考虑多种运输方式的集装箱空箱调运优化方法及系统

本发明涉及物流运输资源调配，具体涉及一种考虑多种运输方式的集装箱空箱调运优化方法及系统。

背景技术：

1、集装箱运输是指使用集装箱将货物集合组装成单元，进行装卸作业，并利用铁路、汽车或船舶完成运输任务，集装箱空箱是集装箱物流的重要资源。空箱调运问题是在集装箱周转过程中出现的一项关键问题，主要是由区域之间的贸易不均衡造成的。这种不均衡的情况表现在两个主要方面：首先，在出口主导的地区，货主需要空集装箱用来包装货物，这导致了大量的空箱需求。如果当地没有足够的空箱，解决方案通常是从其他地区租赁或调运空箱。然而，集装箱租赁费用通常较高，因此物流企业更倾向于调运来满足空箱需求。其次，在以进口为主的地区，到达的重箱卸空后变为空箱，在这些地区对空集装箱的需求不足经常导致空集装箱的积累，需要及时的将空箱运出，避免额外的空箱库存成本。需要强调的是，在全球运输的集装箱中，大约有20％都是空箱。尽管这些空箱占据了与重箱相同的运输空间和费用，但它们并没有产生任何收益。这种情况对于物流行业而言是低效的，需要寻求解决办法以最大程度地提高资源的利用率，降低额外成本，以及提升整体运输效率。

2、目前有关空箱调运的技术很多，但从不同方面都存在着一定问题：首先，大多数现有技术通常仅考虑单一的集装箱货运站，忽略了不同类型和位置的货运站之间的复杂关系。这种简化可能导致在不同情景下未能制定最佳的空箱调运计划；其次，现有技术通常限定在一种运输方式上，未能充分考虑多种运输方式的联合调运。这可能导致未能充分发挥不同运输方式的协同优势，使得空箱调运计划的效率降低；最后，许多现有技术未能构建多周期的模型，这些模型可以更好地适应集装箱物流的复杂性。在实际情况下，需求和供给可能随时间变化，因此需要一个多周期模型来处理这种动态性。

3、传统的空箱调运问题研究主要集中在单一运输方式上，然而随着供应链与集装箱多式联运的发展，研究人员意识到单一运输模式的局限性，并开始探索多种运输方式组合调运空箱。

4、在单一运输方式调运空箱技术上，song等考虑多服务路线，多船舶，多定期航线的海运空箱调运问题，提出了两种优化方法，第一个是基于两阶段最短路的整数规划方法，第二个是基于启发式规则的两阶段整数规划方法。杨光等在分析铁路集装箱空箱调运存在问题的基础上，运用了多目标规划模型，以运输成本最小和主要集装箱优先调运为目标，建立铁路集装箱空箱调运最优化模型。沈二乐从低碳经济角度出发，考虑海运碳交易和碳排放约束，在保证重箱正常运输的前提下，建立海运空箱调租双目标优化模型。贾琼从定性的角度分析了港口物流中空箱调运产生的原因，并为改善集装箱空箱调运管理问题提出了相关建议。

5、在多种运输方式调运空箱技术上，闰芳园等在对比了海运和铁路空箱调运问题的基础上，分析了海铁联运空箱调运的节点和流程以及集装箱调运成本组成，并对其中而租箱成本和港口堆压成本做具体分析。xie等研究了多式联运中空箱共享与协调问题。通过建立集中模型和分散模型探讨了集装箱多式联运海港和陆港之间空箱的库存分担和协调问题，并设计双边回购合同来解决铁路公司与班轮公司之间的库存共享博弈。tian等先是考虑陆港港和海港不合作的情况下空箱调运，然后又建立了两港合作情况下的分散模型和集中模型，分析了在不同的模型下对于陆港和海港的空箱库存的最优水平，以及空箱调运价格变动对库存水平的影响。邢磊等着眼于中欧班列间海陆集装箱综合运输系统，并考虑了可折叠集装箱，构建以成本最小化为目标的混合整数线性规划模型，使用cplex求解。

6、综上，上述现有技术仍存在不足和缺点包括：(1)现有的空箱调运技术主要专注于单一运输方式的调运，而在考虑多种运输方式的协同运输方面存在显著限制。这些技术未能充分挖掘和发挥多种运输方式联合运输的优势，因而未能提供全面的决策支持，以满足全网范围内的空箱调运需求。(2)现有大多数空箱调运技术仅针对单一类型的集装箱货运站展开研究，未充分考虑货运站之间的多样性，亦即未对各类集装箱货运站的特定职能进行充分区分和深入分析。

7、因此，现有研究尚未就不同类型的货运站制定更具创新性和实际可行性的空箱调运策略，这一局限性在促进集装箱物流领域的效率、可持续性和经济性方面具有重要影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种考虑多种运输方式的集装箱空箱调运优化方法及系统，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

3、一方面，本发明提供一种考虑多种运输方式的集装箱空箱调运优化方法，包括：

4、构建海-铁-公多式联运空箱调运网络g＝(n，a)，其中n表示点集，a表示弧集；设n＝p∪i∪j表示所有节点的集合；集合p由港口p组成；集合i表示港口附近的货运站；集合j表示内陆集装箱货运站；a包括港口与港口附近货运站之间的公路运输弧，以及港口附近货运站与内陆集装箱货运站之间、不同内陆集装箱货运站之间的公路或铁路运输弧；

5、根据构建的海-铁-公多式联运空箱调运网络，以总成本最低为目标构建多式联运空箱调运整数规划模型；其中，总成本包括空箱租赁成本、空箱储存成本以及内陆空箱调运总成本；

6、求解多式联运空箱调运整数规划模型，确定港口与集装箱货运站之间的最优空箱调运量和每个集装箱货运站在每个规划周期内的空箱库存。

7、进一步的，构建多式联运空箱调运整数规划模型包括集装箱需求约束：对港口附近货运站的需求通过港口租赁规划期初期的库存和客户返还的空集装箱来满足；内陆集装箱货运站的需求由港口附近货运站其他内陆集装箱货运站租赁规划初期库存客户返还的空箱来满足。

8、进一步的，构建多式联运空箱调运整数规划模型包括库存容量约束：在规划期(t＝1，t∈t)开始时，对于任意给定节点，该节点的现有库存等于该节点的初始库存；在t(t＞1，t∈t)计划期开始时各节点的库存包括：上一周期剩余库存、从其他节点运来的空箱数量、上一周期的租赁的数量以及顾客返还的空箱数量之和，减去已运出该点的空箱数量；每个规划周期内每个节点的库存量不能超过该节点的容量限制。

9、进一步的，构建多式联运空箱调运整数规划模型包括集装箱流量约束：在t期间，从港口附近货运站i转移到其他货运站的空箱数和满足需求的空箱数不能超过库存租赁集装箱客户返回空箱和从港口运输的空箱数的总和；在t决策期内，货运站u转移到其他货运站的空箱数和满足需求的空箱数不能超过库存租赁集装箱客户返回的空箱其他货运站的空箱之和；在t时刻交付给其他货运站的空箱数量不得超过海外调运的集装箱数量yt与p港库存之和。

10、进一步的，构建多式联运空箱调运整数规划模型包括运输容量约束：以运输方式m调运的空箱数量不能超过线路的运输通过能力

11、进一步的，多式联运空箱调运整数规划模型中的决策变量分为三组：第一组包括与租赁相关的变量，记为第二组由与集装箱流量相关的变量组成，即最后一组包括与库存相关的变量

12、第二方面，本发明提供一种考虑多种运输方式的集装箱空箱调运优化系统，包括：

13、第一构建模块，用于构建海-铁-公多式联运空箱调运网络g＝(n，a)，其中n表示点集，a表示弧集；设n＝p∪i∪j表示所有节点的集合；集合p由港口p组成；集合i表示港口附近的货运站；集合j表示内陆集装箱货运站；a包括港口与港口附近货运站之间的公路运输弧，以及港口附近货运站与内陆集装箱货运站之间、不同内陆集装箱货运站之间的公路或铁路运输弧；

14、第二构建模块，用于根据构建的海-铁-公多式联运空箱调运网络，以总成本最低为目标构建多式联运空箱调运整数规划模型；其中，总成本包括空箱租赁成本、空箱储存成本以及内陆空箱调运总成本；

15、求解模块，用于求解多式联运空箱调运整数规划模型，确定港口与集装箱货运站之间的最优空箱调运量、每个集装箱货运站在每个规划周期内的空箱租赁量和空箱库存。

16、第三方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如上所述的考虑多种运输方式的集装箱空箱调运优化方法。

17、第四方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行如上所述的考虑多种运输方式的集装箱空箱调运优化方法。

18、第五方面，本发明提供一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如上所述的考虑多种运输方式的集装箱空箱调运优化方法的指令。

19、本发明有益效果：考虑了公路、铁路、水运多种运输方式相结合，对多运运输方式下的集装箱空调运问题进行求解，能够充分的发挥各运输方式的优势；考虑到了多种类型的集装箱货运站，根据实际的集装箱运营情况将其分为两大类，即港口附近集装箱货运站和内陆集装箱货运站；进一步根据可提供的运输方式，将这些货运站细分为铁路集装箱货运站和公路集装箱货运站，以满足不同的运输需求，特别是调运空箱的需要；构建了一个多周期的空箱调运模型，能够进行多周期决策，以确定每个周期内每条运输线路上的空集装箱调运量、租用的空集装箱数量、集装箱货运站在每个决策周期的库存量，以及每条运输线路所选择的运输方式。

20、本发明附加方面的优点，将在下述的描述部分中更加明显的给出，或通过本发明的实践了解到。