危险化学品运输的模糊双层优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明提供了一种处理危险化学品运输问题的模糊优化方法，属于危险化学品运 输技术领域；特别是对多仓库车辆路径问题使用了双层优化模型，并考虑了危险化学品运 输风险的模糊性。
【背景技术】
[0002] 伴随中国经济的快速发展，危险化学品在工业、农业、国防和人类日常生活已经变 成必不可少的材料。危险化学品具有爆炸、毒害、感染、腐蚀、放射性等特性。全世界每年化 学品的产量巨大，化学品的种类繁多。在中国，95%以上的危险化学品涉及异地运输。危险 化学品运输占年货运总量的30%以上，并呈上升趋势。长距离、大吨位已成为危险化学品道 路运输的普遍状况。
[0003] 危险化学品运输事故后果严重危害人民群众的生命、财产安全和环境安全，往往 造成重大的经济损失和恶劣的政治影响。危险化学品运输事故是典型的"低概率-高后果" 事件。因此，为了提高危险化学品运输的安全性、可靠性，应加强危险化学品运输的风险度 量与分析，优化危险化学品运输的路径。
[0004] 车辆路径问题是物流优化中的关键问题。车辆路径优化问题的调度方法成为降低 风险、优化路径的关键因素。因此，风险的度量和车辆路径优化调度方法成为提高运输质量 的有效保证。
[0005] 对于风险的度量，高估或低估都将产生较大的负面影响。一方面，过高的风险估计 会导致社会恐慌、运输成本上升或过分严格的运输制度。另一方面，过低的风险估计，会给 公众的人身、财产以及环境带来巨大隐患。由于历史数据缺乏，测量方法选择以及测量精度 差异的影响，风险具有一定的不确定性。虽然对于多仓库车辆路径问题的研宄十分广泛 [1]， 但均没有考虑运输风险的模糊性。
[0006] 危险化学品多仓库运输是指多个仓库使用一些车辆寻求服务多个客户的组合优 化问题，在满足供给和需求约束条件下最小化风险、成本等。多仓库车辆路径问题比单仓库 车辆路径问题更符合现实也更复杂。多仓库车辆路径问题旨在处理的问题有：（1)客户的 分配，（2)每个仓库服务客户的路径选择。对于多仓库车辆路径问题研宄者建立了不同的 数学模型 [24]，但对于多层决策问题，均没有考虑双层规划。
[0007] 为了解决这些问题，本发明充分考虑了运输风险的模糊性以体现风险的不确定 性。同时，本发明使用了双层优化方法以充分反映所需的决策层次。基于以上问题，设计了 一个模糊双层规划模型最小化危险化学品运输风险。同时，本发明使用了基于模糊模拟的 粒子群算法以求得满意结果。
[0008] 参考文献
[0009] [l]Jairo, R. M. , Julian, L. F. , Santiago, N. I. , Heriberto, F. J. , Nilson,H. , 2015. A literature review on the vehicle routing problem with multiple depots. Computers&Industrial Engineering. 79, 115-129.
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[0011] [3] Sitek, P. , ffikarek, J. , Grzybowska, K. , 2014. A multi-agent approach to the multiechelon capacitated vehicle routing problem. Highlights of Practical Applications of Heterogeneous Multi-Agent Systems. The PAAMS Collection, Communications in Computer and Information Science.430, 121-132.
[0012] [4] Venkatasubbaiah, K. , Acharyulu, S. G. , ChandraMouli, K. V. V. , 2011. Fuzzy goal programming method for solving multi-objective transportation problems. Global Journal ofResearch in Engineering. 11(3).
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于提供一种基于危险化学品运输的多仓库车辆路径模糊双层优 化方法。基于可信性理论，本发明将风险模糊化，更客观地体现了不确定性。本发明设计了 一种基于双层规划的均衡策略规划。该方法最能反映所需的决策层次。该方法的基本思想 是：在运输网络中存在上层规划者和下层运输者，上层规划者对客户进行分配，下层运输者 针对服务客户路径制定最优策略。通过双层的策略，以达到最小化风险的期望值的目的。首 先，为了满足客户的需求，规划者预先制定了一些客户分配策略。其次，运输者对于每种策 略制定出风险最小的运输路线。最终，通过双方的决策制定出满意策略。
[0014] 为实现上述目的，本发明提出了一种危险化学品运输的模糊双层优化方法，该方 法包括以下步骤：1、确定运输网络中的风险参数；2、搜集仓库供给量与需求量信息；3、上 层决策者制定客户分配方案；4、下层决策者寻找最优路径；5、根据上下层决策，得出最优 路径。
[0015] 各个详细步骤如下：
[0016] 符号系统：
[0017] I 仓库个数；
[0018] J 客户个数；
[0019] i 仓库，i = 1，2,…，I ;
[0020] j 客户，j = U，…，J ;
[0021] Qi 仓库 i 的容量，i = 1，2,…，I ;
[0022] h客户j的需求，j = 1，2,…，J ;
[0023] &分配给仓库i的客户个数；
[0024] 化仓库i和其客户的集合，例夂={i，j i，j2，…，jki};
[0025] 疋"从m到n的旅行风险，m, n G A" i = 1，2,…，I，m乒n，决策变量；
[0026] Xij仓库i到仓库j的供给量，i = 1，2,…，I，j = 1，2,…，J，决策变量；
[0027] 从m到n的弧是可行的，则取值为1，否则为0。
[0028] m、n表示仓库和其所服务的顾客
[0029] S1、确定运输网络中的风险参数。
[0030] 风险是对事故发生率和结果的度量，这种度量方式是危险化学品运输不同于一般 运输问题的关键。风险表达式如下，
[0031] RL=Pmn^Kn?,^,n"
[0032] P"表示从m到n的事故发生率，k_表示事故影响区域，tmn表示平均人口密度。 由于人口密度一般是不确定的，将tmn作为模糊变量，则风险也为模糊变量。
[0033] S2、搜集仓库供给量％和客户需求量的信息D
[0034]S3、上层决策者制定客户分配方案。
[0035] j = 1，2,…，J和i = 1，2,…，I表示客户和仓库，随机从i = 1，2,…，I生成 ，…，C;，其需求Di，D2，…，D;。计算前j个客户的累积需求Cum」。Qi，Q2，…，表示仓 库的供给。客户的分配过程如下，定义仓库1和仓库2的分配过程。定义1= Cun^-Qi，j =1，2，"*，1。找到4的第一个非负值。分配(：1，(：2，~，(；给仓库1。如果1>0，设1作 为客户m的需求且k = m。否则k = m+1。对于仓库2,重新计算Ck, Ck+1，…，CT的累计值为 Cumk, Cumk+1，…，Cum:。定义Uj= Cum j-Q2, j = k, k+1,…，J。重复以上过程直到所有客户分 配给仓库。
[0036] 以上的分配方案的模型表示如下：
[0038]目标最小化总体运输风险，第一个约束确保分配不超过仓库的供给能力，第二个 约束保证分配满足客户的需求，第三个约束表示仓库i到客户j的供给量是非负的。
[0039] S4、下层决策者寻找最优路径。下层规划构建了一个旅行商问题。模型如下：
[0041] 为求解下层规划，使用了模糊模拟、二分法和数值积分法求得风险的期望值。
[0042] S4. 1模糊模拟
[0043] 为求解下层规划，引入模糊模拟方法以模拟以下映射
[0044] U:x-E[f(X，U]
[0045] 其中f?是实值函数。模糊向量I= (I，I2，…，U存在一个联合可信函数v。 随机生成向量ypy2,…，yM并计算其可信值vk=v(yk),k= 1，2,…，N。对于任何实数r， C