留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

市区行李值机服务移动站点优化方法

胡小兵 张雪梅 周航 马一鸣

胡小兵, 张雪梅, 周航, 马一鸣. 市区行李值机服务移动站点优化方法[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(3): 136-145. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.014
引用本文: 胡小兵, 张雪梅, 周航, 马一鸣. 市区行李值机服务移动站点优化方法[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(3): 136-145. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.014
HU Xiaobing, ZHANG Xuemei, ZHOU Hang, MA Yiming. A Method for Improved Air Luggage Check-in Service Based on Optimized Urban Mobile Stations[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(3): 136-145. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.014
Citation: HU Xiaobing, ZHANG Xuemei, ZHOU Hang, MA Yiming. A Method for Improved Air Luggage Check-in Service Based on Optimized Urban Mobile Stations[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(3): 136-145. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.014

市区行李值机服务移动站点优化方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.014
基金项目: 

国家自然科学基金项目 61472041

天津市教委科研计划项目 2020KJ037

详细信息
    作者简介:

    胡小兵(1975—),博士,教授. 研究方向:复杂网络系统模型,民航安全与应急管理.E-mail:huxbtg@163.com

    通讯作者:

    周航(1990—),博士,讲师. 研究方向:计算智能,空管智能决策,计算电磁学.E-mail:enzo-zhouhang@hotmail.com

  • 中图分类号: U121

A Method for Improved Air Luggage Check-in Service Based on Optimized Urban Mobile Stations

  • 摘要: 为提高航空运输的服务质量和竞争力,克服传统城市候机楼在服务范围有限、成本高和选址难度高等弊端,提出1种基于市区移动站点(UMS)的航空旅客行李值机服务模式。UMS基于乘客的实时位置分布差异来动态调配移动站点在城市的位置,因此需要解决UMS站点布局优化问题。综合考虑乘客到服务站点的平均路径长度和乘客最大可接受距离等2个重要指标,基于服务站点位置、不同时段的客源分布和站点的最大服务容量等限制因素对2个重要指标进行约束,建立基于路网的UMS布局优化的数学模型。为满足UMS服务模式对优化运算时效性的严格要求,提出1种混合智能优化算法,采用涟漪扩散算法(RSA)求解乘客与UMS站点多对多路径优化问题,采用自适应遗传算法(AGA)高效优化UMS位置分布。以天津城市路网的实际案例与随机生成测试案例对市区移动站点和城市候机楼2种模式的各服务时段的服务质量进行比较。结果显示:在相同站点数量的情况下,乘客到服务站点的平均路径长度比城市候机楼模式减小30.9%,超出乘客的可接受路径长度比城市候机楼模式减少43.7%;UMS位置分布优化使用混合算法(RSA-AGA),其平均计算时间为377 s,比城市候机楼模式所需的平均计算时间减少了41.2%;UMS服务模式在不同站点数量和随机生成测试案例中,各项优化目标均优于城市候机楼模式,更符合乘客的实时需求,验证了UMS运营模式的优越性。

     

  • 图  1  市区移动站点服务模式

    Figure  1.  Illustration of the urban mobile station service mode

    图  2  UMS服务模式在服务时段13:00—15:00的运行过程

    Figure  2.  Operation process of UMS service mode during service time 13:00—15:00

    图  3  RSA计算多对多路径优化问题流程图

    Figure  3.  Flowchart of RSA for calculating many-to-many optimization problem

    图  4  RSA求解多对多路径优化问题的过程

    Figure  4.  The process of RSA solving many-to-many path optimization problem

    图  5  1条染色体结构图(例如:NUMSt = 3并且选择6、9和21标记的节点作为UMS位置)

    Figure  5.  Structure of one chromosome (e. g. NUMSt = 3 and the nodes marked by 6, 9, and 21 are chosen as the UMS locations)

    图  6  两阶段自适应遗传算法的结构

    Figure  6.  Illustration of the two-stage adaptive genetic algorithm

    图  7  改变突变和均匀交叉可能性的两阶段自适应遗传算法的流程图

    Figure  7.  Flowchart of the two-stage adaptive genetic algorithm varying the mutation and uniform crossover possibilities

    图  8  2019年4月25日天津市路网及客源位置示意图

    Figure  8.  Schematic diagram of Tianjin's urban route network and passenger source location on April 25, 2019

    图  9  随机生成网络和乘客分布的测试中UMS和CAT的最佳站点位置

    Figure  9.  Optimal station locations of UMS and CAT in a test with randomly generated network and passenger distribution

    表  1  3种混合方法的平均计算时间

    Table  1.   Average calculation time of the three hybrid methods

    类型 平均计算时间/(s)
    RSA-GA D-GA A*-GA
    多对多路径优化算法 1 058.0 3 942.0 7 726.0
    GA 21.5 23.9 29.1
    下载: 导出CSV

    表  2  AGA和SA在不同乘客分布情况下进行100次试验结果

    Table  2.   Results of AGA and SA with 100 different passenger source distributions

    类型 CBOFf /km C1 /km C2 /km 计算时间/s
    AGA 8.89 6.52 2 370.58 557.85
    SA 10.23 6.71 3 529.14 1 612.06
    下载: 导出CSV

    表  3  具有恒定数量的UMS(NUMS = 3)的结果

    Table  3.   Results with a constant number of UMS(NUMS = 3)

    服务时段 CBOFf /km C1 /km C2 /km 计算时间/s
    05:00—07:00 4.16 3.08 1 081 389
    07:00—09:00 2.78 2.39 392 393
    09:00—11:00 2.36 1.79 574 391
    11:00—13:00 2.78 2.27 512 378
    13:00—15:00 2.23 1.97 262 386
    15:00—17:00 3.16 1.76 1 397 392
    17:00—19:00 3.19 2.06 1 126 417
    19:00—21:00 2.80 2.53 268 387
    下载: 导出CSV

    表  4  CAT不同站点数量情况下的结果

    Table  4.   Results of cases with different station numbers of CAT

    站点数量 CBOFf /km C1 /km C2 /km 计算时间/s
    3 4.48 3.23 1245 663
    4 3.07 2.46 613 648
    5 2.67 2.38 289 597
    6 2.28 2.05 225 617
    7 2.00 1.89 111 634
    8 1.77 1.71 59 652
    9 1.69 1.68 6 679
    下载: 导出CSV

    表  5  UMS可变数量的结果(CBOFf < 3 km和C1 < 2 km)

    Table  5.   Results with a variable number of UMS (CBOFf < 3 km and C1 < 2 km)

    服务时间段 站点数量 CBOFf/km C1 /km C2 /km 计算时间/s
    05:00—07:00 6 1.94 1.92 16 369
    07:00—09:00 4 1.93 1.81 115 353
    09:00—11:00 3 2.36 1.79 569 382
    11:00—13:00 4 1.96 1.58 384 411
    13:00—15:00 3 2.20 1.94 261 396
    15:00—17:00 4 1.71 1.42 288 393
    17:00—19:00 4 2.10 1.77 329 362
    19:00—21:00 5 1.91 1.91 0 347
    下载: 导出CSV

    表  6  UMS和CAT的调查和运营成本

    Table  6.   Investigation and operation costs of UMS and CAT

    类型 城市候机楼 市区移动站点
    资本投资(单个站点)/百万元 38.1~317.9(建造成本:5 000~40 000 m2 6.4~25.6(年租金:2 000~10 000 m2 2(特种车辆价格)
    年度运营成本(单个站点)/百万元 6.4~63.6 3.2~16.4 ≈0.6
    站点数量 3~6 3~6 12~18
    总成本(20年)/百万元 498.3~9 539.4 576.0~5 040.0 168.0~252.0
    下载: 导出CSV

    表  7  具有恒定数量的UMS和随机乘客分布的结果(N=3)

    Table  7.   Results with constant number of UMS with random passenger distributions (N=3)

    模式 COF /(km) C1 /(km) C2 /(km) 计算时间/(s)
    市区移动站点 服务时段1 5.70 4.48 1215 639
    服务时段2 5.61 4.31 1298 627
    服务时段3 5.67 4.34 1330 637
    服务时段4 5.82 4.45 1371 641
    服务时段5 5.55 4.31 1236 648
    服务时段6 5.57 4.34 1229 638
    服务时段7 5.35 4.15 1204 631
    服务时段8 5.53 4.29 1239 637
    平均 5.60 4.33 1265 637
    城市候机楼 7.48 4.56 2918 681
    下载: 导出CSV
  • [1] 张亚玲, 龙熙华, 穆学文. 求解最大割问题的分枝定界算法[J]. 西安科技大学学报, 2006(4): 541-544. doi: 10.3969/j.issn.1672-9315.2006.04.025

    ZHANG Y L, LONG X H, MU X W. The branch-and-bound algorithm for max-cut problem[J]. Journal of Xi'an University of Science and Technology, 2006(4): 541-544. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1672-9315.2006.04.025
    [2] 张和君, 张跃. 基于模拟退火算法的布局问题研究[J]. 计算机工程与设计, 2006(11): 1985-1988. doi: 10.3969/j.issn.1000-7024.2006.11.023

    ZHANG H J, ZHANG Y. Research on packing problem based on simulated annealing algorithm[J]. Computer Engineering and Design, 2006(11): 1985-1988. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-7024.2006.11.023
    [3] 刘景发, 王大文, 颜学明. 面向动态设施布局的禁忌搜索算法[J]. 华中科技大学学报(自然科学版), 2021, 49(2): 44-50. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HZLG202102006.htm

    LIU Y F, WANG D W, YAN X M. Tabu search algorithm for dynamic facility layout problem[J]. Journal of Huazhong University of Science and Technology(Natural Science Edition), 2021, 49(2): 44-50. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HZLG202102006.htm
    [4] 陈振, 王伟贤, 李卓群, 等. 基于多因子约束P中值模型的充电桩布局优化研究[J]. 北京交通大学学报, 2021, 45(3): 93-99. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BFJT202103013.htm

    CHEN Z, WANG W X, LI Z Q, et al. Study on optimization of charging pile layout based on multi-factor constrained P-median model[J]. Journal of Beijing Jiaotong University, 2021, 45(3): 93-99. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BFJT202103013.htm
    [5] HAKIMI S L. Optimum distribution of switching centers in a communi cation network and some related graph theoretic problems[J]. Operations Research, 1965, 13(3): 462-475. doi: 10.1287/opre.13.3.462
    [6] MLADENOVIĆ N, BRIMBERG J, HANSEN P, et al. The p-median problem: A survey of metaheuristic approaches[J]. European Journal of Operational Research, 2005, 179(3): 927-939.
    [7] 李军, 解超, 王林, 等. 基于轨迹数据的道路客运班车停留站点位置提取方法[J]. 交通信息与安全, 2021, 39(4): 60-67. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.008

    LI J, XIE C, WANG L, et al. A method for extracting regular bus parking stops of road passenger transport based on trajectory data[J]. Journal of Transport Information and safety, 2021, 39(4): 60-67. (in Chinese) doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.04.008
    [8] 魏明, 陈学武, 孙博. 公交站场选址布局优化模型和算法[J]. 交通运输系统工程与信息, 2015, 15(4): 113-117. doi: 10.3969/j.issn.1009-6744.2015.04.017

    WEI M, CHEN X W, Sun B. Model and algorithm for bus parking site layout optimization problem[J]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 2015, 15(4): 113-117. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1009-6744.2015.04.017
    [9] 程一一, 郭建华, 蒋欢昕. 基于兴趣点数据的公交站点布局合理度物元分析评价[J]. 交通信息与安全, 2020, 38(6): 63-72. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.06.009

    CHENG Y Y, GUO J H, JIANG H X. An evaluation of bus station layout rationality using matter element analysis based on points of interest data[J]. Journal of Transport Information and safety, 2020, 38(6): 63-72. (in Chinese) doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2020.06.009
    [10] 鲍文仓, 田琼. 基于连续逼近的共享电动汽车站点布局研究[J]. 交通运输系统工程与信息, 2018, 18(增刊1): 21-29. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSXT2018S1005.htm

    BAO W C, TIAN Q. Depot location problem of electric vehicle sharing system: A continuum approximation method[J]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 2018, 18(S1): 21-29. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSXT2018S1005.htm
    [11] 刘嘉文, 代颖, 杨斐, 等. 共享单车停放点联合覆盖选址及车辆配置模型[J]. 工业工程与管理, 2020, 25(1): 127-135. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYGC202001015.htm

    LIU J W, DAI Y, YANG F, et al. A cooperative covering model for location of bike sharing stations and its fleet deployment[J]. Industrial Engineering and Management, 2020, 25(1): 127-135. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYGC202001015.htm
    [12] ERNST A T, KRISHNAMOORTHY M. Solution algorithms for the capacitated single allocation hub location problem[J]. Annals of perations Research, 1999(86): 141-159.
    [13] GONG D, GEN M, YAMAZAKI G, et al. Hybrid evolutionary method for capacitated location-allocation problem[J]. Computers & Industrial Engineering, 1997, 33(3/4): 577-580.
    [14] BRIMBERG J, HANSEN P, MLADENOVIC N, et al. Improvements and comparison of heuristics for solving the uncapacitated multisource Weber problem[J]. Operations Research. 2000, 48(3): 444-460. doi: 10.1287/opre.48.3.444.12431
    [15] SMED J, HAKONEN H. Algorithms and networking for computer games[M]. Hoboken: Wiley Online Library, 2006.
    [16] SNIEDOVICH M. Dijkstra's algorithm revisited: The dynamic programming connexion[J]. Control and Cybernetics, 2006, 35(3): 599-620.
    [17] HU X B, WANG M, LEESON M S, et al. Deterministic agent-based path optimization method by mimicking the spreading of ripples[J]. Evolutionary Computation, 2016, 24 (2): 319-346.
    [18] 胡小兵, 陈树念, 张盈斐, 等. 求解多目标路径优化问题的涟漪扩散算法[J]. 计算机工程与应用, 2021, 57(23): 81-90. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSGG202123009.htm

    HU X B, CHEN S N, ZHANG Y F, et al. New ripple-spreading algorithm for multi-objective path optimization[J]. Computer Engineering and Applications, 2021, 57(23): 81-90. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSGG202123009.htm
    [19] 顾鹏程. 基于自适应遗传算法的多目标优化研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2016.

    GU P C. Research on multi-objective optimization based on adaptive genetic algorithm[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2016. (in Chinese)
    [20] China Aviation Ground Service Company. Project report of CAT construction in Tianjin[R]. Beijing: China Aviation Ground Service Company, 2013.
  • 加载中
图(9) / 表(7)
计量
  • 文章访问数:  918
  • HTML全文浏览量:  336
  • PDF下载量:  22
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-21
  • 网络出版日期:  2022-07-25

目录

    /

    返回文章
    返回