CN108921362B - 一种医药干线优化方法、***、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种医药干线优化方法、***、设备及存储介质。采用时空网络模型对医药干线网络建模,该优化模型基于历史数据,利用整数规划算法,通过寻找帕累托最优,计算出运输成本和平均时效的最优关系曲线,提供给线下根据业务需求进行规划和选择。该优化模型能够更加有效地分析医药干线网络中的时间顺序和空间关系优化发车班次。目标函数的约束条件保证了每个OD都必须在可选的时空路径中恰好选择一条;每一段时空网络中的发车弧线都有足够的容量去承载相应的快件数量;发车班次在任意两个城市之间对发是平衡的。本申请的优化模型,能够从全局视角进行统筹规划,整体上满足了配送需求的低成本高时效,并且能够在整体效果上做到很好的平衡。
Description
技术领域
本发明涉及运筹优化领域,尤其涉及一种医药干线优化方法、***、设备及存储介质。
背景技术
随着经济的发展和科技的进步,医药产品在全国范围内的配送需求不断提升,并逐渐占据更高的市场份额,而跨城市的物流服务对干线网络提出了极高的要求。对于部分特殊药品和特定城市,专车专送是最为常见的形式,然而对于绝大多数的供应商和需求商来说,某一时间点单一客户的需求,就非常依赖干线零担公交网络。以国内某快递公司为例,全国范围内目前共有23个城市公交站点,每周都有至少4个以上的固定班次并长期循环往复,因而如何设定班次的发车频率和时间将极大地影响运输成本和配送时效。
针对以上问题,现有的解决方案以业务经验为支持,在部分大型城市站点(例如,北京、武汉、上海等)首先设定班次信息,然后以此为基准,再推测计算其他城市站点的班次。这种局部递进推算满足了部分配送需求的低成本高时效。但是,随着医药干线网络的不断扩大,这种方式无法从全局视角统筹规划,在整体效果上无法做到很好的平衡。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种医药干线优化方法、***、设备及存储介质。
根据本发明的一个方面,提供了一种医药干线优化方法,该方法包括以下步骤:
采用时空网络模型对医药干线网络建立优化模型;
所述优化模型基于历史数据,利用整数规划算法,通过寻找帕累托最优,计算出运输成本和平均时效的最优关系曲线;
将计算出的最优关系曲线提供给线下根据业务需求进行规划和选择。
进一步地,建立所述优化模型时,将时间的连续分布以一定的时间间隔离散化。
进一步地,所述时空网络中包括发车弧线和等待弧线;其中
所述发车弧线表示一个班次,弧线的起点代表出发地和时间点,弧线终点代表到达地和到达时间加周转时间;
所述等待弧线表示在两个发车弧线的到达和出发端点之间,快件停留在城市站点上的时间长度。
进一步地,将所有城市站点<起始地,目的地>OD之间的最长时效分割成离散的固定时间段,通过对离散化后的所有时间段进行建模求解,获得发车时间和班次。
更进一步地,通过以如下目标函数进行数学建模的形式,利用整数规划求解:
其中约束条件为:
其中,cα是车辆运输成本系数;
τα是某个时空网络中某条弧线arc上使用的车的数量;
A是所有时空网络中弧线arc的集合;
α是目标函数权重;
P(κ)是所有可行路径的集合;
K是所有OD需求的集合;
qκ是某个OD的货物需求κ的总量;
Q′α是车装载量;
i,j分别表示某个城市;
Z+为正整数集合;
更进一步地,通过设定不同的加权比例,利用gurobi求解所述目标函数,可以得到运输成本和平均时效的最优关系曲线。
更进一步地,每个班次均具有固定的时间跨度,并且每个班次的运营方式可在不同时间点重复启用,形成多个班次的循环运营模式。
进一步地,在所述优化模型中,每一个城市站点都只有唯一空间路径对应的多个时间路径可供选择。
根据本发明的另一方面,提供一种医药干线优化***,该***包括:
建模单元,其配置为采用时空网络模型对医药干线网络建立优化模型;
计算单元,其配置为使用所述优化模型基于历史数据,利用整数规划算法,通过寻找帕累托最优,计算出运输成本和平均时效的最优关系曲线;
输出单元,其配置为将计算出的最优关系曲线提供给线下根据业务需求进行规划和选择。
进一步地,所述建模单元还配置为:将时间的连续分布以一定的时间间隔离散化。
进一步地,所述时空网络中包括发车弧线和等待弧线;其中
所述发车弧线表示一个班次,弧线的起点代表出发地和时间点,弧线终点代表到达地和到达时间加周转时间;
所述等待弧线表示在两个发车弧线的到达和出发端点之间,快件停留在城市站点上的时间长度。
进一步地,所述建模单元还配置为:将所有城市站点OD之间的最长时效分割成离散的固定时间段,通过对离散化后的所有时间段进行建模求解,获得发车时间和班次。
更进一步地,所述建模单元还配置为:
通过以如下目标函数进行数学建模的形式,利用整数规划求解:
其中约束条件为:
其中,cα是车辆运输成本系数;
τα是某个时空网络中某条弧线arc上使用的车的数量;
A是所有时空网络中弧线arc的集合;
a是目标函数权重;
P(κ)是所有可行路径的集合;
K是所有OD需求的集合;
qκ是某个OD的货物需求κ的总量;
Q′α是车装载量;
i,j分别表示某个城市;
Z+为正整数集合;
更进一步地,通过设定不同的加权比例,利用gurobi求解所述目标函数,可以得到运输成本和平均时效的最优关系曲线。
更进一步地,每个班次均具有固定的时间跨度,并且每个班次的运营方式可在不同时间点重复启用,形成多个班次的循环运营模式。
进一步地,所述建模单元还配置为:在所述优化模型中,每一个城市站点都只有唯一空间路径对应的多个时间路径可供选择。
根据本发明的又一方面,提供一种设备,所述设备包括:
一个或多个处理器;
存储器,用于存储一个或多个程序,
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时,使得所述一个或多个处理器执行如上所述的方法。
根据本发明的又一方面,提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质,其特征是,该程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、根据本发明示例的医药干线优化方法,采用“时空网络”模型对医药干线网络建立优化模型,从而能够更加有效地分析医药干线网络中的时间顺序和空间关系,进而优化发车班次。在上述优化模型中所采用的上述目标函数的约束条件保证了:(1)每个OD都必须在可选的时空路径中恰好选择一条;(2)每一段时空网络中的发车弧线都有足够的容量去承载相应的快件数量;(3)发车班次在任意两个城市之间对发是平衡的。本申请的优化方法,能够从全局视角进行统筹规划,整体上满足了配送需求的低成本高时效,并且能够在整体效果上做到很好的平衡。
2、根据本发明示例的医药干线优化***,建模单元配置为采用时空网络模型对医药干线网络建立优化模型,从而能够更加有效地分析医药干线网络中的时间顺序和空间关系,进而优化发车班次;计算单元配置为使用所述优化模型基于历史数据,利用整数规划算法,通过寻找帕累托最优,计算出运输成本和平均时效的最优关系曲线,该最优关系曲线保证每个OD都必须在可选的时空路径中恰好选择一条;每一段时空网络中的发车弧线都有足够的容量去承载相应的快件数量;发车班次在任意两个城市之间对发是平衡的;输出单元配置为将计算出的最优关系曲线提供给线下根据业务需求进行规划和选择,这就能够从全局视角进行统筹规划,整体上满足配送需求的低成本高时效,并且能够在整体效果上做到很好的平衡。
3、本发明示例的医药干线优化设备、通过存储有计算机程序的计算机可读介质,所述程序被运行用于医药干线的优化,能够从全局视角进行统筹规划,整体上满足配送需求的低成本高时效,并且能够在整体效果上做到很好的平衡。
附图说明
图1为本发明所述的医药干线优化方法的流程图;
图2是本发明所述的医药干线优化方法中优化模型的时空网络图;
图3是本发明一个实施例的运输成本和平均时效的最优关系曲线图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的技术方案,下面结合具体实施例、说明书附图对本发明作进一步说明。
在医药干线网络中,会有N个城市公交站点分布在全国范围内,作为客户医药零担收派的区域集散中心,模型需要考虑其中任意两个城市站点之间(<起始地,目的地>OD(origination destination))的需求,即N*(N-1)种不同的流向,在现有空间路径的基础上,优化发车班次(发车时间、发车频率、发车车型)。
实施例一
本实施例提供一种医药干线优化方法,如图1所示,该方法包括以下步骤:
采用时空网络模型对医药干线网络建立优化模型;
为了有效分析该问题中的时间顺序(时效约束)和空间关系(集散点分布),本申请采用“时空网络”模型对医药干线网络建模。时空网络是对静态网络的扩展,通过对时间的连续分布以一定间隔离散化,每个节点既代表位置也表示某个时间点。时空网络中有两类弧线(连接节点的边)。
本实施例以一周为例,设计的发车班次每周至少4次且是每周固定循环的,因而该模型将一周共计168个小时分割成离散的4段,每段42小时,作为一个班次区间。以不同的城市站点A、B、H、C和42小时的时间段的不同时间点建立图1所示的时空网络。在图1所示的时空网络中,包括两类弧线:
1.发车弧线:发车弧线表示一个班次,弧线的起点代表出发地和时间点,弧线终点代表到达地和到达时间加周转时间,发车弧线的出发和到达地属于不同的站点。如图2所示从城市站点A到C的实线箭头所示的弧线以及从城市站点B到城市站点C的虚线所示的弧线。周转时间是指快件到达某城市站点后,中转分拣所需要的最短时间,本实施例的模型中以2小时为准。例如,对于从A点到B点的弧线所跨过的时间段,根据不同的车型,利用GIS数据测算求得。
2.等待弧线:表示在两个发车弧线的到达和出发端点之间,快件停留在城市站点上的时间长度,等待弧线的出发和到达地属同一站点。如图2从城市站点B到C的弧线中从时刻12am到6am的弧线,该段弧线表示快件在城市站点H停留的时间为6小时。等待弧线的设计给予了同一目的地不同始发地的快件并包拼车的机会,从而减少不必要的发车。
所述优化模型基于历史数据,利用整数规划算法,通过寻找帕累托最优,计算出运输成本和平均时效的最优关系曲线;
以如下目标函数进行数学建模,利用整数规划求解:
其中约束条件为:
其中,cα是车辆运输成本系数;
τα是某个时空网络中某条弧线arc上使用的车的数量;
A是所有时空网络中弧线arc的集合;
a是目标函数权重;
P(κ)是所有可行路径的集合;
K是所有OD需求的集合;
qκ是某个OD的货物需求κ的总量;
Q′α是车装载量;
i,j分别表示某个城市;
Z+为正整数集合;
通过设定不同的加权比例,利用gurobi求解上述目标函数,可以得到运输成本和平均时效的最优关系曲线。
通过上述约束条件,(1)保证了每个OD都必须在可选的时空路径中恰好选择一条;(2)保证了每一段时空网络中的发车弧线都有足够的容量去承载相应的快件数量;(3)保证了发车班次在任意两个城市之间对发是平衡的。
通过上述方法,每一个OD都能找到多条的时空(时间-空间)路径,由于该模型是基于现有空间路径的,因此可行路径中对于每一个OD都只有唯一空间路径对应的多个时间路径可供选择。
例如,本实施例中,车辆运输成本系数,cα(5.3元/票),目标函数权重,α(0-0.5),车装载量,Q′α(8吨)。所有时空网络中的路线,在不同权重系数下,运输成本(纵坐标)和平均时效(横坐标)的关系如图3所示。
将利用gurobi求解上述目标函数计算出的上述最优关系曲线提供给线下根据业务需求进行规划和选择。
本实施例还提供了一种医药干线优化***,该***包括:
建模单元,其配置为采用时空网络模型对医药干线网络建立优化模型;
为了有效分析该问题中的时间顺序(时效约束)和空间关系(集散点分布),本申请采用“时空网络”模型对医药干线网络建模。时空网络是对静态网络的扩展,通过对时间的连续分布以一定间隔离散化,每个节点既代表位置也表示某个时间点。时空网络中有两类弧线(连接节点的边)。
本实施例以一周为例,设计的发车班次每周至少4次且是每周固定循环的,因而该模型将一周共计168个小时分割成离散的4段,每段42小时,作为一个班次区间。以不同的城市站点A、B、H、C和42小时的时间段的不同时间点建立图1所示的时空网络。在图2所示的时空网络中,包括两类弧线:
1.发车弧线:发车弧线表示一个班次,弧线的起点代表出发地和时间点,弧线终点代表到达地和到达时间加周转时间,发车弧线的出发和到达地属于不同的站点。如图2所示从城市站点A到C的实线箭头所示的弧线以及从城市站点B到城市站点C的虚线所示的弧线。周转时间是指快件到达某城市站点后,中转分拣所需要的最短时间,本实施例的模型中以2小时为准。例如,对于从A点到B点的弧线所跨过的时间段,根据不同的车型,利用GIS数据测算求得。
2.等待弧线:表示在两个发车弧线的到达和出发端点之间,快件停留在城市站点上的时间长度,等待弧线的出发和到达地属同一站点。如图2从城市站点B到C的弧线中从时刻12am到6am的弧线,该段弧线表示快件在城市站点H停留的时间为6小时。等待弧线的设计给予了同一目的地不同始发地的快件并包拼车的机会,从而减少不必要的发车。
计算单元,其配置为使用所述优化模型基于历史数据,利用整数规划算法,通过寻找帕累托最优,计算出运输成本和平均时效的最优关系曲线;
以如下目标函数进行数学建模,利用整数规划求解:
其中约束条件为:
其中,cα是车辆运输成本系数;
τα是某个时空网络中某条弧线arc上使用的车的数量;
A是所有时空网络中弧线arc的集合;
a是目标函数权重;
P(κ)是所有可行路径的集合;
K是所有OD需求的集合;
qκ是某个OD的货物需求κ的总量;
Q′α是车装载量;
i,j分别表示某个城市;
Z+为正整数集合;
通过设定不同的加权比例,利用gurobi求解上述目标函数,可以得到运输成本和平均时效的最优关系曲线。
通过上述约束条件,(1)保证了每个OD都必须在可选的时空路径中恰好选择一条;(2)保证了每一段时空网络中的发车弧线都有足够的容量去承载相应的快件数量;(3)保证了发车班次在任意两个城市之间对发是平衡的。
通过上述方法,每一个OD都能找到多条的时空(时间-空间)路径,由于该模型是基于现有空间路径的,因此可行路径中对于每一个OD都只有唯一空间路径对应的多个时间路径可供选择。
例如,本实施例中,车辆运输成本系数,cα(5.3元/票),目标函数权重,α(0-0.5),车装载量,Q′α(8吨)。所有时空网络中的路线,在不同权重系数下,运输成本(纵坐标)和平均时效(横坐标)的关系如图3所示。
输出单元,其配置为将上述计算单元计算出的最优关系曲线提供给线下根据业务需求进行规划和选择。
本实施例还提供了一种设备,所述设备包括:
一个或多个处理器;
存储器,用于存储一个或多个程序,
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时,使得所述一个或多个处理器执行本实施例如上所述的方法。
本实施例还提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质,其特征是,该程序被处理器执行时实现本实施例如上所述的方法。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解,本申请中所涉及的发明范围,并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案,同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能。
Claims (16)
1.一种医药干线优化方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用时空网络模型对医药干线网络建立优化模型;
所述优化模型基于历史数据,利用整数规划算法,通过寻找帕累托最优,计算出运输成本和平均时效的最优关系曲线;
将计算出的最优关系曲线提供给线下根据业务需求进行规划和选择;
所述时空网络中包括发车弧线;其中
所述发车弧线表示一个班次,弧线的起点代表出发地和时间点,弧线终点代表到达地和到达时间加周转时间;
将所有城市站点<起始地,目的地>OD之间的最长时效分割成离散的固定时间段,通过对离散化后的所有时间段进行建模求解,获得发车时间和班次。
2.根据权利要求1所述的优化方法,其特征在于,建立所述优化模型时,将时间的连续分布以一定的时间间隔离散化。
3.根据权利要求1所述的优化方法,其特征在于,所述时空网络中包括等待弧线;其中
所述等待弧线表示在两个发车弧线的到达和出发端点之间,快件停留在城市站点上的时间长度。
4.根据权利要求1所述的优化方法,其特征在于,通过以如下目标函数进行数学建模的形式,利用整数规划求解:
其中约束条件为:
其中,cα是车辆运输成本系数;
τα是某个时空网络中某条弧线arc上使用的车的数量;
A是所有时空网络中弧线arc的集合;
a是目标函数权重;
P(κ)是所有可行路径的集合;
K是所有OD需求的集合;
qκ是某个OD的货物需求κ的总量;
i,j分别表示某个城市;
Z+为正整数集合;
5.根据权利要求4所述的优化方法,其特征在于,通过设定不同的加权比例,利用gurobi求解所述目标函数,可以得到运输成本和平均时效的最优关系曲线。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的优化方法,其特征在于,每个班次均具有固定的时间跨度,并且每个班次的运营方式可在不同时间点重复启用,形成多个班次的循环运营模式。
7.根据权利要求1所述的优化方法,其特征在于,在所述优化模型中,每一个城市站点都只有唯一空间路径对应的多个时间路径可供选择。
8.一种医药干线优化***,其特征在于,包括:
建模单元,其配置为采用时空网络模型对医药干线网络建立优化模型;
计算单元,其配置为使用所述优化模型基于历史数据,利用整数规划算法,通过寻找帕累托最优,计算出运输成本和平均时效的最优关系曲线;
输出单元,其配置为将计算出的最优关系曲线提供给线下根据业务需求进行规划和选择;
所述时空网络中包括发车弧线;其中
所述发车弧线表示一个班次,弧线的起点代表出发地和时间点,弧线终点代表到达地和到达时间加周转时间;
所述建模单元还配置为:
将所有城市站点<起始地,目的地>OD之间的最长时效分割成离散的固定时间段,通过对离散化后的所有时间段进行建模求解,获得发车时间和班次。
9.根据权利要求8所述的优化***,其特征在于,所述建模单元还配置为:
将时间的连续分布以一定的时间间隔离散化。
10.根据权利要求8所述的优化***,其特征在于,所述时空网络中包括等待弧线;其中
所述等待弧线表示在两个发车弧线的到达和出发端点之间,快件停留在城市站点上的时间长度。
11.根据权利要求8所述的优化***,其特征在于,所述建模单元还配置为:
通过以如下目标函数进行数学建模的形式,利用整数规划求解:
其中约束条件为:
其中,cα是车辆运输成本系数;
τα是某个时空网络中某条弧线arc上使用的车的数量;
A是所有时空网络中弧线arc的集合;
α是目标函数权重;
P(κ)是所有可行路径的集合;
K是所有OD需求的集合;
qκ是某个OD的货物需求κ的总量;
i,j分别表示某个城市;
Z+为正整数集合;
12.根据权利要求11所述的优化***,其特征在于,通过设定不同的加权比例,利用gurobi求解所述目标函数,可以得到运输成本和平均时效的最优关系曲线。
13.根据权利要求8-12任一项所述的优化***,其特征在于,每个班次均具有固定的时间跨度,并且每个班次的运营方式可在不同时间点重复启用,形成多个班次的循环运用模式。
14.根据权利要求8所述的优化***,其特征在于,所述建模单元还配置为:
在所述优化模型中,每一个城市站点都只有唯一空间路径对应的多个时间路径可供选择。
15.一种设备,其特征是,所述设备包括:
一个或多个处理器;
存储器,用于存储一个或多个程序,
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时,使得所述一个或多个处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。
16.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质,其特征是,该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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