清華新聞網(wǎng)4月6日電 近日，工業(yè)工程系趙磊教授團(tuán)隊(duì)運(yùn)籌學(xué)與服務(wù)科學(xué)研究室（Operations & Services Research Laboratory，TOpSLab）在城市物流與出行領(lǐng)域取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)的三篇研究論文綜合運(yùn)用多種隨機(jī)優(yōu)化方法，圍繞大型商場(chǎng)協(xié)同配送、共享單車(chē)動(dòng)態(tài)調(diào)度、最后一公里城市配送中的配送員工作量平衡的實(shí)際管理科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展研究，在針對(duì)復(fù)雜隨機(jī)問(wèn)題的數(shù)學(xué)建模、大規(guī)模隨機(jī)優(yōu)化算法設(shè)計(jì)、基于實(shí)際數(shù)據(jù)的數(shù)值實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及管理科學(xué)洞見(jiàn)分析等方面均取得了重要成果。
圖1. 協(xié)同配送與非協(xié)同配送的總成本與分解成本對(duì)比
關(guān)于大型商場(chǎng)協(xié)同配送（coordinated delivery）的論文研究如何通過(guò)城市配送合作優(yōu)化平臺(tái)（Collaborative Urban Delivery Optimization, CUDO）對(duì)多個(gè)大型商場(chǎng)中的眾多商戶(hù)進(jìn)行協(xié)同配送規(guī)劃和商場(chǎng)卸貨泊位預(yù)約。除商場(chǎng)卸貨泊位約束外，論文還考慮了車(chē)輛行駛時(shí)間和卸貨（及商場(chǎng)內(nèi)配送）時(shí)間的隨機(jī)性、配送車(chē)輛到達(dá)商場(chǎng)后的進(jìn)入順序和卸貨服務(wù)順序的實(shí)際運(yùn)作規(guī)則，建立了兩階段隨機(jī)混合整數(shù)規(guī)劃模型，并設(shè)計(jì)了基于不同樣本量的大規(guī)模自適應(yīng)鄰域搜索算法。論文通過(guò)基于新加坡實(shí)際數(shù)據(jù)的數(shù)值實(shí)驗(yàn)，展示了協(xié)同配送的價(jià)值和隨機(jī)優(yōu)化的價(jià)值（圖1.展示了協(xié)同配送與非協(xié)同配送的總成本與分解成本的對(duì)比）。
（a）晚高峰期間單車(chē)聚集（supply）節(jié)點(diǎn)
（b）晚高峰期間單車(chē)需求（demand）節(jié)點(diǎn)
圖2 不同單車(chē)動(dòng)態(tài)調(diào)度策略下不同節(jié)點(diǎn)的單車(chē)數(shù)量隨時(shí)間的變化
關(guān)于無(wú)樁共享單車(chē)動(dòng)態(tài)調(diào)度（dynamic bike repositioning）的論文研究在網(wǎng)格化管理的城市無(wú)樁共享單車(chē)系統(tǒng)中的網(wǎng)格內(nèi)單車(chē)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題。論文首次明確提出網(wǎng)格間（inter-cell）調(diào)度和網(wǎng)格內(nèi)（intra-cell）調(diào)度的不同，并在考慮隨機(jī)需求下網(wǎng)格內(nèi)單車(chē)需求聚集點(diǎn)之間單車(chē)動(dòng)態(tài)調(diào)度的同時(shí)，還考慮沿途收集散落單車(chē)的實(shí)際情況。論文建立了馬爾可夫決策過(guò)程模型，并設(shè)計(jì)了基于策略函數(shù)近似（policy function approximation，PFA）的動(dòng)態(tài)調(diào)度策略。通過(guò)基于某無(wú)樁共享單車(chē)公司實(shí)際數(shù)據(jù)的數(shù)值實(shí)驗(yàn)，展示了該策略相對(duì)于文獻(xiàn)和實(shí)際運(yùn)作的對(duì)標(biāo)調(diào)度策略的優(yōu)勢(shì)，并揭示了單車(chē)動(dòng)態(tài)調(diào)度的價(jià)值。圖2.展示了不同單車(chē)動(dòng)態(tài)調(diào)度策略下不同節(jié)點(diǎn)的單車(chē)數(shù)量隨時(shí)間的變化，可以看出，PFA調(diào)度策略（相對(duì)于對(duì)標(biāo)策略）提前從晚高峰期間單車(chē)聚集點(diǎn)向需求點(diǎn)調(diào)度單車(chē)。
（a）激勵(lì)型任務(wù)量不平衡度
（b）負(fù)荷型任務(wù)量不平衡度
圖3.不同任務(wù)分派策略下的任務(wù)量不平衡度分布的對(duì)比
關(guān)于最后一公里城市配送中的配送員工作量平衡（workload balance）的論文考慮配送員工作量平衡的最后一公里城市配送任務(wù)分派問(wèn)題。論文首次明確區(qū)分激勵(lì)型（incentive）和負(fù)荷型（effort）任務(wù)量，分別對(duì)應(yīng)配送員的收入與工作時(shí)長(zhǎng)，并考慮兩種類(lèi)型的任務(wù)量平衡期的差異。具體而言，負(fù)荷型任務(wù)量（工作時(shí)長(zhǎng)）按天或班次平衡，而激勵(lì)型任務(wù)量（收入）按工資周期平衡。考慮到工資周期內(nèi)每日配送訂單的隨機(jī)性，論文建立了馬爾可夫決策過(guò)程模型，推導(dǎo)了最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值的理論下界，并設(shè)計(jì)了基于成本函數(shù)近似（cost function approximation，CFA）的平衡懲罰策略。數(shù)值實(shí)驗(yàn)展示了該策略相對(duì)于四種對(duì)標(biāo)策略的優(yōu)勢(shì)，并展示了該策略在需求波動(dòng)下的魯棒性。圖3.展示了不同配送任務(wù)分派策略下的兩種任務(wù)量不平衡度的對(duì)比。
研究成果陸續(xù)在交通科學(xué)與物流領(lǐng)域期刊《運(yùn)輸科學(xué)》（Transportation Science）在線(xiàn)發(fā)表。論文《考慮卸貨泊位能力約束的大型商場(chǎng)協(xié)同配送》（Coordinated Delivery to Shopping Malls with Limited Docking Capacity）的通訊作者為趙磊，第一作者為工業(yè)工程系2013級(jí)博士生宋瑞典。論文《基于近似動(dòng)態(tài)規(guī)劃的無(wú)樁共享單車(chē)系統(tǒng)網(wǎng)格內(nèi)單車(chē)動(dòng)態(tài)調(diào)度策略》（Dynamic Intra-Cell Repositioning in Free-Floating Bike-Sharing Systems Using Approximate Dynamic Programming）的通訊作者為趙磊，第一作者為工業(yè)工程系2016級(jí)博士生羅雪。論文《最后一公里城市配送中的多期任務(wù)量平衡》（Multi-Period Workload Balancing in Last-Mile Urban Delivery）的通訊作者為趙磊，第一作者為工業(yè)工程系2015級(jí)博士生王陽(yáng)。以上研究均得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和清華大學(xué)智慧物流與供應(yīng)鏈系統(tǒng)研究中心的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1287/trsc.2021.1109
https://doi.org/10.1287/trsc.2021.1122
https://doi.org/10.1287/trsc.2022.1132
供稿：工業(yè)工程系
編輯：李華山
審核：曲田
