吉林大学学报(工学版) ›› 2023, Vol. 53 ›› Issue (8): 2304-2311.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20211128

• 交通运输工程·土木工程 • 上一篇    

考虑枢纽失效的多式联运快递网络结构设计

郑长江(),胡欢,杜牧青   

  1. 河海大学 土木与交通学院,南京 210098
  • 收稿日期:2021-10-29 出版日期:2023-08-01 发布日期:2023-08-21
  • 作者简介:郑长江(1966-),男,教授,博士.研究方向:交通运输规划与管理.E-mail:zhenghhu@sina.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(71801079)

Design of multimodal express delivery network structure considering hub failure

Chang-jiang ZHENG(),Huan HU,Mu-qing DU   

  1. College of Civil and Transportation Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China
  • Received:2021-10-29 Online:2023-08-01 Published:2023-08-21

摘要:

为提高快递网络的可靠性和抗风险能力,从多式联运角度构建了快递网络基础模型;同时为枢纽节点选择最佳的备份节点,提出了快递网络设计备份枢纽模型,以应对可能出现的枢纽失效问题,研究枢纽失效后网络结构、总成本、枢纽节点快递处理量的变化,并分析对邻近枢纽和路径产生的影响。案例分析表明:枢纽节点失效会造成快递网络特性、运输路径和方式变化;启用备份枢纽使枢纽处理快递量增多,增大了枢纽点处理快递的压力,可能造成备份枢纽的拥堵。

关键词: 交通运输规划与管理, 枢纽失效, 遗传算法, 轴辐式网络, 多式联运, 备份节点

Abstract:

In order to improve the reliability and risk resistance of the express delivery network, the article constructs a basic model of the express delivery network from the perspective of multimodal transportation. At the same time, considering the possible hub failure problem of the hub and spoke express delivery network, the optimal backup node is selected for the hub node, and a backup hub model for express delivery network design is proposed. Study the changes in network structure, total cost, and express handling volume of hub nodes after hub failure, and analyze the impact on adjacent hubs and paths. Case analysis shows that the failure of hub nodes can cause changes in the characteristics of express delivery networks, transportation routes, and transportation modes; Enabling a backup hub will lead to an increase in the express handling volume of hub nodes, increasing the pressure on the hub to handle express delivery and potentially causing congestion in the backup hub.

Key words: transportation planning and management, hub failure, genetic algorithm, hub and spoke network, multimodal transport, backup node

中图分类号: 

  • U125

图1

轴辐式网络结构示意图"

表1

城市节点集合"

编号城市编号城市
1南京11南通
2苏州12杭州
3无锡13嘉兴
4连云港14台州
5常州15温州
6淮安16绍兴
7徐州17金华
8盐城18宁波
9扬州19上海
10镇江20合肥

表2

遗传算法参数设置"

参数名称参数设置
种群大小20
染色体基因数目400
交叉概率0.9
变异概率0.01
适应度函数常量1×1010
迭代次数200

图2

快递网络基本结构及路段流量图"

图3

枢纽节点1失效备份枢纽成本的比较"

图4

各枢纽节点完全失效三类成本占比"

图5

枢纽节点1失效快递网络结构及路段流量图"

图6

枢纽失效采用备份枢纽与基本网络比较图"

表3

快递网络特性比较"

网络结构平均路径长度聚类系数网络平均度
基本结构1.67140.85033.8
枢纽1失效1.51430.77383.4
枢纽2失效1.52380.53782.9
枢纽8失效1.51900.77443.4
枢纽12失效1.53810.53782.9
1 王占中, 王云鹏, 赵颖, 等. 基于Web服务的多式联运流程[J]. 吉林大学学报:工学版, 2007, 37(5): 1058-1063.
Wang Zhan-zhong, Wang Yun-peng, Zhao Ying, et al. Business process of multimodal transportation based on Web service[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2007, 37(5): 1058-1063.
2 Rafay I, Charles R S. Design of intermodal logistics networks with hub delays[J]. European Journal of Operational Research, 2012, 220(3): 629-641.
3 葛雪, 于波, 靳志宏. 基于时间阈值与运价折扣的区域快递网络优化[J]. 大连海事大学学报, 2013, 39(2): 73-77, 81.
Ge Xue, Yu Bo, Jin Zhi-hong. Optimization of regional express network based on time threshold and tariff discounts[J]. Journal of Dalian Maritime University, 2013, 39(2): 73-77, 81.
4 卢文涛. 基于时间阈值的区域快递网络优化[J]. 温州大学学报: 自然科学版, 2016, 37(2): 46-54.
Lu Wen-tao. Regional express network optimization based on time threshold[J]. Journal of Wenzhou University(Natural Sciences), 2016, 37(2): 46-54.
5 倪岚, 姚君. 基于多枢纽轮辐式运输网络模型的安徽省快递网络优化[J]. 价值工程, 2016, 35(36): 67-70.
Ni Lan, Yao Jun. Optimization of the express network in Anhui province based on multi-hub-and-spoke transportation network model[J]. Value Engineering, 2016, 35(36): 67-70.
6 李孟良, 王喜富, 孙全欣. 公铁联运轴辐式网络货运枢纽布局优化模型[J]. 北京理工大学学报, 2016(2): 21-25.
Li Meng-liang, Wang Xi-fu, Sun Quan-xin. Layout optimization model of hub and spoke network freight hub for rail and highway combined transport[J]. Journal of Beijing University of Technology, 2016(2): 21-25.
7 宗芳, 李宇暄, 张慧永, 等.“一带一路”沿线配送中心选址模型[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2022, 52(11): 2592-2599.
Zong Fang, Li Yu-xuan, Zhang Hui-yong, et al. Logistics distribution center allocation model along the Belt and Road[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2022, 52(11): 2592-2599.
8 O'Kelly M E, Bryan D L. Hub location with flow economies of scale[J]. Transportation Research B, 1997, 5(4): 221-226.
9 张琪胜, 汤银英, 陈思. 考虑单一枢纽点失效的中欧班列轴辐网络研究[J]. 铁道经济研究, 2020, 3: 24-28, 33.
Zhang Qi-sheng, Tang Yin-ying, Chen Si. Study on the hub-and-spoke network of CR Express considering the disruption of single hub[J]. Railway Economics Research, 2020, 3: 24-28, 33.
10 王帮俊, 吴艳芳. 考虑枢纽点失效和拥堵情形的轴辐式物流网络设计研究[J]. 工业工程与管理, 2019, 24(2): 15-22.
Wang Bang-jun, Wu Yan-fang. Hub and spoke logistics network design considering hub failure and congestion[J]. Industrial Engineering and Management, 2019, 24(2): 15-22.
11 胡晶晶, 黄有方. 应对枢纽失效的轴辐式网络枢纽备份[J]. 计算机应用, 2018, 38(6): 1814-1819.
Hu Jing-jing, Huang You-fang. Hub backup to deal with hub failure in hub and spoke network[J]. Journal of Computer Applications, 2018, 38(6): 1814-1819.
12 Azizi N, Chauhan S, Salhi S, et al. The impact of hub failure in hub-and-spoke networks: Mathematical formulations and solution techniques[J]. Computers & Operations Research, 2016, 65: 174-188.
13 Eydi A, Nasiri R. A P-hub median network design problem with preventive reliability approach for before and after hub failure[J]. Sadhana, 2019, 44(3): 57.
14 汪小帆, 李翔, 陈关荣. 复杂网络理论及其应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 2006.
15 赵晋, 张建军, 严蔡华. 允许直达的混合轴辐式快递网络规划模型与算法研究[J]. 中国管理科学, 2016, 24(11): 58-65.
Zhao Jin, Zhang Jian-jun, Yan Cai-hua. Research on hybrid hub-spoke express network decision with point-to-point direct shipment[J]. Chinese Journal of Management Science, 2016, 24(11): 58-65.
[1] 惠迎新,陈嘉伟. 基于改进遗传算法的挤扩支盘群桩优化方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(7): 2089-2098.
[2] 王殿海,胡佑薇,蔡正义,曾佳棋,姚文彬. 基于BPR函数的城市道路间断流动态路阻模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(7): 1951-1961.
[3] 李艳波,柳柏松,姚博彬,陈俊硕,渠开发,武奇生,曹洁宁. 考虑路网随机特性的高速公路换电站选址[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(5): 1364-1371.
[4] 胡莹,邵春福,王书灵,蒋熙,孙海瑞. 基于共享单车骑行轨迹的骑行质量识别方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(4): 1040-1046.
[5] 杨红波,史文库,陈志勇,郭年程,赵燕燕. 基于NSGA⁃II的斜齿轮宏观参数多目标优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(4): 1007-1018.
[6] 贾洪飞,徐英俊,杨丽丽,王楠. 商品车多式联运联盟成员选择及利益分配[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(4): 1060-1069.
[7] 马敏,胡大伟,舒兰,马壮林. 城市轨道交通网络韧性评估及恢复策略[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(2): 396-404.
[8] 王占中,蒋婷,张景海. 基于模糊双边界网络模型的道路运输效率评价[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(2): 385-395.
[9] 秦严严,杨晓庆,王昊. 智能网联混合交通流CO2排放影响及改善方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(1): 150-158.
[10] 杨红波,史文库,陈志勇,郭年程,赵燕燕. 基于某二级减速齿轮系统的齿面修形优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(7): 1541-1551.
[11] 姜斌祥,姜彤彤,王永雷. 基于文化遗传算法的毒品检验区块链共识算法优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(3): 684-692.
[12] 朱思峰,赵明阳,柴争义. 边缘计算场景中基于粒子群优化算法的计算卸载[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(11): 2698-2705.
[13] 李翠玉,胡雅梦,康亚伟,张德良. 应用自适应遗传算法的电动汽车充放电协同调度[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(11): 2508-2513.
[14] 李晗,杜鹏,杜颖,李晓会. 基于遗传算法的无线体域网多路径路由选择方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(11): 2706-2711.
[15] 陈传海,姚国祥,金桐彤,申桂香,于立娟,田海龙. 基于响应面与遗传算法的主轴系统动力学建模及参数修正[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(10): 2278-2286.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!