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  • 工業工程系趙磊團隊在城市物流與出行領域取得新進展 2022.04.06

    近日,工業工程系趙磊教授團隊運籌學與服務科學研究室(Operations & Services Research Laboratory,TOpSLab)在城市物流與出行領域取得新進展。研究團隊的三篇研究論文綜合運用多種隨機優化方法,圍繞大型商場協同配送、共享單車動態調度、最后一公里城市配送中的配送員工作量平衡的實際管理科學問題開展研究,在針對復雜隨機問題的數學建模、大規模隨機優化算法設計、基于實際數據的數值實驗設計及管理科學洞見分析等方面均取得了重要成果。

    圖1. 協同配送與非協同配送的總成本與分解成本對比

    關于大型商場協同配送(coordinated delivery)的論文研究如何通過城市配送合作優化平臺(Collaborative Urban Delivery Optimization, CUDO)對多個大型商場中的眾多商戶進行協同配送規劃和商場卸貨泊位預約。除商場卸貨泊位約束外,論文還考慮了車輛行駛時間和卸貨(及商場內配送)時間的隨機性、配送車輛到達商場后的進入順序和卸貨服務順序的實際運作規則,建立了兩階段隨機混合整數規劃模型,并設計了基于不同樣本量的大規模自適應鄰域搜索算法。論文通過基于新加坡實際數據的數值實驗,展示了協同配送的價值和隨機優化的價值(圖1.展示了協同配送與非協同配送的總成本與分解成本的對比)。

    (a)晚高峰期間單車聚集(supply)節點

    (b)晚高峰期間單車需求(demand)節點

    圖2. 不同單車動態調度策略下不同節點的單車數量隨時間的變化

    關于無樁共享單車動態調度(dynamic bike repositioning)的論文研究在網格化管理的城市無樁共享單車系統中的網格內單車實時動態調度問題。論文首次明確提出網格間(inter-cell)調度和網格內(intra-cell)調度的不同,并在考慮隨機需求下網格內單車需求聚集點之間單車動態調度的同時,還考慮沿途收集散落單車的實際情況。論文建立了馬爾可夫決策過程模型,并設計了基于策略函數近似(policy function approximation,PFA)的動態調度策略。通過基于某無樁共享單車公司實際數據的數值實驗,展示了該策略相對于文獻和實際運作的對標調度策略的優勢,并揭示了單車動態調度的價值。圖2.展示了不同單車動態調度策略下不同節點的單車數量隨時間的變化,可以看出,PFA調度策略(相對于對標策略)提前從晚高峰期間單車聚集點向需求點調度單車。

    (a)激勵型任務量不平衡度

    (b)負荷型任務量不平衡度

    圖3.不同任務分派策略下的任務量不平衡度分布的對比

    關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分派問題。論文首次明確區分激勵型(incentive)和負荷型(effort)任務量,分別對應配送員的收入與工作時長,并考慮兩種類型的任務量平衡期的差異。具體而言,負荷型任務量(工作時長)按天或班次平衡,而激勵型任務量(收入)按工資周期平衡??紤]到工資周期內每日配送訂單的隨機性,論文建立了馬爾可夫決策過程模型,推導了最優目標函數值的理論下界,并設計了基于成本函數近似(cost function approximation,CFA)的平衡懲罰策略。數值實驗展示了該策略相對于四種對標策略的優勢,并展示了該策略在需求波動下的魯棒性。圖3.展示了不同配送任務分派策略下的兩種任務量不平衡度的對比。

    研究成果陸續在交通科學與物流領域期刊《運輸科學》(Transportation Science)在線發表。論文《考慮卸貨泊位能力約束的大型商場協同配送》(Coordinated Delivery to Shopping Malls with Limited Docking Capacity)的通訊作者為趙磊,第一作者為工業工程系2013級博士生宋瑞典。論文《基于近似動態規劃的無樁共享單車系統網格內單車動態調度策略》(Dynamic Intra-Cell Repositioning in Free-Floating Bike-Sharing Systems Using Approximate Dynamic Programming)的通訊作者為趙磊,第一作者為工業工程系2016級博士生羅雪。論文《最后一公里城市配送中的多期任務量平衡》(Multi-Period Workload Balancing in Last-Mile Urban Delivery)的通訊作者為趙磊,第一作者為工業工程系2015級博士生王陽。以上研究均得到了國家自然科學基金面上項目和清華大學智慧物流與供應鏈系統研究中心的支持。

    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


    轉載自清華新聞網

    供稿:工業工程系



    清華大學工業工程系
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