第３６卷，第２期 ２ ０ １ １年４月 公 路 工 程 Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．３６，Ｎｏ．２ Ａｐｒ．，２ ０ １ １
基于畅通可靠度的城市物流配送运输网络优化研究
周骞‘，周 霞 ，刘 军 ，欧碧峰
（１．长沙理工大学，湖南长沙４１００７６；２．湖南省交通科学研究院，湖南长沙４１００１５；３．湖南长湘高速公路 公司，湖南长沙４１０２１９）
［摘要］随着城市交通拥堵问题的日益突出，在物流需求质量要求越来越高的背景下，物流配送的准时性成 为物流业发展的一个十分重要的问题。在道路网络畅通可靠度理论的基础上，进行基于畅通可靠度的城市物流配 送运输网络优化研究。提出了物流配送运输网络畅通可靠度的概念，建立了物流配送运输网络优化模型，给出了 蚁群算法的求解过程，最后进行了案例比较分析，验证了所建模型的实用性。提出的物流配送网络优化模型对指 导城市物流配送运输网络优化决策，降低城市物流配送过程中的不确定性具有较好的实用意义。
【关键词］物流配送；网络优化；畅通可靠度；蚁群算法 ［中图分类号】Ｕ ４９２．３ ［文献标识码］Ａ ［文章编号】１６７４—０６１０（２０１Ｉ）０２—００３８—０５
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｔｒａｎｓｐ０ｒｔａｔｉ０ｎ Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ
ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉＯｉｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｕｎｂｌｏｃｋｅｄ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
ＺＨＯＵ Ｑｉａｎ‘，ＺＨＯＵ Ｘｉａ‘，ＬＩＵ Ｊｕｎ ，０Ｕ Ｂｉｆｅｎｇ
（１．Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ ４１００７６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｕｎｎａｎ
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，４１００１５，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｈｕｕｎａｎ Ｃｈａｎｇｘｉａｎｇ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，
Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ ４１０２１９，Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｔｒａｆｆｉｃ ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ ｂｅｃｏｍｅｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ ａｎｄ ｑｕａｌｉ－
ｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ｄｅｍａｎｄ ｉｓ ｇｒｏｗｉｎｇ，ｉｔ ｉｓ ａ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｓｓｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｗｈｅｔｈｅｒ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｓ ｐｕｎｃｔｕａ１．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｉｓ ｓｔｉｌｌ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ
ｔｒａｆｆｉｃ ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ，ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｏｎ ｔｉｍｅ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｔｏｕｇｈ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｕｎｂｌｏｅｋｅｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｕｎｂｌｏｃｋｅｄ ｒｅｌｉａ－
ｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｌｏｇｉｓ— ｔｉｃｓ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｓｅｔｓ ｕｐ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎｔ ｃｏｌｏｎｙ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｏｐｔｉｍａｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｔｏ
ｄｉｒｅｃｔ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ
ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．
［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；Ｕｎｂｌｏｃｋｅｄ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；Ａｎｔ ｃｏｌｏｎｙ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
０ 引言
随着我国经济的飞速发展，城市化进程不断的
加快，城市空间结构、交通运输布局及基础设施建设
日益发生着变化。但是不容乐观的是，城市化过程
中可能出现的问题也日益暴露，其中城市交通拥堵
问题尤其突出，这就直接影响了以城市道路网络为 基础的物流配送的效率。因此，为满足市场需要，物
流配送运输网络系统应当适时进行合理的优化。从
交通流的角度上来说，物流配送网络畅通与否与路
网交通状态的随机变化是密切相关的，因此，在提高
物流配送系统本身的运行效率的同时，我们必须考
虑路网交通状态对物流配送网络的影响。
现实中有很多随机因素都影响着路网交通效能
【收稿日期】２０１１—０２－１６ ［基金项目】交通运输部长湘高速公路科技示范工程项目资助（交函科技［２００９］３３３号） ［作者简介】周骞（１９６９－），男，湖南衡阳人，博士，副教授，主要从事交通运输规划与设计工作。
第２期 周 骞，等：基于畅通可靠度的城市物流配送运输网络优化研究 ３９
的发挥，如自然灾害、交通事故或者常发性交通拥挤
等。而可靠性指标是衡量随机因素作用下路网性能
的重要指标。现有路网交通可靠性研究成果可以分
为两类：一类注重道路网络的物理稳定性，只从网络
拓扑结构上来研究其可靠性，而对于交通流基本不
考虑；另一类注重网络功能的综合表现，而不只局限
于路网结构本身的评价。实际情况中，路网往往都
能保持连通，但由于交通流随机变化而并非能保持
一直畅通，因此可能造成物流配送车辆无法及时到
达客户点¨卜 。根据城市物流配送本身的特点，
本文从畅通可靠度这个角度进行分析，对配送线路
进行合理选择，从而提高物流配送效率，达到物流配
送运输网络优化的目的。
ｌ 物流配送运输网络畅通可靠度分析
１．１道路单元、ＯＤ对间畅通可靠度
畅通可靠度是指在规定时间内且路网在正常使
用条件下，道路交通运行状态能满足畅通状态的概
率。在本文的研究中，物流配送网络的畅通可靠度
是建立在道路网络畅通可靠度的基础上的。在道路
网络系统中，道路单元畅通度可定义为某时段（一
般为高峰时问）内某路段或路口单元上车辆能在畅
通的服务水平下行驶的概率。设道路单元畅通可靠
度为 ，则：
． 高峰时间内路段或路口ｆ畅通的次数 ｉ一高峰时间内路段或路口 总的观测次数
高峰时间起讫对间系统畅通度可定义为，在道
路网络中，出行者在高峰时间内，在畅通的行驶状态
下（所经路段及路口在畅通的服务水平之上），从起
点Ｏ抵达讫点Ｄ的概率。设网络系统第ｋ个ＯＤ对
的畅通可靠度为 ，第ｉ条合理路径畅通这一事件
为Ａ ，则有：
：Ｐ｛车辆在第ｋ个ＯＤ对间的任一合理路径
上畅通｝＝Ｐ｛ｕ Ａ ｝
式中ｍ为绕行较少的路径的条数。
利用布尔代数法则在最小路的求解过程中直接
进行不交化处理，结合概率理论，得出 的计算公
式如下 ：
＝Ｐ｛ — Ａ ）＝尸｛ Ａ ）＝
ｍ ｒ ｌｉ ２ｉ， ，］ ∑Ｉ ｎ 。ｎ（１一 ）Ｉ １ Ｌ』Ｉ Ｊ２ ‘ Ｊ 式中：Ａｄｉｓ为不交最小路，是若干单元状态的交集；，ｉ ｍ为不交最小路的个数也即不交最小路集的维数，
且ｍ≥ｍ； ｌ 为第 条不交最小路Ａｄ 内的有效单
元；．，ｌｆ为第ｉ条不交最小路Ａｄ 内的有效单元个
数；＿『２ 为第 条不交最小路Ａｄ 内的失效单元；Ｊ２
为第 条不交最小路Ａ ￡内的失效单元个数。 １．２物流配送运输网络畅通可靠度的提出
物流配送运输网络是以现有交通网络为基础，
配送节点间可连通的所有可能路径形成的集合。因
此，只有在路网畅通可靠度分析的基础上，才能进行
物流配送运输网络畅通可靠度分析。
物流配送运输网络是由多条配送路径构成，而
每一条配送线路则由多个配送节点所组成的。配送
节点是网络中最基本的组成单元，这表明配送节点
间畅通可靠度的确定是进行物流配送运输网络畅通
可靠度分析的基础。从交通可达性的角度上来说，２
个可连通的配送节点间车辆运行可以看作是一对
ＯＤ对间的交通出行，且其间存在多条路径可供选
择，因此，借鉴路网畅通可靠度基础理论，可以认为，
２个配送节点问是否畅通与道路网络中某一对ＯＤ
对问是否畅通是等价的，从而可以利用ＯＤ对间畅
通可靠度公式进行两个配送节点间的畅通可靠度计
算 ［６１。
根据物流配送的特点，每一条配送线路是由多
个配送节点所组成的串联系统，利用概率论相关理
论，可以得出每一条配送线路的畅通可靠度是该条
线路上所有配送节点间的畅通可靠度之积。设某条
配送线路的畅通可靠度为 ，则有：
＝１－Ｉ￣，￣ｉ
式中： ｆ为该条配送线路中 节点到．『节点的畅通
可靠度。
在物流配送网络系统中，由于各条配送线路的
配送任务的规模与数量会根据实际安排有所不同，
所以每条配送线路的重要度是不同的。重要度根据
每条配送线路所拥有的配送点数在整个系统客户数
中所占的比例来确定。在对每条线路进行畅通可靠
度评估的基础上，经过加权求和，则可得到配送运输
网络的畅通可靠度。设配送网络的畅通可靠度为
，则有： Ⅳ ．、 － ． １ｆ， ｎ｛ｆ，ｎ
式中： 为该配送运输网网络中第／ｌ，条配送线路的
畅通可靠度； 为第 条线路在该配送运输网络中
Ｎ 的重要度，且∑ ＝１；
Ｎ为该条配送运输网网络中