第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
目前，随着社会经济的日益增长，全球对“低碳化”的关注度也不断变高。因此，无论是从经济角度或者从环境角度来考虑，未来都需要将碳排放因素在社会发展的不同领域问题中提出并得到重视。交通运输行业是我国十大重点产业之一，其产生的温室气体排放主要来源于使用化石燃料（如汽油、柴油等）的二氧化碳排放[ 1]。从世界范围内看，交通运输行业的温室气体排放量在近几年飞速增长。根据美国国家环保局的调查显示，交通运输行业排放的温室气体量仅次于电力行业，占气体总排放量的28％左右，而工业排放量仅仅占到总排放量的 19.4％[2]。在未来一段时间里，交通运输业不仅有可能成为全球能源需求量最大的行业，而且有可能会成为碳排放量增多的重点来源之一。根据国际能源总署（IEA）测算[ 3]，2014 年全球的二氧化碳排放量上升 0.4%，突破历史新高，达到 359 亿吨。尽管最近几年由于新能源和再生能源的普及，全球二氧化碳排放量的增长得到了放缓，但是中国作为全球最大的碳排放国，二氧化碳排放量仍在 100 亿吨以上[4]。在此形势之下，我国的交通运输行业只有提高运输效率，发展低碳化运输，才能有效缓解全球气候变暖的压力，应对我国能源紧缺的问题，从而实现我国交通运输行业的可持续发展。 随着我国货运需求的日益增加以及货运市场重大策略布局转型的大背景下，单一的货物运输方式已越来越无法满足货运体系的优化要求，高效快捷的低碳化运输正在逐渐成为货运发展的大趋势。据研究表明，联合运输是环境友好型的运输模式，是运输企业通过综合多种运输方式的技术经济优势而开展的运输活动，是对运输组织方法的革新，可以减少 80％以上的碳排放[5]。所以在运输组织方式的选择上，增强运用联合运输方式，可以有效的降低运输过程的碳排放量。联合运输作为一种被普遍采用的运输组织方式，是指用两种或两种以上的不同运输方式彼此衔接、转运并完成运输任务的过程[6]。联合运输可以通过结合各种运输方式的优点，利用无缝衔接来提高整体的运输质量和运输效率，并使其符合对个别货物运输的个性化需求和要求。联合运输的使用对减少运输费用，增强运输企业竞争力有重要作用，尤其是伴随我国综合运输系统的逐渐完善，联合运输在推动我国运输经济，推进物流行业发展等方面的优势尤为突出，未来有十分广阔的发展空间。
..........
1.2 国内外研究现状
联合运输的研究包括货运行为规范、不同运输方式的运输决策以及货运管理。其研究既需要考虑经济效益性，又要考虑客户服务性，还要关注环境保护问题和社会效益问题。联合运输涉及到社会各行各业的人和组织部门，有联运经营人、消费者、企业等，还有政府部门以及一些社会组织等。近几年，国外对联合运输路径优化和运输方式选择上进行了大量的研究，并积累了丰厚的运输组织经验付诸以实践。随着人们环保呼声的越来越高和全球温室效应的日益加剧，使得环境保护问题得到越来越多人的关注，国外学者也开始将研究目标转移到低碳联合运输问题上来。Muller（1999）[ 7]详细描述了联合运输的概念、特点以及联合运输的业务流程和组织协调和调度 ，并对联 合运输信 息技术的应 用做了简 要介绍。 Macharis[ 8 ] 和Bontekoning（2004）[5]等把近 30 年国际上较为知名的 92 种刊物进行了分类总结，对货物联合运输系统和相关理论基础进行了详细描述，并于同年提出了货物联合运输路径问题的研究正成为一个新的交通研究应用领域，可以运用运筹学（OR）的知识对其相关问题进行建模求解。他们为联合运输和联合运输路径问题未来的研究指明了科学的研究方向。Boussedjra（2004）[9]等在实际数据建模的多标签图下采用新的多角度研究策略在联合运输网络中提出了以运输时间最小化为目标的最短路径优化模型，并给出了对应的求解办法。Janic（2007）[ 10]在联合运输网络中提出了以总费用最少为目标的带时间窗联合运输路径优化模型，其中成本部分包括内部成本和外部成本，外部成本主要包括库存成本，时间惩罚成本等。Chang（2008）[11]基于联合运输网络研究最短路径问题，并同时考虑了多货流、时间窗约束的特点，建立了以总费用最少和总时间最短为目标的多目标多货流路径优化模型，并选用拆分计算的方式将该问题转化为简单问题进行求解，为货运企业给出了不同情况下的联合运输策略。
...........
第 2 章 相关理论知识基础
2.1 联合运输概述
联合运输，也可以简称联运，它是运输企业以五种现代运输方式为基础，利用两种或两种以上运输方式或隶属关系不同的一种运输方式，根据实际运输条件，按统一的规章和协议使用规定的运输凭据，通过代理或代办等形式，实现货物或旅客运输接力的全过程[48]。联合运输属于交通运输的范畴，是综合运输系统的重要构成部分。联合运输的概念有两层含义。首先，联合运输指的是联合运输业，它是与水路、航空、铁路、公路、管道运输等单一运输行业同等级。与此同时，联合运输也指通过在运输过程和环节中组织、协调几种单一的运输方式来开展货物运输活动，进而发挥不同运输方式的经济与技术优势[49]。 联合运输[28]是从“门到门”采用多种运输方式衔接进行的运输形式。其更加注重灵活使用多种运输方式并使之高效衔接。国际上，联合运输有多种表述方式。其中，中国台湾的不同地区将他们分别翻译为一贯运输（through transport）、复合运输（multimodal transport）、综合运输（intermodal transport）和联合运输（combined transport）。从国外研究文献来看，联合运输在美国被表述为 intermodal transport，国际商会中被表述为 combined transport，而在世界的其他地区一般称为 multimodal transport，目前社会较为认可的是在欧洲（ECMT）会议上运输部长的定义：联合运输（intermodal transport）是指装在相同的容器内（如集装箱或运输工具等）的货物且货物在转运过程中没有经过拆分和卸货，通过最少两种运输方式运输，主要运输形式是通过公路、铁路和水路进行。联合运输过程往往有多种运输方式，但始末端一般采用短途公路运输的方式来实现“门到门”的运输服务。联合运输主要具有以下几种特征[50]：①运输过程中必须含有两种或以上的运输方式连续运输。②运输过程中，货物必须装在相同的容器内（如集装箱），且货物在转运过程中没有经过拆分和卸货。③运输过程中必须有联运经营人负责全运输过程的管理与协调。④运输过程必须采用统一的运输费率，经由联运经营人向货主一次性以包干形式收取。
..........
2.2 低碳运输概述
近些年，人类正面临全球人口膨胀、资源短缺和环境污染三大危机。因此，改变传统运输现状，发展低碳和低能耗的运输方式就显得格外重要。低碳运输具有低污染、低能耗、高效率和污染小的特点，其重点为提高运输效率，改善运输的能源结构，优化运输过程的发展方式[56]，目的是使综合交通运输系统与运输基础设施有效降低以化石能源为代表的高强度碳能源消耗。中国政府在 2009 年 12 月的哥本哈根会议上对世界做出了保证和承诺，到 2020 年全国单位国内生产总值 CO2排放同 2005 年相比下降40％-45％[57]。因此，未来我国经济将朝着低碳方向转变和发展。而运输在低碳经济中有着的独特地位，可见发展低碳运输即顺应世界潮流，又是实现我国资源、生态和社会经济良性循环的必经之路。 目前总体上讲，我国的交通运输发展仍是采用粗放型方式的。这种方式虽然能有效促进我国的交通运输行业高速发展，但也有很大的代价，比如大量的人力与土地投入以及环境污染等。因此，如何在这种情况下，使用合理高效的运输方式进行运输活动成为企业亟待解决的问题。而低碳运输能有效解决此类问题，在减轻我国交通负荷压力的同时降低环境污染，且低碳运输方式还能有效降低运输成本。如今，中国的交通运输行业正处于快速发展时期。特别是近年来，我国的人民生活水平不断提高，私家车保有量也呈逐年增加的趋势，这就更加大了我国的能源消耗和环境污染。因此，大力发展和推广低碳交通方式意义重大。
..........
第 3 章 考虑碳排放成本的联合运输路径优化模型构建 ........ 23
3.1 问题描述与假设条件 .... 23
3.1.1 问题描述 .... 23
3.1.2 模型假设条件 ...... 23
3.2 模型符号说明 ...... 24
3.3 模型建立..... 26
3.5 本章小结..... 33
第 4 章 考虑碳排放成本的联合运输路径优化模型求解 ........ 35
4.1 求解思路与方法 ........... 35
4.2 相关算法介绍 ...... 35
4.2.1 基于 Dijkstra 算法的 K 最短路算法......... 35
4.2.2 遗传算法 .... 38
4.3 算法设计流程 ...... 42
4.3.1 算法设计思想 ...... 42
