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        港城聯(lián)動模式下的內(nèi)陸港選址

        2020-11-25 02:43:41吳小鳳楊璐趙旭
        水運(yùn)管理 2020年10期
        關(guān)鍵詞:選址

        吳小鳳 楊璐 趙旭

        【摘 要】 為有效解決港城矛盾,協(xié)調(diào)港口與城市發(fā)展,以深圳港為例,在模型構(gòu)建中加入成本折扣系數(shù),并同時考慮內(nèi)陸港容量限制,以系統(tǒng)總成本最小為目標(biāo)函數(shù),構(gòu)建內(nèi)陸港選址模型,并設(shè)計(jì)改進(jìn)遺傳算法進(jìn)行求解。結(jié)果表明,全面統(tǒng)籌港口與城市發(fā)展,從系統(tǒng)最優(yōu)角度出發(fā)進(jìn)行內(nèi)陸港選址研究,能有效優(yōu)化內(nèi)陸運(yùn)輸結(jié)構(gòu),降低運(yùn)輸成本,緩解港城矛盾,實(shí)現(xiàn)港城協(xié)同可持續(xù)發(fā)展。

        【關(guān)鍵詞】 港城聯(lián)動;內(nèi)陸港;遺傳算法;選址

        0 引 言

        目前國內(nèi)港口集疏運(yùn)以公路運(yùn)輸為主,鐵路運(yùn)輸占比較低,導(dǎo)致疏港交通與城市交通互擾,港城矛盾日益凸顯。港口為緩解貨物吞吐壓力、拓展腹地,爭先進(jìn)行內(nèi)陸港建設(shè);城市為擴(kuò)大對外開放,亟需低成本、高效率的通關(guān)港口,為此也積極投入到內(nèi)陸港建設(shè)中。港口與城市基于各自發(fā)展需求進(jìn)行內(nèi)陸港建設(shè),導(dǎo)致內(nèi)陸港布局缺乏系統(tǒng)性和合理性,存在業(yè)務(wù)輻射范圍重疊、效率低下等問題,進(jìn)一步加劇港城矛盾。內(nèi)陸港作為連接港口與腹地的重要紐帶,其建設(shè)發(fā)展能否有效完善內(nèi)陸運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)公路運(yùn)輸方式向鐵路運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)移,是能否有效解決港城矛盾的重要途徑。因此,全面統(tǒng)籌港口與腹地城市協(xié)同發(fā)展,從系統(tǒng)角度進(jìn)行內(nèi)陸港選址研究具有重要意義。

        本文從港城協(xié)同發(fā)展的角度,考慮內(nèi)陸港形成的規(guī)模經(jīng)濟(jì)及內(nèi)陸港容量限制,以系統(tǒng)總成本,包括建設(shè)成本、運(yùn)營成本、運(yùn)輸成本最小為目標(biāo)函數(shù),進(jìn)行內(nèi)陸港選址及貨主路徑分配研究。

        1 問題描述與建模

        1.1 問題描述

        本文所研究的內(nèi)陸運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)由沿海港口、內(nèi)陸港、貨主點(diǎn)構(gòu)成,其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D1。內(nèi)陸港運(yùn)營期間,各貨主點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)輸模式選擇,選擇中轉(zhuǎn)模式即貨物經(jīng)過內(nèi)陸港轉(zhuǎn)運(yùn)至港口,選擇直達(dá)模式即通過公路直達(dá)運(yùn)輸至沿海港口。本文基于系統(tǒng)總成本最小化的原則,對備選內(nèi)陸港的建設(shè)及貨主點(diǎn)的路徑分配進(jìn)行研究。

        1.2 模型假設(shè)和參數(shù)說明

        1.2.1 模型假設(shè)

        (1)每個貨主點(diǎn)選擇通過一個內(nèi)陸港轉(zhuǎn)運(yùn)至沿海港口或者直達(dá)沿海港口。

        (2)貨主點(diǎn)至內(nèi)陸港采用公路運(yùn)輸,內(nèi)陸港至沿海港口采用鐵路運(yùn)輸,貨主點(diǎn)直達(dá)沿海港口采用公路運(yùn)輸。

        (3)需求點(diǎn)和備選城市已知。

        (4)不考慮運(yùn)輸通道能力限制。

        (5)運(yùn)輸?shù)募b箱均為20英尺(約6 m)重箱,每箱裝載貨物30 t。

        (6)內(nèi)陸港所在城市的運(yùn)輸需求只通過當(dāng)?shù)貎?nèi)陸港轉(zhuǎn)運(yùn)。

        1.2.2 參數(shù)說明

        H1為備選內(nèi)陸港集合,H2為現(xiàn)有內(nèi)陸港集合;I為需求節(jié)點(diǎn)集合, i為需求節(jié)點(diǎn)編號,i∈I; O為沿海港口; d1為貨主點(diǎn)與內(nèi)陸港之間的距離; d2為內(nèi)陸港與沿海港口之間的距離;d0為貨主點(diǎn)與沿海港口之間的距離;C1為貨物的公路單位運(yùn)輸成本,C2為貨物的鐵路單位運(yùn)輸成本; a為貨物從內(nèi)陸港運(yùn)輸?shù)礁劭诘恼劭巯禂?shù),0

        1.2.3 建立模型

        以包括運(yùn)輸成本、中轉(zhuǎn)成本、內(nèi)陸港的運(yùn)營成本、新建成本在內(nèi)的總成本為目標(biāo),決策備選新建內(nèi)陸港和貨主點(diǎn)的路徑分配。

        min f= CT + CB + CO(1)

        CT= (wi C1 d1 + wi C3 + a wi C2 d2) z1 z3 +

        wi C1 z2? (2)

        CB=Ch1 z3(3)

        CO=Ch2 z3(4)

        z1≤z3,? HOi∈I,? HOh∈H1∪H2(5)

        z1+ z2=1, HOi∈I(6)

        wi z3 z1≤Qh,? HOh∈H1∪H2(7)

        z3={0,1}, h∈H1∪H2(8)

        z1={0,1},? HOi∈I,? h∈H1∪H2 (9)

        z2={0,1},? HOi∈I(10)

        模型中:式(1)為目標(biāo)函數(shù),表示系統(tǒng)總成本最小;式(2)為運(yùn)輸成本;式(3)為內(nèi)陸港建設(shè)成本;式(4)為內(nèi)陸港運(yùn)營成本;式(5)為貨主點(diǎn)只能在內(nèi)陸港開放運(yùn)營時才能選擇經(jīng)過此內(nèi)陸港進(jìn)行貨物運(yùn)輸;式(6)為每個貨主點(diǎn)只能選擇一條運(yùn)輸路線;式(7)為內(nèi)陸港的最大容量限制;式(8)、式(9)、式(10)為0或1變量約束。

        1.3 求解算法

        本文建立的內(nèi)陸港選址模型是一個非確定性多項(xiàng)式難題(NP問題),求解NP問題的思路是縮小解的搜索范圍,并求得較好的近似最優(yōu)解。本文將采用適于解決全局最優(yōu)化問題的遺傳算法進(jìn)行求解,并設(shè)計(jì)接受劣解機(jī)制以避免遺傳算法陷入局部最優(yōu)。

        2 實(shí)例分析

        本文以深圳港經(jīng)濟(jì)腹地范圍內(nèi)廣東省、廣西省、湖南省中選取29個城市作為主要貨源城市或潛在貨源城市,其中韶關(guān)、株洲、長沙為現(xiàn)有內(nèi)陸港,以惠州、東莞、中山、佛山、肇慶、江門、汕頭、揭陽、河源、清遠(yuǎn)、云浮、南寧共計(jì)12個城市作為內(nèi)陸港備選點(diǎn)為研究對象,進(jìn)行內(nèi)陸港選址問題研究。

        2.1 數(shù)據(jù)收集

        利用出口額推算得出城市運(yùn)輸需求量

        Q=n V k1 k2(11)

        式中: Q是運(yùn)輸需求量,TEU; V 為出口額,萬美元;k1為出口適箱貨金額比重,%; k2為出口適箱貨生成系數(shù); n為不平衡系數(shù),用于描述運(yùn)輸需求在未來一段時間內(nèi)的增長趨勢。

        結(jié)合備選城市的區(qū)位和輻射能力,設(shè)置內(nèi)陸港最大處理能力,見表1。

        a取值1.2,k1取0.8,k2取0.35,n 取值0.8。根據(jù)鐵路運(yùn)價的規(guī)定及《國際集裝箱汽車運(yùn)輸費(fèi)收規(guī)則》,鐵路運(yùn)價和公路運(yùn)價分別為1.5元/(TEU穔m)和6元/(TEU穔m)。遺傳算法種群規(guī)模為100,迭代次數(shù)為300,交叉概率為0.6,變異概率為0.1,接受劣解概率為0.5。

        2.2 模型求解及分析

        根據(jù)搜集到的數(shù)據(jù),利用Matlab軟件進(jìn)行求解,得到內(nèi)陸港選址及貨主點(diǎn)運(yùn)輸路徑分配結(jié)果(見表2)。結(jié)果顯示,在惠州市、東莞市、佛山市、揭陽市、南寧市建設(shè)內(nèi)陸港使系統(tǒng)總成本最低,為71.8億元。

        由表2可以看出,有222.91萬TEU的出口貨物采用公路運(yùn)輸從貨源地直接運(yùn)送至港口,約占貨物運(yùn)輸總需求的22%,全部來源于距離港口200 km以內(nèi)的地區(qū),表明距離港口較近的貨主點(diǎn)通過直達(dá)運(yùn)輸模式更具經(jīng)濟(jì)性。東莞、佛山可作為深圳港的近距離內(nèi)陸港選址,韶關(guān)、揭陽可作為中距離內(nèi)陸港選址,長沙、株洲、南寧可作為遠(yuǎn)距離內(nèi)陸港選址。統(tǒng)籌港口與城市發(fā)展,從系統(tǒng)角度進(jìn)行內(nèi)陸港建設(shè),能有效實(shí)現(xiàn)公路運(yùn)輸方式向鐵路運(yùn)輸方式的轉(zhuǎn)移,提高鐵路運(yùn)輸占比,緩解港城矛盾。

        3 結(jié) 語

        本文統(tǒng)籌港口與城市協(xié)同發(fā)展,從系統(tǒng)角度進(jìn)行內(nèi)陸港選址研究,考慮內(nèi)陸港產(chǎn)生的規(guī)模經(jīng)濟(jì)及內(nèi)陸港容量限制,以系統(tǒng)總成本最小為目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建內(nèi)陸港選址模型,并設(shè)計(jì)改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行求解。求解得到,在東莞、佛山、揭陽、南寧等城市新建內(nèi)陸港能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總成本最低,近距離貨主點(diǎn)選擇直達(dá)運(yùn)輸模式更具經(jīng)濟(jì)性。港城聯(lián)動在有利于實(shí)現(xiàn)內(nèi)陸港合理布局、改善內(nèi)陸運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、有效緩解港城矛盾的同時,實(shí)現(xiàn)港口與城市穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。

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