一种针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法技术

本发明专利技术公开了一种针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法，通过高铁‑航空线路的有效衔接，构建空铁联运复合运输网络，整合了高速铁路与航空运输的技术优势和市场优势，实现二者的优势互补。从微观角度来看，实现了快递业服务水平的提升；宏观方面，实现了运输资源的合理配置、运输效率的提升、综合运输体系的结构优化。

A network planning method for air rail intermodal transport hub in the field of freight transportation

The invention discloses a network planning method for air rail intermodal transport hub in the field of freight transportation. Through the effective connection of high-speed railway \u2011 air lines, the air rail intermodal transport complex network is constructed, the technical advantages and market advantages of high-speed railway and air transport are integrated, and the advantages of the two are complementary. From the micro point of view, the service level of express delivery industry has been improved; from the macro point of view, the reasonable allocation of transportation resources, the improvement of transportation efficiency and the structural optimization of comprehensive transportation system have been realized.

【技术实现步骤摘要】
一种针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法
本专利技术属于交通运输网络设计
，具体涉及一种针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法。
技术介绍
空铁联运是指航空运输与铁路运输相互结合、相互协作的联合运输方式，它将高铁快运站点多、速度快、门到门等优点与航空距离运输、时效性强等特点相结合，通过高速铁路和航空线路有效衔接，构建空铁联运复合运输网络，将二者优势互补，实现运输资源的合理配置，运输效率的提升。综合运输体系结构的优化，实现区域社会经济发展。发展空铁联运是我国交通运输体系建设的重要组成部分与主要发展方向，构建空铁联运枢纽网络，整合高速铁路与航空运输的技术优势和市场优势，实现二者的优势互补。微观上可达到运输行业服务水平提升、道路交通环境及生态环境改善等目的；宏观方面可实现运输资源的合理配置、运输效率的提升、综合运输体系的结构优化，从而实现区域社会经济发展的协调发展。现有的空铁联运网络的优化构建方法主要有：(1)利用多分配枢纽中位问题模型与混合集合规划方法，构建空铁联运网络规划模型，运用NCL和POEM，实现网络规划问题模型求解；该方案利用NCL语言建立空铁联运网络中分配枢纽中位问题的数学逻辑模型，由于NCL对模型参数的包容性较小，对于空铁联运等复杂网络难以刻画，仅适用于较小型的交通枢纽网络搭建；(2)从旅客角度出发，以时间敏感型旅客出行使劲成本与价格敏感型旅客花费票价成本的总和为最小目标函数，构建空铁联运网络优化设计模型，并利用AIMMS软件求解，得到针对时间敏感型旅客和价格敏感型旅客的空铁联运网络；在该设计方案中，旅客运输和货物运输在运输要求、运输条件等环境下存在着较大差别，而且考虑单一运价下的空铁联运网络并不适配于具有多SKU的货物运输，因此适应性较小；(3)以最大化国内城际旅客的消费者剩余为目标，构建空铁联运网络，寻找机场之间的运营容量分配，以及高铁网络的空间布局的最佳组合；该方案从机场的角度出发，通过寻求机场的通行能力和空间布局，构建空铁联运网络，具有地理位置局限性，普适性较低。上述现有的设计方案对于构建空铁联运网络的研究主要集中在旅客运输领域，针对货物运输领域的研究较少，且主要集中于论证空铁联运可行性等理论研究层面。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法解决了使用单一的航空或铁路运输货物时效率低、成本高，没有系统地整合航线和铁路资源进行联合运输以适应不同运输环境的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法，包括以下步骤：S1、确定候选空铁联运网络的节点城市，并根据其地理位置搭建空铁联运复合网络；S2、利用中心节点理论，以运输距离为指标对空铁联运复合网络中的节点城市进行评价，并确定其中的枢纽城市；S3、预测空铁联运复合网络中节点城市OD对间的空铁联运快递量；S4、根据确定的枢纽城市和各节点城市OD对间的空铁联运快递量，以空铁联运复合网络的运营总成本最低为目标，构建空铁联运枢纽网络规划模型；S5、通过遍历搜索算法对空铁联运枢纽网络规划模型进行求解，得到空铁联运枢纽网络规划结果。进一步地，所述步骤S3具体为：S31、根据历史快递数据，通过Logit模型预测空铁联运复合网络中任意两节点城市之间空铁联运的货运分担率；S32、根据节点城市的快递业相关指标数据，通过引力模型计算空铁联运复合网络中节点城市OD对间的货运吸引强度；S33、根据货运分担率和货运吸引强度，对各节点城市OD对间的空铁联运快递量进行预测。进一步地，所述步骤S31中空铁联运的货运分担率P(i)为：式中，EXP(·)为运输产品效用值函数；Di为空铁联运运输产品效用值；Dj为非空铁联运运输产品效用值。进一步地，所述步骤S32具体为：S32-1、通过主成分分析法，确定节点城市的快递业务评价指标；S32-2、以各节点城市的快递业务评价指标作为出行发生量和到达吸引量，以任意两个节点城市的直线距离作为交通阻抗，构建引力模型；S32-3、基于构建的引力模型，确定各节点城市OD对间的货运吸引强度。进一步地，所述步骤S32-1中快递业务评价指标Si的计算公式为：式中，ηα为主成分α的方差贡献率，Fiα为节点城市i的主成分α的得分；n为主成分的总数；所述步骤S32-2中构建的引力模型为：式中，gij为节点城市i与节点城市j之间的快递业务联系度值；Si和Sj分别为节点城市i与节点城市j的快递业务评价指标；RTij为节点城市i与节点城市j之间的直线距离；所述步骤S32-3中，各节点城市OD对间的货运强度吸引强度的计算公式为：式中，Gij为节点城市j对节点城市i的快递吸引强度值。进一步地，所述步骤S33具体为：S33-1、将各节点城市的历史货运量作为BP神经网络的输入，预测得到对应节点城市的快递业务量；S33-2、确定各节点城市中异地业务的占比和快递的平均重量，并结合各节点城市OD对间的货运分担率和快递吸引强度，预测得到各节点城市OD对间的快递量。进一步地，所述步骤S4中构建的空铁联运枢纽网络规划模型为：式中，C为以空铁联运复合网络的运营总成本最低的目标函数；min(·)为求最小值函数；为中心枢纽城市的建设固定成本及运营成本；其中，Ck为中心枢纽城市k的固定建设成本；WCk为中心枢纽城市k的运营成本；Dij为节点城市i和节点城市j之间的快递量；Xlikmj为节点城市i和节点城市j之间采用l运输方式是否通过中心枢纽运输的决策变量，若是Xlikmj＝1，若否则Xlikmj＝0；i,j∈I，I为节点城市集合，k,m均为候选中心枢纽城市，中心枢纽城市至少为k,m中的一个，k∈K，m∈M，K,M均为枢纽城市集合；为节点城市OD对间直接运输的运输成本；其中，Dij为节点城市i至节点城市j的快递量；Clij为节点城市i到节点城市j直接用l运输方式直接运输的运输成本；Xlij为起始节点城市i和目的节点城市j之间用l运输方式是否为直接运输的决策变量，直接运输时Xlij＝1，否则Xlij＝0；l为运输方式，且l∈L，L为运输方式集合；为节点城市OD对需要通过中心枢纽城市运输的运输成本；其中，ρ为某段运输中两个节点城市中存在一个中心枢纽城市时所产生的折扣；Clik为节点城市i到中心枢纽城市k之间用l运输方式所产生的运输成本；γ为某段运输中两个节点城市均为中心枢纽城市时所产生的折扣；Clkm为中心枢纽城市k和中心枢纽城市m之间用l运输方式所产生的运输成本；Clmj为中心枢纽城市m到节点城市j之间用l运输方式所产生的运输成本；为节点城市OD对间直接运输的时间成本；其中，TClij为起始节点城市i和目的节点城市j之间用l运输方式直接运输时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、确定候选空铁联运网络的节点城市，并根据其地理位置搭建空铁联运复合网络；/nS2、利用中心节点理论，以运输距离为指标对空铁联运复合网络中的节点城市进行评价，并确定其中的枢纽城市；/nS3、预测空铁联运复合网络中节点城市OD对间的空铁联运快递量；/nS4、根据确定的枢纽城市和各节点城市OD对间的空铁联运快递量，以空铁联运复合网络的运营总成本最低为目标，构建空铁联运枢纽网络规划模型；/nS5、通过遍历搜索算法对空铁联运枢纽网络规划模型进行求解，得到空铁联运枢纽网络规划结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定候选空铁联运网络的节点城市，并根据其地理位置搭建空铁联运复合网络；
S2、利用中心节点理论，以运输距离为指标对空铁联运复合网络中的节点城市进行评价，并确定其中的枢纽城市；
S3、预测空铁联运复合网络中节点城市OD对间的空铁联运快递量；
S4、根据确定的枢纽城市和各节点城市OD对间的空铁联运快递量，以空铁联运复合网络的运营总成本最低为目标，构建空铁联运枢纽网络规划模型；
S5、通过遍历搜索算法对空铁联运枢纽网络规划模型进行求解，得到空铁联运枢纽网络规划结果。


2.根据权利要求1所述的针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
S31、根据历史快递数据，通过Logit模型预测空铁联运复合网络中任意两节点城市之间空铁联运的货运分担率；
S32、根据节点城市的快递业相关指标数据，通过引力模型计算空铁联运复合网络中节点城市OD对间的货运吸引强度；
S33、根据货运分担率和货运吸引强度，对各节点城市OD对间的空铁联运快递量进行预测。


3.根据权利要求2所述的针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法，其特征在于，所述步骤S31中空铁联运的货运分担率P(i)为：



式中，EXP(·)为运输产品效用值函数；
Di为空铁联运运输产品效用值；
Dj为非空铁联运运输产品效用值。


4.根据权利要求3所述的针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法，其特征在于，所述步骤S32具体为：
S32-1、通过主成分分析法，确定节点城市的快递业务评价指标；
S32-2、以各节点城市的快递业务评价指标作为出行发生量和到达吸引量，以任意两个节点城市的直线距离作为交通阻抗，构建引力模型；
S32-3、基于构建的引力模型，确定各节点城市OD对间的货运吸引强度。


5.根据权利要求4所述的针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法，其特征在于，所述步骤S32-1中快递业务评价指标Si的计算公式为：



式中，ηα为主成分α的方差贡献率，
Fiα为节点城市i的主成分α的得分；
n为主成分的总数；
所述步骤S32-2中构建的引力模型为：



式中，gij为节点城市i与节点城市j之间的快递业务联系度值；
Si和Sj分别为节点城市i与节点城市j的快递业务评价指标；
RTij为节点城市i与节点城市j之间的直线距离；
所述步骤S32-3中，各节点城市OD对间的货运强度吸引强度的计算公式为：



式中，Gij为节点城市j对节点城市i的快递吸引强度值。


6.根据权利要求2所述的针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法，其特征在于，所述步骤S33具体为：
S33-1、将各节点城市的历史货运量作为BP神经网络的输入，预测得到对应节点城市的快递业务量；
S33-2、确定各节点城市中异地业务的占比和快递的平均重量，并结合各节点城市OD对间的货运分担率和快递吸引强度，预测得到各节点城市OD对间的快递量。


7.根据权利要求2所述的针对货运领域的空铁联运枢纽网络规划方法，其特征在于，所述步骤S4中构建的空铁联运枢纽网络规划模型为：



式中，C为以空铁联运复合网络的运营总成本最低的目标函数；
min(·)为求最小值函数；

为中心枢纽城市的建设固定成本及运营成本；其中，Ck为中心枢纽城市k的固定建设成本；WCk为中心枢纽城市k的运营成本；Dij为节点城市i和节点城市j之间的快递量；Xlikmj为节点城市i和节点城...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘蜜，张发东，张文畅，邓余玲，钱秋君，王铭飞，刘晓波，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51