泛的的三三次次指指数数平平滑滑法法。。由由（（3－19）可可以以得得到到三三次次指指数数平平滑滑估估计计值值公公式式：：(7－32)三次次指指数数平平滑滑预预测测模模型型具具有有以以下下形形式式：：(7－33)式中中，，表表示示基基年年为为第第t年，，预预测测周周期期为为T年的的运运输输预预测测值值；；T表示示预预测测周周期期；；，，，，均均为为平平滑滑系系数数，，其其计计算算公公式式如如下下：：(7－34)(7－35)(7－36)2022/12/2068用三次指数平滑法进行预测时，必须首先估算初始值，，。其数据较多，初始值可以用货物运输的初始值代替。这是因为当数据点多时，初始值对预测的影响极小。若数据较少，则由于初始值有相当大的权重，因此需要采用一定的方法对初始值进行合理的估算。（2）货货物物运运输输需需求求初初始始值值的的估估算算2022/12/20696.2逐步步回回归归在在货货物物运运输输需需求求预预测测中中的的应应用用回归归分分析析是是研研究究各各种种变变量量相相关关关关系系的的一一种种数数学学工工具具。。一一般般来来说说，，社社会会经经济济系系统统中中的的各各种种变变量量之之间间的的关关系系多多为为非非确确定定性性关关系系。。交交通通运运输输中中的的交交通通量量与与国国民民经经济济增增长长和和人人口口增增长长的的关关系系就就是是属属于于非非确确定定性性关关系系，，因因此此回回归归分分析析在在这这一一领领域域中中运运用用极极为为广广泛泛。。2022/12/2070第四四节节物物流流运运输输优优化化方方法法1.1最优点搜索方法简单地说，最优化问题就是在可行空间中找出一个点，使目标函数f(x)达到最大或最小值。即

对于连续可微函数，可以微分计算法求得最优值。但是在很多情况下，难以满足这种要求，则可以通过使用搜索方法求得最优值。1数学学规规划划求求解解方方法法与与应应用用实实际际2022/12/2071(1)穷举举搜搜索索顾名名思思义义，，穷穷举举搜搜索索就就是是将将自自变变量量全全部部列列举举出出来来。。如如果果自自变变量量个个数数有有限限，，则则可可计计算算出出有有限限个个点点的的函函数数值值，，比比较较之之后后，，取取最最优优值值。。(2)序贯贯搜搜索索穷举举法法事事先先确确定定自自变变量量的的取取值值，，然然后后计计算算对对应应的的函函数数值值。。序序贯贯搜搜索索方方法法则则不不能能事事先先确确定定自自变变量量的的取取值值，，自自变变量量的的取取值值顺顺序序取取决决于于前前几几次次计计算算的的函函数数值值。。序序贯贯搜搜索索要要求求函函数数f(x)在货货物物[a,b]上呈呈单单峰峰性性质质，，即即函函数数在在[a,b]上只只有有一一个个极极值值。。2022/12/2072序贯贯搜搜索索方方法法有有很很多多种种，，如如两两分分搜搜索索、、等等区区间间多多点点搜搜索索、、黄黄金金分分割割搜搜索索和和Fibonacci搜索索等等。。Fibonacci搜索两分搜索2022/12/2073对于比较较简单的的物资调调运问题题，可以以用图上上作业法法或表上上作业法法求解，，这里只只介绍图图上作业业法。这这种方法法可把运运输网络络转化成成树型结结构，便便于建立立运输网网络数据据库，从从而进一一步进行行路线规规划和车车辆调度度。图上作业业法运输浪费费运输力力的不合合理现象象有两种种对流现象象迂回运输输2数学规划划的优化化方法实实际应用用2022/12/20742022/12/20752022/12/20762022/12/2077第一步：：在每个回回路中，，去掉一一段路线线，变成成不含回回路的情情况，按按上述方方法作出出调运方方案第二步：：检查有无无迂回现现象。分分别检查查每个回回路，如如果圈内内和圈外外流向的的总长度度都不超超过回路路总长度度的一半半，那么么，这个个回路上上就没有有迂回现现象了，，这个方方案就是是最优方方案。否否则转第第三步第三步：改变原来的的去段和破破圈方式，，转第二步步运输道路中中含有回路路，可以分分三步寻求求最优方案案2022/12/2078车辆路线安安排问题（（VRP，VehicleRoutingProblem）是指对物物流配送的的车辆进行行优化调度度。2.2车辆路线安安排问题（（VRP）2.2.1概述在VRP问题中最常常见的约束束条件有：：容量约束优先约束车型约束时间约束相容性约束束…….2022/12/2079大多数模型型都可以看看成是下面面三个模型型的变形与与组合：（1）以车流为为基础的模模型（2）以物流为为基础的模模型（3）聚覆盖模模型2.2.2VRP问题的模型型及算法2022/12/2080精确式算法法一般运用用线性规划划和非线性性规划等数数学规划技技术，以便便求得问题题的最优解解。精确式算法法一般有以以下几种方方法：（1）分枝定界界法（2）割平面法法（3）网络流算算法（4）动态规划划方法精确式算法法2022/12/2081为了了克克服服精精确确优优化化方方法法的的不不足足，，可可以以运运用用一一些些经经验验法法则则来来降降低低优优化化模模型型的的数数学学精精度度，，并并通通过过模模仿仿人人的的跟跟踪踪校校正正过过程程来来求求取取运运输输问问题题的的满满意意解解。。启发发式式算算法法：：启启发发式式算算法法中中最最具具有有代代表表性性的的就就是是克克拉拉克克（（Clarke）和和怀怀特特（（Wright）提提出出的的节节约约法法(SavingMethod)。经验验法法2022/12/2082（1）构构造造算算法法根据据一一些些规规则则，，每每一一次次将将不不在在线线路路上上的的点点依依次次增增加加到到路路线线中中去去，，直直到到所所有有的的点点都都安安排排在在路路线线上上为为止止。。（2）两两阶阶段段算算法法对构构造造算算法法进进行行改改进进，，提提出出了了两两阶阶段段算算法法。。第第一一阶阶段段得得到到一一个个可可行行解解，，第第二二阶阶段段则则对对解解进进行行调调整整。。在在保保持持解解是是可可行行的的基基础础上上，，尽尽力力向向最最优优解解接接近近，，每每一一步步都都用用产产生生的的新新可可行行解解取取代代原原来来的的可可行行解解，，使使得得目目标标函函数数值值得得到到改改进进，，一一直直进进行行到到目目标标函函数数值值再再也也得得不不到到改改进进为为止止。。一般般可可以以把把启启发发式式算算法法分分为为以以下下四四类类：2022/12/2083（3）不不完完全全算算法法精确确算算法法中中的的决决策策原原则则，，在在规规模模很很大大的的问问题题中中，，导导致致计计算算量量的的指指数数增增长长。。在在不不完完全全优优化化算算法法中中，，用用启启发发式式准准则则代代替替，，可可以以有有效效缩缩小小解解的的收收缩缩空空间间。。（4）改改进进算算法法从一一个个初初始始解解开开始始，，通通过过对对当当前前的的解解进进行行反反复复的的局局部部扰扰乱乱，，以以求求得得问问题题的的满满意意解解。。商用用车车辆辆路路径径优优化化———SP问题题最短短路路径径问问题题（（SP，ShortestPath）是是运运输输路路径径计计划划优优化化中中一一类类最最基基本本的的问问题题。。其其中中常常见见的的是是带带权权图图的的最最短短路路径径问问题题，，即即求求两两个个顶顶点点间间长长度度最最短短的的路路径径。。其其中中：：路路径径长长度度不不是是指指路路径径上上边边数数的的总总和和，，而而是是指指路路径径上上各各边边的的权权值值总总和和。。路路径径长长度度的的的的具具体体含含义义取取决决于于边边上上权权值值所所代代表表的的意意义义由由于于交交通通网网络络存存在在有有向向性性，，所所以以一一般般以以有有向向网网络络表表示示交交通通网网络络。。最短短路路径径不不仅仅仅仅指指一一般般地地理理意意义义上上的的距距离离最最短短，，还还可可以以引引申申到到其其他他的的度度量量，，如如时时间间、、费费用用、、线线路路容容量量等等。。但但是是，，无无论论是是距距离离最最短短、、时时间间最最快快还还是是费费用用最最低低，，它它们们的的核核心心算算法法都都是是最最短短路路径径算算法法。。经经典典的的最最短短路路径径算算法法———Dijkstra算法法是是目目前前多多数数系系统统解解决决最最短短路路径径问问题题采采用用的的理理论论基基础础，，只只是是不不同同系系统统对对Dijkstra算法法采采用用了了不不同同的的实实现现方方法法。。2022/12/2084旅行行商商问问题题(TSP，TravelingSalesmanProblem)是运运筹筹学学、、图图论论和和组组合合优优化化中中的的著著名名问问题题，，在在实实际际生生活活中中有有着着广广泛泛的的应应用用前前景景。。TSP不仅仅可可以以解解决决最最优优巡巡回回路路线线等等类类TSP问题题，，在在交交通通车车辆辆巡巡回回、、学学校校教教师师课课程程计计划划安安排排、、工工厂厂装装配配线线进进度度管管理理以以及及民民航航机机组组人人员员轮轮班班等等问问题题上上也也有有着着广广泛泛的的应应用用前前景景。。TSP问题题一一般般可可以以描描述述如如下下:一个个旅旅行行者者从从出出发发地地出出发发，，经经过过所所有有要要到到达达的的城城市市后后，，返返回回到到出出发发地地。。要要求求合合理理安安排排其其旅旅行行路路线线，，使使得得总总旅旅行行距距离离(或旅旅行行费费用用、、旅旅行行时时间间等等)最短短。。在处处理理现现实实生生活活中中的的具具体体问问题题时时，，可可以以对对TSP附加加一一些些限限制制性性条条件件，，例例如如在在模模型型中中假假设设该该旅旅行行者者的的时时间间有有限限，，进进而而添添加加相相应应的的时时间间约约束束等等，，从从而而衍衍生生出出许许多多和和TSP相关关的的问问题题。。2022/12/2085VRP和PDP问题题车辆辆路路线线安安排排问问题题(VRP，VehicleRoutingProblem)是对对进进行行物物流流配配送送的车车辆辆进进行行优优化化调调度度。。该该问问题题一一般般可可以以描描述述如如下下:对一一系系列列装装货货点点或或(和)卸货货点点，，组组织织适适当当合合理理的的行行车车路路线线，，使使车车辆辆有有序序地地通通过过它它们们，，在在满满足足一一定的的约约束束条条件件(如货货物物需需求求量量、、发发送送量量，，交交发发货货时时间间，，车车辆辆容容量量、、数数目目限限制，，车车辆辆行行驶驶里里程程、、时时间间限限制制等等)下，，达达到到一一定定的的目目标标(如最最短短路路程程、、最最小小费用用、、最最短短时时间间、、最最少少车车辆辆等等)PDP问题题（（PickupandDeliveryProblem,装卸卸货货问问题题，，以以下下简简称称PDP问题））。。PDP问题题是是VRP问题题在在现现实实中中的的演演化化，，与与VRP不同同的的是是，，PDP不仅仅仅是是在在所所要要求求的的目目的的地地完完成成一一次次访访问问（（对对于于VRP问题题来来讲讲，，这这种种访访问问就就是进进行行一一次次送送货货或或者者取取货货服服务务，，送送货货和和取取货货任任务务不不同同时时发发生生在在同同一一点点上）），，同同时时需需要要完完成成送送货货和和取取货货两两种种作作业业任任务务。。这这样样一一来来PDP问题题较较之之VRP更加加复复杂杂，，对对于于车车辆辆容容量量限限制制条条件件的的考考虑虑也也更更加加难难以以确确定定2022/12/2086精确确式式算算法法及及其其应应用用的的局局限限性性TSP、VRP、PDP等系系列列问问题题属属于于组组合合优优化化领领域域著著名名的的NP难题题。。其其求求解解方法法一一般般相相当当复复杂杂，，通通常常的的做做法法是是应应用用相相关关技技术术将将问问题题分分解解或或者者转转化化为为一个个或或者者多多个个已已经经研研究究过过的的基基本本问问题题，，再再使使用用相相对对比比较较成成熟熟的的基基本本理理论论和方方法法进进行行求求解解，，以以求求得得原原运运输输车车辆辆调调度度问问题题的的最最优优解解或或满满意意解解精确确式式算算法法一一般般运运用用线线性性规规划划(包括括经经过过了了专专门门处处理理的的分分枝枝定定界界法法、、割割平平面面方方法法和和标标号号法法)和非非线线性性规规划划等等数数学学规规划划技技术术，，以以便便求求得得问问题题的的最最优优解解。。精确确式式算算法法一一般般有有以以下下几几种种方方法法:①①分枝枝定定界界法法(BranchandBoundApproach)；②②割割平平面面法法(CuttingPlanesApproach)；③③网网络络流流算算法法(NetworkFlowApproach)；④④动动态态规规划划方方法法(DynamicProgrammingApproach)等。。精精确确算算法法随随着着运运输输系系统统的的复复杂杂和和调调度度目目标标的的增增加加，，其其计计算算量呈呈指指数数递递增增，，使使得得获获取取整整个个系系统统的的精精确确最最优优解解越越来来越越困困难难，，而而用用计计算算机求求解解大大型型优优化化问