车辆优化调度的研究

车辆优化调度的研究

某某

某某学校

摘要：本文基于许多车辆优化调度的理论研究成果，对温州远大物流有限公司进行调查研究和分析，并提出了一些自己的意见和方案。车辆优化调度，首先研究其发展的历史及现状，然后应用现有的设施和技术，针对目前车辆调度存在的问题，对车辆进行优化调度。

关键词：车辆调度；优化设计；运输成本

The Optimization Scheduling Research of Vehicles

Abstract：Based on the research findings of many vehicles’ optimal dispatching as well as the investigation and analysis of Wenzhou Yuanda logistics company, this paper will put forward some suggestions and proposals. After studying the history and current situations of the vehicles’ optimal dispatching and applying the current facilities and technology, the paper will find the best way to optimize the vehicles’ dispatching.

Key words:Vehicle Scheduling；Optimal Design；Transportation costs

目录

1 绪论 (1)

1.1 研究目的和意义 (1)

1.1.1 研究目的 (1)

1.1.2 研究意义 (1)

1.2 温州远大物流有限公司的基本状况介绍 (1)

1.3 国内外研究现状 (1)

1.3.1 国外企业车辆调度方法概述 (1)

1.3.2 国内企业车辆调度方法研究 (2)

2 基础理论 (3)

2.1 最优化算法 (3)

2.2 启发式算法 (3)

2.2.1 经典启发式方法 (3)

2.2.2 现代启发式算法 (4)

3 温州远大在车辆调度方面存在的问题 (5)

4 温州远大车辆调度问题的解决对策 (6)

4.1 综合物流运输调度系统的总体设计原则 (6)

4.2 综合物流运输调度系统建设内容 (6)

结论 (8)

参考文献 (9)

致谢 (10)

1 绪论

1.1 研究目的和意义

1.1.1 研究目的

研究目的是为了保证单位运输合理化目标的实现，保证运输记录的可靠性和及时提供真实的信息，保证单位各项经济业务符合效益原则，保证单位各项经济业务在法律范围内进行。

1.1.2 研究意义

车辆调度优化是汽车运输企业提高车辆运营效益，实现物流科学化的重要途径。近年来，车辆调度方法一直是国内外研究的热点与难点问题之一。很多企业也自主开发了一系列调度系统应用于生产实践，这些系统实际上就是一些调度模型的实现。因此，对国内外车辆调度方法进行比较分析，改进车辆调度方案，对提高企业核心竞争力具有重要意义。

1.2 温州远大物流有限公司的基本状况介绍

温州远大物流有限公司是一家综合性运输公司。主营业务是货源车源, 仓储。本公司主要经营温州至全国各地的公路、铁路、航空往返货物运输业务，代办保险，同时提供超一流的货物包装及现代化仓储、物流服务。

我公司在向客户提供仓储、配送、长途货运以及在合作运行期间，保证贵公司货物安全，及时地抵达对方客户手中，并保证运输价格合理、低廉。运输服务的同时，还能为你解决采购、异地仓储、区域分送等销售与供应链中较为复杂的问题，为你量身制定物流策划方案，使你全身心地集中精神力于主流业务的开发和创新。

本公司开通温州、常熟、青岛、上海专线，其中温州专线是目前运输市场上最大的一家，运输快速，一般二天到达，大巴车、邮政快件均在16小时内到达。

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外企业车辆调度方法概述

车辆调度问题(VRP)是物流企业关注的热点问题。国外企业开发的车辆调度系统大多采用的是集分割模型，直接考虑可行解集合，并在此基础上进行优化。模型的解法大多采用动态规划算法，需要考虑相当庞大的状态数，只能精确求解规模非常小的问题。

而状态空间松弛技术的应用大大减少了状态数，使动态规划算法的性能得到了很大改善。为了实现求解的并行化，按角度和路径重心对原问题的空间进行分割，再用禁忌搜索结合模拟退火对子问题求解。

国外发达国家从实用化角度在上述调度方法基础上开发了各具特色的车辆调度软件。比较著名的有：美国ESRI公司的Arc logistics系统、Road net科技公司的Roadnet5000系统、Route smart科技公司的Route smart系统、optrak软件公司的optrak系统、IBM 的VSPX系统、美孚的HPCAD系统，另外还有日本富士通的VSS系统等。这些车辆调度系统为企业的运输决策提供了科学的依据。

1.3.2 国内企业车辆调度方法研究

国内企业车辆调度方法研究起步较晚。企业开发实用系统时针对我国城市建设发展中道路交通阻塞问题，构建具有可变行驶时间的动态车辆调度模型，设计动态环境下车辆路径优化的导向局域搜索算法，建立车辆执行运输任务过程的仿真模型，实现了根据交通网实际情况实时优化车辆路径。另外，GPS、GIS和GSM技术的发展使得提供实时的信息成为可能，这些高新技术在调度方法中的应用对企业实时调度车辆，减少运营成本有重要的作用。

此外，由于认识事物的模糊性，车辆调度可能具有一定的模糊特征。企业开发调度系统时，一般假设可获得的供应量和需求量是模糊的，而各位置间的旅行时间以及相关费用是精确的，每一个顾客都有一个偏好或期望的开始服务时间，都有其特定的起点和终点，由此引入模糊线性规划原则处理模糊输入信息条件下的转运问题。

认为模糊转运问题的目标不总是费用最小化，而是参照用模糊集表示的“合理的费用”来安排运输，将每一个新的顾客需求分配给其中一辆车，并重新设计该车辆路径。引入伪出发点和新的聚类判定规则，将聚类和排序有机结合，有效地处理了全局采样和局部搜索之间的矛盾，给出基于可能性分布的2-OPT算法和基于需求上界的2-OPT算法，并用模糊模拟技术进行实验。引入模糊预约时间的概念和决策者主观偏好的概念，提出了解决模糊需求信息条件下车辆调度的一种基于模糊可能性的混合遗传算法，并在最小化车辆使用数与车辆行驶距离的目标下，通过随机模拟研究了决策者的主观偏好对最终决策目标的影响。这种方法目前己经投放市场的路径软件有：武汉测绘科技大学奥发公司的“商业送配货地理信息系统”和北大方的“路径规划系统”。

2 基础理论

2.1 最优化算法

最优化算法，也称之为精确算法，就是指能够通过有限的计算和推理得到优化问题的最优解的算法。在车辆运输调度问题中，所谓最优化算法就是找到一组路径集合，使得其目标函数值比其它任何一组可行路径集合的目标函数值更好。常用的最优化算法主要有：分枝定界算法、动态规划算法和整数规划。通常情况下，NP-hard问题的精确解法的计算量较大，而且随着问题规模的增大计算量会呈爆炸式的增长，因此在实际问题中最优化算法的应用范围有限。

2.2 启发式算法

启发式算法是通过对过去经验的归纳推理以及实验分析来解决问题的方法，即借助于某种直观推断或试探的方法。启发式方法要求分析人员必须运用自己的感知和洞察力，从与研究问题有关而比较具体的模型及算法中寻求其间的联系，从中得到启发，去发现适于解决该问题的思路和途径。用启发式方法求解问题时强调“满意”。常常是得到满意解，决策者就认为可以了，而不去追求最优解。

目前已提出的求解车辆运输调度问题的启发式算法很多，主要分为经典启发式算法和现代启发式算法两类。

2.2.1 经典启发式方法

经典启发式方法，如路径构造算法、路径改进算法等，能给出大规模问题的可行解，但解的质量依赖问题的特征。

1). 路径构造算法

根据一些准则，每次将一个未服务的客户插入到现有路径中去，直到所有客户都被安排进路径中为止。常用的插入准则是根据某个判别函数（如车辆行驶距离或者运输成本等），以最小代价把一个不在当前路径上的客户插入到当前路径，最后得到一个较好的可行路径。插入算法是最早提出来解决TSP问题和VRP问题的路径构造算法，该方法的特点是速度快和灵活，但有时找到的解离最优解的距离较远。

2). 路径改进算法

通过对路径构造算法的研究，认为由其求得的运输路径还可以被进一步改进，为此提出了路径改进算法。在路径改进算法中，第一阶段得到一个初始可行解，第二阶段通

过对客户的调整，在始终保持解的可行性的情况下力图向最优解接近，每一步都产生另一个可行解以代替原来的解，使目标函数值得到改进，直到目标函数不能改进为止。一般来说，第一阶段常用路径构造算法构造一个初始可行解，第二阶段常用的改进技术有交换、交换和交换法，以改进第一阶段得到的初始解。

在改进求解过程中，常常采用交互式优化技术，把人的主观能动作用结合到问题的求解过程中，其主要思想是：有经验的决策者具有对结果和参数的某种判断能力，并且根据经验，把主观的估计加到优化模型中去。

2.2.2 现代启发式算法

现代启发式算法包括禁忌搜索算法（Tabu Search），模拟退火算法（Simulated Annealing），遗传算法（Genetic Algorithm）和神经网络（Neural Network）方法。禁忌搜索和模拟退火在求解VRP问题和PDPTW问题中已经取得了较好的效果，而神经网络和遗传算法在TSP问题中应用较多。

3 温州远大在车辆调度方面存在的问题

车辆调度方面存在的问题概括如下：

1.车辆管理分散

目前各个分厂车辆管理已经集中到物流中心集中管理，但是还属于各个分厂自行管理，同时车辆的调度分属于不同的生产环节，物流中心只是起到了车辆基本管理，并没有从根本上掌握车辆具体的行驶状况。

2.运输计划不合理

目前运输的规划按照不同的运输功能设定不同运输小组，如成品运输专门安排成品运输组，还没有到达按需制定车辆运输计划，极大地造成了运输的浪费。

3.车辆空载严重

由于缺少统一的管理调度，货物的运输还以各个站点为主，缺少信息的沟通，造成车辆的返程空载普遍，随着业务量的增加，必然会增加车辆运输工作量，如不能统一调配，必然造成物流成本的不断增加和浪费。

4.物流信息系统缺乏有效的集成

公司和各直属企业各自均具有一定的信息化水平，但物流信息系统的功能不够完善，数字化仓储、GPS运输调度等经典物流软件还没有使用；同时，各分公司很多信息系统为不同厂家开发，各系统间相对独立，缺乏有效集成。

5.车辆考核标准不统一

各个分公司的运输考核标准方式不统一，运输人员的考核标准不统一，基本是按照里程制定，但是最终形式不同，必然为将来的车辆统一管理造成难度，因此需要结合各分公司情况制定相关标准和规范。

4 温州远大车辆调度问题的解决对策

4.1 综合物流运输调度系统的总体设计原则

按照行业信息化建设统一平台、统一标准、统一网络、统一数据库的“四统一”要求构建某省中烟公司物流运输调度系统。

1.统一平台

硬件方面，重用某省中烟已建立的网络，每个分厂采用Web浏览；软件方面，面向服务架构SOA来降低IT环境的复杂性，SOA可以促进模块化业务服务的开发，而这些服务可以轻松地实现集成和重用，从而创建一个真正灵活和适应性强的IT架构，同时融合商业智能BI。

2.统一标准

系统建设将统一按照SOA标准进行应用原则不仅可以减少IT费用、提高IT服务质量、提高参与伙伴的合作程度，还可以提供面向业务、客户和用户需求的服务。

3.统一网络

系统建设基于省公司已经建立的行业数据传输通道。

4.统一数据库

系统建设统一采用oracle数据库，建立基于SOA架构建立的数据交换标准和数据库交换平台。

4.2 综合物流运输调度系统建设内容

综合物流运输调度系统主要包含运输管理调度系统、车辆监控系统、运输网络优化系统，监控大厅的设计等。各个系统设计如下：

1.搭建综合物流运输管理平台

随着物流整合的步伐加快，物流服务对象趋向多元化，业务类型趋向多样化，为了在提高物流服务的基础上，降低物流成本，需要建立一个全省范围的高效的运输调度系统，建立统一的物流车辆运输管理平台，进行全省资源运输的管理和调度，避免了分厂运输空载的浪费，节约物流运输成本，提高物流运输效率。

2.建立车辆GPS监控平台

随着信息化的不断发展，传统车辆管理的方法中存在的问题，给车辆的调度管理带来了极大的难题，借助于GPS、GIS、GPRS技术的不断完善，某省中烟公司建设车辆GPS运输监控平台，可以实时监控车辆的位置、状态，为运输车辆的调度、指挥提供技术支撑，同时为成品运输车辆加装电子锁，保障成品运输的安全性，最终要提高车辆安全系数、服务质量和物流效率，降低物流成本。

3.建设某省中烟公司运输优化系统

随着运输业务的不断增加，单纯的人工排定运输计划，存在大量的问题，尤其是中烟公司统一进行车辆调度和管理后，如何借助信息化的手段，进行全局的车辆运输计划的制定和物流运输网络的优化，迫切需要研究开发满足某省中烟公司内部生产运输排班和全省原料以及成品运输计划的核心算法，并能够最大化节约物流运输成本。

4.监控调度大厅设计

大屏幕监控调度大厅建设是为了建立一个具有数据采集整合、处理、调度、反馈等功能的管理指挥运行机制，提供一个可靠稳定、快速响应的综合显示平台建设思路，最终是为了提高工作效率和体现某省中烟公司物流运输管理的现代化形象。

结论

综合物流运输调度系统的构建，可以大大提高企业安全管理水平，最大限度地控制行车事故，每年减少经济损失10%；全部实行车辆运输管理后，企业可以实现超常规发展，物流快速实现规范化，车辆运用效率大幅度提高，预计每年费用节约在15%左右，提升应急事件反应能力，提高工作效率，大大节约物流运输费用，同时提高运输安全效率；同时，综合运输调度系统的构建，可以促进建立公司敏捷供应物流系统，从而最大限度地发挥整体优势，降低运输成本，提高配送物流的应急事件反应能力，提高供应物流的整体效率。

参考文献

1 郭耀煌.货运汽车调度的一种启发式算法[M].西安：经济科学出版社．2007，4~6

2 李俊.一种派车算法[J]．成都科技大学出版社。2001，（1）：47~48

3 Dan—tzig，Ramser J. The solution of vehicles’ optimal dispatching[J]. The Internal Auditor. 1959,(2): 34～38

致谢

在本论文的写作过程中，我的导师王旭老师倾注了大量的心血，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。

一个人的成长绝不是一件孤立的事，没有别人的支持与帮助绝不可能办到。我感谢可以有这样一个空间，让我对所有给予我关心、帮助的人说声“谢谢”！今后，我会继续努力，好好工作！好好学习！好好生活！