一种基于随机需求的内陆集装箱场站空箱配置与存储结构优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于随机需求的内陆集装箱场站空箱配置与存储结构优化方法，为应对“存租结合”的集装箱管理新模式，本发明专利技术考虑了随机需求背景下内陆集装箱场站空箱配置与存储结构优化问题，通过构建一个以承运人期望总成本最小为目标的随机规划模型，可实现关键节点空箱配置量，关键节点空箱的自有空箱向各内陆场站的调运方案，以及各内陆场站自有箱、租赁箱所占的比例的协同优化，根据“最大债务优先”原则，可使得承运人在长期供给空箱的视角下，实现自身期望运营成本最低；通过采用差分进化算法中的二分法的算法对模型进行了求解，根据求解结果可有效降低空箱储备量，提升系统应对需求波动的能力，为承运人集装箱日常的管理提供必要的决策支持。理提供必要的决策支持。理提供必要的决策支持。

An optimization method of empty container configuration and storage structure of inland container yard based on random demand

【技术实现步骤摘要】
一种基于随机需求的内陆集装箱场站空箱配置与存储结构优化方法


[0001]本专利技术涉及物流运输
，尤其涉及一种基于随机需求的内陆集装箱场站空箱配置与存储结构优化方法。

技术介绍

[0002]集装箱远洋运输系统是以集装箱为基础载运工具的复杂运输系统。充沛的集装箱储备是集装箱远洋运输系统提供可靠稳定运输服务的重要保障。因此，班轮公司(以下简称“承运人”)通常会在关键节点(主要港口或大型内陆场站、空箱的堆存场站或堆场等)存储一部分空集装箱(以下简称“空箱”)，以应对海运需求波动、提高集装箱远洋运输系统的可靠性。因此，如何确定这些节点处空箱的储备量，自然成为承运人面临的关键决策。学界一般将其称为港口空箱储备量设定问题(Empty Container Inventory Problem, ECIP)。
[0003]在实践中，为应对用箱需求波动，承运人通常会在关键节点储备超量空箱，并适时调运至需求节点(内陆场站)。我们将这种储备方式称为“饱和存储”。该方法虽简单易行，但极易导致由于过量储备而产生高额的存储成本。因此，越来越多的承运人开始与租箱公司(或其他承运人)合作，打造“存租结合”新模式。在上述模式中，承运人除了自行存储、调运空箱外，还可以通过租赁的方式获得部分空箱。租箱公司根据承运人的要求，将空箱调运至需求节点处。上述模式可以有效压缩承运人的空箱储备量、优化空箱存储结构、降低储备成本。但在上述模式中，如何合理确定关键节点处的空箱储备量，关键节点处的空箱调运至各需求节点的方案，以及各需求节点处自有箱、租赁箱占总储备量的比例，便成为承运人面临的关键问题。一个合理的空箱库存管理方案，能帮助承运人有效降低企业运营成本、提升运营效率。而如果方案设定不合理、空箱供应策略不恰当，将直接导致承运人承担高额的空箱存储成本(或租赁费用)。
[0004]在实践中，为应对用箱需求波动，承运人通常会在关键节点储备超量空箱，并适时调运至需求节点(内陆场站)。因此将这种储备方式称为“饱和存储”。该方法虽简单易行，但极易导致由于过量储备而产生高额的存储成本。因此，越来越多的承运人开始与租箱公司(或其他承运人)合作，打造“存租结合”新模式。在上述模式中，承运人除了自行存储、调运空箱外，还可以通过租赁的方式获得部分空箱。租箱公司根据承运人的要求，将空箱调运至需求节点处。上述模式可以有效压缩承运人的空箱储备量、优化空箱存储结构、降低储备成本。但在上述模式中，如何合理确定关键节点处的空箱储备量，关键节点处的空箱调运至各需求节点的方案，以及各需求节点处自有箱、租赁箱占总储备量的比例，便成为承运人面临的关键问题。一个合理的空箱Inventory管理方案，能帮助承运人有效降低企业运营成本、提升运营效率。而如果方案设定不合理、空箱供应策略不恰当，将直接导致承运人承担高额的空箱存储成本(或租赁费用)。
[0005]ECIP本质上可视为一类与集装箱有关的库存管理问题与运输问题的复合问题。部分学者也将其称为空箱配置决策问题或空箱调运问题，在空箱的运输和需求中存有随机
性。
[0006]目前针对随机需求背景下的空箱配置决策问题可被归纳为两类。第一类为基于随机优化理论或模糊优化理论的研究。这类研究通常将空箱需求的时变波动视为一种潜在的风险。因此，作者们往往假定承运人为了对抗这种风险必须支付相应的费用。这种做法忽视了各需求节点需求波动相互抵消的效应，可能导致空箱储备过剩。第二类为基于库存管理理论的研究。这类研究提出的方法通常可以较为理想地考虑需求波动所产生的各类效应(例如，需求波动的叠加或抵消效应)。然而，针对这类研究提出的建模方法通常十分复杂，以至于无法在决策库存控制方案的同时，考虑空箱租赁方案设计等因素的同步优化。

技术实现思路

[0007]因此，基于以上背景，本专利技术在考虑空箱储备“存租结合”新模式下，提供了基于随机需求的内陆集装箱场站空箱配置与存储结构优化方法，其可在内陆场站空箱需求能够得到满足的前提下，优化关键节点的空箱配置量、关键节点空箱的自有空箱向各内陆场站的调运方案以及各内陆场站自有箱、租赁箱所占的比例。
[0008]本专利技术的技术方案为：
[0009]一种基于随机需求的内陆集装箱场站空箱配置与存储结构优化方法，其包括如下步骤：
[0010](1)以自有箱的堆存与运营成本、自有箱运输成本及租赁箱的租赁成本之和最小为目标构建非线性随机规划模型ECRM；
[0011](2)对步骤(1)构建的模型ECRM进行优化及其简化，并且基于“最大债务优先”原则的自有箱分配策略，采用差分进化算法求解模型，根据求解结果对关键节点的空箱配置量、关键节点空箱的自有空箱向各内陆场站的调运方案以及各内陆场站自有箱、租赁箱所占的比例协同优化。
[0012]进一步地，步骤(1)所构建的非线性随机规划模型ECRM为：
[0013][0014]式(1)的约束条件为：
[0015][0016][0017][0018][0019][0020]上式中，N为内陆场站的数量；T为观测周期；为观测周期内的时段，且t∈{1,2,
…
,T}；i为内陆场站，i＝1,2,
…
,N；μ
i
为内陆场站的空箱需求期望；为内陆场站i的空箱需求方差；ρ为港口运营成本调节系数；X
i
(t)为内陆场站i的空箱需求量，它是关于t∈{1,2,
…
,
T}的随机变量；Y(t)为随机补给量，它是关于t∈{1,2,
…
,T}的随机变量；C
h
(
·
)为关键节点的空箱堆存与运营成本函数(元/TEU)；为关键节点到内陆场站i的单位空箱运输费用(元/TEU)；为内陆场站i的单位空箱租赁费用(元/TEU)； S为港口堆场在各时段获得的稳定补给量；β＝(β
i
)为内陆场站i使用的自有箱量占其空箱需求总量的比例；为承运人在时段t向内陆场站i供应的自有箱量，且t∈{1,2,
…
,T}；为承运人在时段t为内陆场站i租赁箱量，且t∈{1,2,
…
,T}。
[0021]进一步地，非线性随机规划模型ECRM构建的假设条件为：
[0022]①
租赁箱的数量无限且不考虑租赁箱的运输时间；
[0023]②
各内陆场站的空箱需求相互独立；
[0024]③
随机补给的均值、方差已知；
[0025]④
决策期被划分为若干时段，各时段通过稳定补给获得的空箱量已知且相等；
[0026]⑤
仅考虑承运人自有箱的堆存成本、空箱运输成本和租赁箱的租赁成本；
[0027]⑥
关键节点的空箱仅通过稳定补给和随机补给进行补充，两者共同决定了港口的空箱储备量，租赁箱仅用于应对内陆场站自有箱量的不足；
[0028]⑦
租赁箱直接运抵内陆场站，承运人仅支付租赁费用，不支付运输成本；
[0029]⑧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于随机需求的内陆集装箱场站空箱配置与存储结构优化方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)以自有箱的堆存与运营成本、自有箱运输成本及租赁箱的租赁成本之和最小为目标构建非线性随机规划模型ECRM；(2)对步骤(1)构建的模型ECRM进行优化及其简化，并且基于“最大债务优先”原则的自有箱分配策略，采用差分进化算法求解模型，根据求解结果对关键节点的空箱配置量、关键节点空箱的自有空箱向各内陆场站的调运方案以及各内陆场站自有箱、租赁箱所占的比例协同优化。2.根据权利要求1所述的一种基于随机需求的内陆集装箱场站空箱配置与存储结构优化方法，其特征在于，步骤(1)所构建的非线性随机规划模型ECRM为：式(1)的约束条件为：式(1)的约束条件为：式(1)的约束条件为：式(1)的约束条件为：式(1)的约束条件为：上式中，N为内陆场站的数量；T为观测周期；为观测周期内的时段，且t∈{1,2,
…
,T}；i为内陆场站，i＝1,2,
…
,N；μ
i
为内陆场站的空箱需求期望；为内陆场站i的空箱需求方差；ρ为港口运营成本调节系数；X
i
(t)为内陆场站i的空箱需求量，它是关于t∈{1,2,
…
,T}的随机变量；Y(t)为随机补给量，它是关于t∈{1,2,
…
,T}的随机变量；C
h
(
·
)为关键节点空箱堆存与运营成本函数(元/TEU)；为关键节点到内陆场站i的单位空箱运输费用(元/TEU)；为内陆场站i的单位空箱租赁费用(元/TEU)；S为港口堆场在各时段获得的稳定补给量；β＝(β
i
)为内陆场站i使用的自有箱量占其空箱需求总量的比例；为承运人在时段t向内陆场站i供应的自有箱量，且t∈{1,2,
…
,T}；为承运人在时段t为内陆场站i租赁箱量，且t∈{1,2,
…
,T}。3.根据权利要求2所述的一种基于随机需求的内陆集装箱场站空箱配置与存储结构优化方法，其特征在于，非线性随机规划模型ECRM构建的假设条件为：
①
租赁箱的数量无限且不考虑租赁箱的运输时间；
②
各内陆场站的空箱需求相互独立；
③
随机补给的均值、方差已知；
④
决策期被划分为若干时段，各时段通过稳定补给获得的空箱量已知且相等；
⑤
仅考虑承运人自有箱的堆存成本、空箱运输成本和租赁箱的租赁成本；
⑥
关键节点的空箱仅通过稳定补给和随机补给进行补充，两者共同决定了关键节点的空箱储备量，租赁箱仅用于应对内陆场站自有箱量的不足；
⑦
租赁箱直接运抵内陆场站，承运人仅支付租赁费用，不支付运输成本；
⑧
关键节点的运营成本是关键节点堆存的空箱总量的一个严格单调递增的函数。4.根据权利要求3所述的一种基于随机需求的内陆集装箱场站空箱配置与存储结构优化方法，其特征在于，步骤(2)中对模型ECRM进行优化及其简化的方法为：4.1对于给定的β＝{β
i
}，ECRM可等价转化为模型E...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐奇，陈康，辛旭，王涛，
申请(专利权)人：徐奇，
类型：发明
国别省市：