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2.多式联运路线选择框架的文献综述与发展
本研究的目的是建立多式联运的路线选择框架，以降低多式联运系统的成本、提前期、风险和二氧化碳排放量。为了达到最优的多通道运输路线, 应包括多准则。该模型的目的是减少运输成本，运输时间、风险和CO2排放。这一新的多式联运路线选择概念框架包括一个六阶段的框架, 以选择最佳的多式联运路线, 如图1所示。
2.1 第一阶段: 范围定义
在第一阶段, 用户定义了来源和目的地, 并准备了路线选择中的每条路线的数据, 其中包括来源和目的地的可能的多式联运路线。这些数据可从专家访谈集思广益和市话业务规划系统中收集。
2.2第二阶段: 费用和时间演算
运输方式的选择或运输方式的组合对运输成本有直接的影响。这一阶段的目标是提出一种关于多式联运的成本和时间构成的方法。有许多种与多式联运相关的内部和外部费用。 内部费用包括运输费用、时间成本 (多式联运) 和装卸费用。外部成本包括环境、风险或事故影响的成本。在这项研究中, 每条航线的运输成本和时间可以用珍妮丝在2007年得到调整的方程式来计算。
(1)
(2)
, (3)
(4)
2.3第三阶段:二氧化碳排放计算
环境问题和气候变化是社会和生活中一些备受争议的问题。由于人口增长、经济发展和人类活动, 大气中二氧化碳的浓度普遍上升, 导致气候变化和全球变暖。世界平均气温的增加直接影响到温室气体的增加, 二氧化碳排放量的增加对全球变暖问题产生了影响。此前的研究发现, 运输部门是人类二氧化碳排放量的第二大来源。自二十世纪九十年代以来, 运输部门的二氧化碳排放量迅速增长, 预计在2030年增加 50% (国际能源机构, 2009)。公路运输占运输部门二氧化碳排放量的74%。海运生产14% 的运输二氧化碳排放量。飞行运输占所有运输二氧化碳排放量的11%。对前人研究的回顾表明, 有很多研究人员试图减少 CO2 排放量;例如, 米尔西纳和什雷斯塔等。因此, 本研究集中了根据《京都议定书》对二氧化碳排放的环境影响。
二氧化碳排放量可以用二氧化碳排放系数乘以能源消耗量的积来计算, 并参照气候变化专门委员会2006准则中规定的方法估计二氧化碳的排放系数，可以使用以下计算公式计算：
（5）
或者 （6）
其中 EF燃料是每种燃料类型的二氧化碳排放系数(排放因子);FC燃料 是每种燃料类型的使用量 (燃料消耗量);EF交通是各种运输类型的二氧化碳排放系数(排放因子)。
在表A1中说明了各运输方式的二氧化碳排放系数。这种计算是基于科学数据的默认车辆和负荷因素。在这个阶段, 二氧化碳排放量可以用等式(6)来计算。之后,这些计算(二氧化碳的排放量)的结果将转换为工程索引形式。在本研究中, 工程索引指数来源于对环境专家的访谈。
2.4第四阶段: 风险演算
此阶段是风险计算阶段。在此阶段有两个过程。第一个过程是风险分析。第二个过程是路线和节点数量风险的组合。此阶段的更多详细信息如下所示，过程一：风险分析。在这项研究中, 这个过程提出了一个综合质量可靠性保证。用集成层次分析法-数据包络分析的方法评价多式联运风险。根据图1, 风险分析过程共有五步。第一步是风险识别。多式联运风险的性质分析是基于失效模式和效应分析方法的。失效模式与影响分析在1963年被航空航天工业发展为一种正式的设计方法, 已被广泛研究, 并被应用于一些有关评估潜在的失败和预防的应用。失效模式与影响分析可用于评估故障模式的发生、检测和严重性的风险评分,每个级别计分1-10，并计算风险优先级（RPN）以在多式联运中选择失效运输模式：
(7)
表一：环境影响指数表
|
环境影响指数 |
二氧化碳排放量（kgCO2） |
描述 |
|
1 |
0-100 |
几乎没有影响 |
|
2 |
101-1,000 |
影响不高 |
|
3 |
1,101-2,000 |
有一定影响 |
|
4 |
2,001-3,000 |
影响 |
|
5 |
超过3,000 |
非常影响 |
当O是失败的概率时，S是故障的严重性，D是不检测故障的概率。在多式联运中, 风险优先级得分最高的故障模式是最迫切需要考虑和改进的。本研究采用80/20规则对帕累托评分进行最高风险优先级评分分析。从本地业务规划系统访谈的前期研究和信息中, 得出了多式联运的失效模式或风险因素。
第二步是定量风险分析过程。定量风险评价用于确定人员、环境或系统可能处于危险活动中的风险级别。在交通风险评估中, 可通过将事故发生概率乘以事故后果来计算定量风险（8）:
(8)
其中R是风险水平,P是事故发生的概率或频率, C是事故的后果。
在第三个步骤中, 使用图表来映射运输风险,并定义一组语言术语的评估等级。A图可以称为风险图片,表示其在垂直轴上的概率及其在水平轴上的潜在严重性,如图2所示。
第四步是在上一步的风险图片中, 从语言角度评估其风险等级。这种技术也称为半定量风险分析 (沃斯, 2008)。评估等级的集合已从风险图片中定义如下, 在分数大于13的区域中定义了高风险区域 (H), 7 和12之间的区域中定义了中等风险区域 (M), 在3和6之间的区域中定义了低风险区域 (L) 而分数小于3的区域定义无风险区域 (N)。
5
严重程度或结果
4
2
0
1
2
3
4
|
高风险 |
||||
|
中风险 |
||||
|
低风险 |
||||
|
无风险 1 |
3 |
5 |
概率
最后一步是一个全新的综合层次分析法-数据包络分析的方法的过程。数据包络分析法是由查恩斯提出的评价多输入、多输出均质单位效率的方法。该方法是一种可用于测量决策单元相对效率的线性规划方法。近年来, 对许多不同类型的决策单元通过数据包络分析法的应用进行了多次成功的评价。在层次分析法中, 利用数据包络分析法技术获得成对比较矩阵的权重。以往的研究发现, 层次分析法是最常用的性能测量工具之一, 而数据包络分析法是解决多准则决策问题的常用工具 (拉马纳坦, 2006)。由于数据包络分析法只能比较有限的决策替代方案, 而且在有许多备选方案可供选择时也不容易选择。为此, 针对这一问题, 提出了一种全新的综合层次分析法-数据包络分析的方法, 用于安排大量的决策选择。然而, 本研究提供了综合层次分析法-数据包络分析的方法的质量可靠性保证。在这一步骤中, 这一新方法的程序有四步骤。新的方法将在图3中进行说明：
首先, 采用数据包络分析法确定标准权重。接下来,采用专家访谈方法以收集数据来使用已被定义过的评估等级标准计算风险水平等级和评估决策的备选办法。然后, 利用数据包络分析方法确定在语言术语中评价等级的值, 并生成局部风险分数从拉马纳坦等人的文献上改编的常用加权数据包络分析模型如下:
使一个值alpha;无限增大
但满足下列条件alpha;le;vij=(Ljk)NEijkle;1，i=1,2,3,4hellip;hellip;,n （9）
S(Lj1)ge;2S(Lj2)ge;hellip;hellip;KjS(LjKj)ge;0
其中Lj1 . . . ; LjKj代表了从最重要到最无关的语言学术语，K j 是标准j评估等级的数目, NEijk (k=1hellip;hellip;kj) 是根据标准 j 评估替代 Ai 到等级Ljk的专家人数, S(Lj1)，S(Lj2)hellip;hellip;S(LjKj)是决策变量，S(Lj1)ge;2S(Lj2)ge;hellip;hellip;KjS(LjKj)是对评估等级施加的强订货条件。因此, 每个标准的局部权重可以定义如下：
(Ljk)NEijk for i=1,2,hellip;hellip;,n;j=1,2hellip;hellip;m (10)
一个全新的综合层次分析法-数据包络分析的方法
最后, 利用简单的加法加权 (SAW) 方法, 将局部风险分数聚合为每个决策选择的整体风险评分。T他看到的是一个加权线性组合或评分方法, 这是一个简单的方法, 最常用作为一个多属性决策技术。决策者可以通过将每个属性值的刻度等级乘以分配给属性的重要性权重, 然后将这些产品汇总到所有属性, 从而获得每种选择的总体权重。在等式 (11) 可以公式化的模型如下:
其中 w j 是由层次分析法确定的标准权重, S*(Ljk)) 是由等式(9)和V(Ai)决定的评定等级的最佳得分,是n决定替代品的总权重,n个替代品可以排列。
第二个过程：路径和节点之间的组合量化风险。这一过程是第二个风险计算过程。之后, 决策者计算每个决策备选方案的总体风险评分。决策者必须结合路线和节点定量风险评分为每一个可能的多式联运路线。一般而言, 多式联运包括航线, 货物由不同的运输方式和节点移动, 在那里货物来休息或改变另一种运输方式。运输节点的风险原因可能与沿运输链路线发生的原因不同。因此, 该过程采用组合路由和节点定量风险模型, 将多式联运的路线和节点量化风险评分结合起来,并对其进行了说明:
其中Ai是多式联运路线的可能选择。
2.5第五阶段：使用层次分析法确定标准的优先级
在这一阶段, 利用层次分析法得到各运输条件下各指标的权重。层次分析法在前人研究中得到了广泛的应用, 解决了多准则决策问题。层次分析法是由萨蒂在1980年开发的。层次分析法将复杂的多准则决策问题分解为一个或多个标准的图形层次结构。层次分析法提供了一个结构化的框架, 用于在层次结构中使用1-9 级量化的配对比较来设置级别的优先级。 这些权重被集成到零一目标规划的目标函数中。层次分析法的程序可以概括为: 首先, 将复杂的多准则决策问题分解为一个或多个标准的图形层次结构。 层次结构是以包含决策目标、实现目标的替代方案以及评估替代方案的标准为基础的层次分析法, 如图4所示。
其次, 通过成对的比较, 给出了各判据的重要权重。第三, 配对比较矩阵 A 应具有可接受的一致性, 可以按照一致性比率 (CR) 进行检查。最后, 新的多式联运路线选择的概念框架在下一阶段使用ZOGP方法, 判据各项重要权重。
2.6 第六阶段: 使用ZOGP方法进行优化
最后一个阶段是优化多通道运输路线的ZOGP方法。为了实现这一目标, 通常使用 ZOGP 模型来制定问题。从层次分析法、参数和有限数据的重要权重来制定目标函数和约束条件。本文提出了综合层次分析法和ZOGP的模型, 如下所示:
确定一个最小值
以下列算式为条件
预算：
时间：
对环境的影响：
风险：
在这项研究中, 有四个目标函数 (或目标)。第一个目标是不超过用户限制的运输预算 (g1)。第二个目标是运输时间 (g2) 不超过提前时间限制的用户。第三个目标是 EI (g3) 小于用户限制的最小刻度。最后, 第四个目标是多式联运风险 (g4) 小于用户限制。这项研究的每个目标函数中的所有数据都有一个不同的单元, 因此需要一个转换单元, 将所有单位的百分比。
方程 (13)-(18) 可以定义为偏差变量, 决策变量和参数如下。等式(18)是在一个最佳的情况下控制只有一条路线。
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