[发明专利]一种多运输方式联合的集装箱运输路径选择方法

权利要求书

1.一种多运输方式联合的集装箱运输路径选择方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：

(1)、准备节点数据：通过获取节点的历史信息来得到节点数据，所述节点为机场货运场站、铁路货运场站、公路货运场站以及港口码头货运场站的集合，所述节点数据包括节点所在货运场站的货物仓储成本以及处理时间；

(2)、预测节点未来的可用性：基于步骤(1)中的节点数据对未来一段时间内的节点可用性进行预测，其方法为：首先，采用自举汇聚随机采样法对节点数据进行有放回的随机采样，即每采集到一个样本后，都将样本放回，再次随机采集下一个样本，将每次采集到的样本组成样本集；然后，对样本集进行预测来得到节点未来的可用性，所述节点未来的可用性标示为可用节点或不可用节点；

(3)、准备线路数据：通过获取线路的历史信息来得到线路数据，所述线路数据包括运输每个集装箱的装卸成本、燃料成本、文件成本、设备成本以及额外成本，还包括线路固定成本；

(4)、预测线路未来的可用性：基于步骤(3)中的线路数据对未来一段时间内的线路可用性进行预测，所述线路未来的可用性标示为可用线路或不可用线路；

(5)、获取需要运输的货物的订单数据：所述货物的订单数据包括货物的发货地、收货地、发货时间、收货时间、货物体积、重量和种类以及优化目标；

(6)、计算得到最优运输方式和路径：将步骤(2)中预测得到的可用节点以及步骤(4)中预测得到的可用线路输入到CVXPY优化计算框架中，并使用CBC求解器对最优线路进行求解，最终得出费用优先、时间优先和综合最优的运输方式和路径。

2.根据权利要求1所述的一种多运输方式联合的集装箱运输路径选择方法，其特征在于：在步骤(2)中，对采集到的样本进行预测来得到节点未来的可用性的具体方法为：使用指数平滑、季节性差分自回归滑动平均模型、随机森林、专家系统、支持向量机、人工神经网络分别对采样集进行预测，然后将不同模型得出的输出结果进行算术平均，得到最终的预测结果。

3.根据权利要求2所述的一种多运输方式联合的集装箱运输路径选择方法，其特征在于：步骤(4)中，基于步骤(3)中的线路数据对未来一段时间内的线路可用性进行预测的具体方法包括下列步骤：

(4-1)、使用季节性差分自回归滑动平均模型对步骤(3)中的线路数据进行拟合，获得季节性差分自回归滑动平均模型的相关参数；

(4-2)、对拟合后的模型进行反向推导，得出与线路相关的高斯白噪声数据；

(4-3)、使用支持向量机对步骤(4-2)中的高斯白噪声数据和步骤(3)中的线路数据进行规律挖掘，并使用参数寻优算法寻找支持向量机的最优参数组合，得到一个训练好的季节性差分自回归滑动平均模型；之后，使用训练好的季节性差分自回归滑动平均模型来对未来的线路数据进行预测。

4.根据权利要求3所述的一种多运输方式联合的集装箱运输路径选择方法，其特征在于：步骤(6)中，使用CBC求解器对最优线路进行求解，最终得出费用优先、时间优先和综合最优的运输方式和路径的具体方法包括下列步骤：

(6-1)、确定优化目标，所述优化目标包括：成本最优、时间最短以及同时考虑成本和时间的综合最优；根据优化目标来对最优线路进行求解；所述成本最优的目标函数为：其中，x为决策变量矩阵x_i,j,t,k，x_i,j,t,k表示货物k是否在时刻t从节点i运送到节点j；y为集装箱数量矩阵y_i,j,t，y_i,j,t表示在时刻t从节点i运送货物到节点j所需的集装箱数；z为线路占用矩阵z_i,j,t，z_i,j,t表示在时刻t从节点i到节点j的路线是否被使用；Transportation Cost表示运输总成本，其表达式为：

C_i,j,t为单个集装箱运价，表示单个集装箱在时刻t从节点i运输到节点j的价格；FC_i,j,t为线路固定成本，表示在时刻t从节点i运输到节点j的固定价格，与集装箱的数量和体积无关；WarehouseCost表示仓储总成本，其表达式为：ST_i,j,t为仓储时间,表示时刻t在节点i停留的时间；V_k为货物体积，表示货物k的体积；wh_i为仓储成本，表示节点i每立方米每天的仓库成本；

(6-2)、设定8个约束条件，在对最优线路的求解过程中，通过在这8个约束条件的约定下来寻找最优线路；所述8个约束条件包括：①、对于每一个货物k，它必须从发货地OP_k运送到其他中间节点，并运送到它的收货地DP_k，约束条件表达式为：其中表示货物k在时间t时从发货地OP_k到后续节点的j的状态，0表示该线路未被使用，1表示该线路被使用；表示货物k在时间t时从节点i到收货地DP_k的状态。0表示该线路未被使用，1表示该线路被使用；②、对于每一件货物k，它不能从收货地DP_k运出或运输到它的发货地OP_k,约束条件表达式为：

表示货物k时刻t从节点i到发货地OP_k线路的运输状态，表示货物k时刻t从收货地DP_k到节点j的运输状态；③、对于中间节点j(既不是发货地OP_k也不是收货地DP_k)处的货物k，运入时间必须等于运出时间，约束

条件表达式为：④、每件货物k最多只能进出一个节点一次，约束条件表达式为：

⑤、对于中间节点j的货物k，离开时间应在到达时间之后，货物k在发货地的发货时间应在订单日期之后，约束条件表达式为：

⑥、在时间t的每条线路上，集装箱的总可用容量应大于等于货物的总容积，约束条件表达式为：

⑦、检查一条线路在t时刻是否被使用，由于z_i,j,t是二元变量，如果一条路线被使用，那么所有在i,j,t的货物k的x_i,j,t,k之和必须大于0，通过乘一个小数字将它缩小到[0,1]，约束条件表达式为：⑧、对于每一件货物k，应在最后交货日期前运到收货地，约束条件表达式为：