基于LOGIT模型和DDSUE模型的上海港集疏運系統路徑流量優化

趙建華，趙渤

(上海海事大學 科學研究院，上海 200135)*

0 引言

上海港目前已經成為世界第一大貨運港、世界第二大集裝箱港口，是東北亞地區集裝箱航班最密集的港口之一，2010年，上海港貨物吞吐量達到65 339.3萬噸，裝箱吞吐量超過2 900萬TEU.港口集疏運系統作為城市綜合交通運輸網中重要的水陸中轉樞紐，是上海國際航運中心建設的重要組成部分.然而目前上海港海鐵聯運比例僅占2%左右，水水中轉比例僅為40%，公路運輸受城市交通承載力制約，還沒有形成鐵路、公路和水路運輸的協調統一的集疏運體系.

提高港口集疏運體系的運輸效率，是提高上海港的港口信息化水平的關鍵一環，同時對緩解上海市公路交通的擁堵狀況具有重要意義.本文擬采用Logit模型和DDSUE模型研究港口集疏運系統中的路徑流優化問題，目的是對連接貨源地與目標港區的所有主要路徑進行合理的流量分配，提高交通運輸效率.

1 LOGIT模型

非集計模型具有高效、低成本、簡潔易用、可移植性高等特點，在經濟、交通規劃等領域有著廣泛的應用.LOGIT模型是目前最為成熟，應用最廣泛的非集計模型.LOGIT模型能夠較為全面考慮具體行為的各方面因素，極大地提高了模型的精確度和實用性.

設貨物運輸者n所有選擇集合為An，選擇方案i的效用函數為Uin，則可表示為Uin=Vin+εin.其中Vin表示出行者n選擇方案i的效用函數的固定項;εin表示出行者n選擇方案i的效用函數中的隨機項.設 εjn，j∈ An服從參數 (η，ω)且相互獨立的二重指數分布.通常取η =0，Ujn，j∈An服從參數為(rjn，ω)的二重指數分布.根據效用最大化理論，出行者n選擇方案i的概率Pin可以表示為

因此

在本文中，由于上海港在黃浦江內有張華浜、軍工路、共青、朱家門、龍吳五個港區，在長江口有寶山、羅涇、外高橋港區和洋山四個港區.用O表示貨源地，D表示各個港區.設從準備將貨物運輸到港區的工廠到各個港區(r，s)的每個道路利用者總是選擇自己認為抗阻最小的路徑k.用表示道路利用者主觀判斷的阻抗值，用表示道路的實際抗阻，則有

在式(2)中，m為O和D之間所有有效路徑數;γ為分配參數，其變化范圍比較穩定.式(2)就是本文擬采用的經過變形的Logit模型.

2 DDSUE模型

DDSUE模型包含動態出發時間選擇和動態出行線路選擇，首先簡單介紹DDSUE模型.

品牌是一所學校的“標簽”，品牌專業是地方高職院校專業發展實力的一種體現。在面臨生源減少、示范骨干校和地域優勢校競爭等多重壓力下，越來越多的地方高職院校出現招生指標大量空缺，甚至有招不到學生的現象。再加上專業設置的重復性，地方高職院校的發展空間不容樂觀。地方高職院校只有根據地方經濟社會發展的需要，結合自身的辦學實力和優勢，調整優化專業結構，加強自身的品牌建設，打造品牌專業，才能不斷地提升社會知名度，樹立良好的品牌形象，以此吸引優質的生源，實現可持續發展，在辦學競爭中立于不敗之地。

首先列舉出貨源地和目標港口之間所有的有效路徑，確定每條路徑的通行能力.假設第k條路徑包含m個路段，每條路徑的通行能力為qi(i=1，2，3…，m)，在該條路徑上最小的通行能力決定了整條路徑的通行能力，故取最小的路段通行能力作為整條路徑的通行能力

然后計算每條路徑在當前的行程花費.設θi為每個路段的自由流程時間;(t)為每條路徑在t時刻的總車輛數，則第k條路徑在t時刻的行程花費為

求出路徑的行程花費后，使用Logit方法計算在時間t的選擇概率.

對每一個時間段所出發的車輛數，要根據當前道路網的交通狀況決定.首先，根據每條道路的通行能力和其被選擇的概率來確定出發量，然后選擇其中最小的一個作為當前時間的交通出發量.

于是在時間段t中，OD對從r到s的交通出發量為

因此，在t時間段中，OD對從r到s的第k條路徑的駛入量為

式(8)為最后的交通分配結果，經過有限次的迭代后，可以使用式(9)判斷是否收斂.

3 算法程序設計

運用Logit模型和DDSUE模型模擬港口貨物運輸者對港區選擇的步驟如下:

第一步:劃分上海市內部的貨物運輸區域，確定上海港港區的數量和具體地理位置，列舉各貨物運輸區域到港區的所有有效路徑，計算各個有效路徑的路阻;

第二步:利用LOGIT模型確定各貨物運輸區域的貨物運輸者對港區有效路徑的選擇概率;

第三步:利用DDSUE模型通過有限次迭代確定個貨物運輸區域對港區的交通分配結果;

第四步:集計運算結果，得到各條路徑的模擬貨物運輸量.

采用LOGIT模型和DDSUE模型確定各條路徑模擬貨物運輸量的流程圖如圖1，圖2所示.

圖1 LOGIT模型計算程序圖

圖2 DDSUE模型計算程序圖

4 應用實例

由于上海港在黃浦江有由于上海港在黃浦江內有張華浜、軍工路、共青、朱家門、龍吳五個港區，在長江口有寶山、羅涇、外高橋港區和洋山四個港區.因此如果一家準備出口貨物的廠家A準備將貨物運輸到港口，理論上就有九種可能，而通往各個港區又有很多可以選擇的路線.因此權衡最佳運輸線路既可以為廠家減少運輸成本，又可以提高上海市交通運輸系統的運行效率.

設貨物運輸的起點位置是工廠所在的位置A，終點是港區所在位置，共9種可能，分別為B1，B2，…，B9.下面以A和B1之間各線路的路徑流量分配為例，說明模型的實際應用.

假設A和B1之間各線路如圖3所示

圖3 A－B1交通網絡示意圖

圖中的數字為每一個路段的自由流程時間，也即路段的路阻，括號內的數字是路段的通行能力，單位是veh/s.1代表起點 A，9代表終點 B1.假設工廠要運往港口的貨物有100單位，時間段長度Δt=10 s.收斂判斷參數ζ=0.02.從工廠A到港區B1共有6條有效路徑，如表1.

表1 有效路徑示意表

分配參數γ取0.02，假設開始時道路上道路的行駛量為0.用程序1和程序2在計算機上模擬運行，最后得出各路徑的流量分配結果如表2.

表2 各個時間段的交通出發量

表3 每條路徑在各個時間段的駛入量

由模型計算的結果可以看出，廠商A需要向B1港區運輸的貨物經過三次分配運輸完畢，每一批需要運輸的貨物流量可以合理地分配各條路徑.這樣既可以提高廠商運輸貨物的運輸效率，降低了運輸成本，也提高了上海交通系統的通行效率，可以有效地緩解城市道路擁擠的情況.

同時也需要注意到，模擬運算假設各路徑的行駛量為0，這與實際情況是不相符的，而且各路徑的及時路況信息(如路徑上的行駛量)也是不容易獲取的.但隨著公路系統智能化程度不斷加強，相信在將來及時的道路流量數據一定會傳導到路上的運輸者.港口管理部門在獲得及時的路況信息后，通過本文中集疏運系統路徑流優化模型可以及時合理地指揮調度需要向港口運輸貨物的貨物運輸者，向貨物運輸者提供運輸最佳線路和合理的流量分配建議.

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