20、集装箱调度规划与技术融合评估的研究进展

集装箱调度规划与技术融合评估的研究进展

1. 集装箱调度规划问题

集装箱运输车辆的调度规划问题与一般车辆路径问题不同，可视为多车辆按需接送类型，需根据客户要求，通过有容量限制的多辆车运输集装箱，并考虑装卸的前后约束。以往研究虽提出了一些模型和方法，但存在不足。例如，Gacias 等人（2009）提出的支持车辆路径问题决策的架构，忽略了集装箱运输中的一些约束；Maxwell 和 Muckstadt（1981）以及 Yun 等人（1999）的研究未充分考虑时间窗口。

为解决这些问题，提出了一种基于最小化空箱转移距离的方法，通过 CSP 和元启发式算法实现决策支持功能，同时考虑规划约束的变化，减少时间和成本。

1.1 调度规划支持系统的定义

以韩国一家综合运输公司为例，处理将分散在全国 18 个运输点的 1000TEU 集装箱调度到 400 辆车的问题。目的和约束如下：
- 目标函数 ：最小化空集装箱转移距离。
- 约束条件 ：
- 运输约束 ：多次取货与送货、多仓库、时间窗口、考虑动态事件。
- 货物约束 ：货物容量、货物运输优先级、重量限制、考虑动态事件。
- 车辆约束 ：多车辆、车辆容量、多轮运输、车辆调度优先级、车辆返回、考虑动态事件。

1.2 问题的解决

为使待解决的问题标准化，通过访谈分析了如 Kukbo 公司和 SC 全球釜山分公司等现场运营的需求。基于这些结果，展示了问题及其解决方案。

1.3 系统的功能和结构

该系统是一个决策支持系统，可在规划过程中根据用户视角修改和管理可能变化的基本信息，并反映对最终解决方案的评估。系统框架由 5 种模块组成：
- 基本信息管理模块 ：管理调度规划所需的货物信息和车辆信息，支持灵活规划和修改/重新规划过程。
- 预规划设置模块 ：支持应反映到规划中的预约束和参数。
- 规划模块 ：基于 CSP 和元启发式技术，减少手工操作中可能出现的错误，提高规划质量水平，并支持规划结果管理。
- 规划修改和重新规划模块 ：根据规则和手册支持调度过程，以将规划后产生的动态事件反映到早期规划中。
- 评估模块 ：通过比较和检查各种既定规划结果，支持得出最优选方案。

CSP 技术将待解决的问题表示为约束并寻找解决方案。Kim 等人（2002）提出了使用约束规划技术的调度规划解决方案。

1.4 系统的实现

• 数据库 ：系统的数据库结构示例如下表所示：
  | Table | Field | Description |
  | — | — | — |
  | Vehicle | car_kubun | 车辆分类 |
  | Vehicle | car - no | 车辆编号 |
  | Vehicle | driver_name | 司机姓名 |
  | Vehicle | driver_phone | 司机手机号码 |
  | Vehicle | load_status | 负载约束 |
  | Vehicle | car_size | 车辆尺寸（20 英尺/40 英尺） |
  | Vehicle | start_addr | 取货位置地址 |
  | Vehicle | start_time | 取货时间 |
  | Vehicle | end_addr | 送货位置地址 |
  | Vehicle | end_time | 送货时间 |
  | Cargo | cont_size | 货物尺寸（20 英尺/40 英尺） |
  | Cargo | cont_wgt | 货物重量 |
  | Cargo | c_code | 客户代码 |
  | Cargo | c_kubun | 客户分类 |
  | Cargo | tel | 电话 |
  | Cargo | crg | 负责人 |
  | Shipper | addr | 地址 |

• 界面 ：考虑上述基本数据和规划约束，可构建系统界面，用于未来系统实现时更系统地显示信息。

系统计划在进一步研究中开发，需要基于 J2SE 语言的 Window 2003 服务器和 MS - SQL 2000 数据库，并通过 CSP 技术和元启发式技术结合预定义的约束和数据进行求解。

1.5 评估计划

为评估开发的系统，分析算法的功能。比较在 CSP 技术中添加元启发式技术进行规划所需的时间与仅使用 CSP 技术进行调度所需的时间。此外，比较在现有 CSP 技术中添加元启发式技术后解决方案的改进程度，以及每种解决方案在规划过程中最终节省的车辆数量和空车率。

2. 技术融合评估的微观方法

技术创新是理解行业趋势的重要指标，近年来技术创新的主要范式是“融合”。技术融合是各行业解决技术问题过程中出现的集体技术创新现象，在科技和工业领域的进步中至关重要。

以往对技术融合的研究多从宏观角度进行，通过基于专利分析的统计方法研究行业间的融合，但存在一些缺陷。例如，宏观分析在选择专利或处理专利类别时需要大量操作定义，且由于自上而下的方法，难以根据实际定义评估融合水平，无法解释技术创新的实际过程。

为弥补现有研究的不足，采用微观方法，通过专利引文分析自下而上地研究技术融合。

2.1 技术融合的文献回顾

技术融合始于英国工业革命，Rosenberg 通过分析英国机床技术创新历史证实了其出现。Kodama 提出“技术融合”概念，将技术创新分为突破和融合两类，技术融合是两种不同技术融合产生新功能的现象。在许多研究中，“融合”和“收敛”常互换使用，本研究采用更具包容性的“收敛”一词。

近年来，统计分析成为研究技术融合的常用方法，专利数据适合用于理解技术融合。不同学者通过专利分析研究了不同领域的技术融合，如 Jung - Tae Hwang 分析了韩国和台湾的多技术能力，Clive - Steven 开发了用于监测营养保健品和信息通信技术领域的专利指标等。

2.2 微观分析方法

为克服宏观研究的问题，提出了一种确定单个专利融合水平的新分析方法。从微观角度看，给定技术领域的融合水平可视为该领域内专利的平均融合水平。

由于基于基本专利数据无法评估专利的绝对融合水平，因此提出了一种从相对角度测量融合的方法。技术融合在专利引文网络中的过程如下：一个具有特定功能的基本技术（专利 b1）与其他基本技术（专利 b2、b3）结合，创造出具有新功能的融合技术（根专利）。基于此过程，得出相对融合指标：
[CI = \frac{N_b}{N_f + 1} \cdot \frac{\sum CI_{b.patents}}{N_b}=\frac{\sum CI_{b.patents}}{N_f + 1}]
如果 (N_b = 0)，则 (CI = 1)。其中，CI 是专利的融合指标，(N_b) 是向后引用专利的数量，(N_f) 是向前引用专利的数量。向后/向前引用的比例表明：被许多专利引用意味着作为融合技术具有更高价值；引用许多专利意味着作为源技术具有更高价值。该指标考虑了向后和向前引用，用于确定单个专利技术的相对融合水平。如果专利的向前引用数量为 0，其融合水平是其向后引用专利的融合指标之和；如果专利不引用其他专利，融合水平设为 1。如果专利的融合指标大于 1，则该专利存在融合；如果小于 1，则该专利作为原始技术被广泛使用。

后续将通过实证分析测试这些方法在评估专利融合水平方面的有效性。

通过以上研究，集装箱调度规划系统有望提高运输效率，减少成本；而技术融合的微观评估方法将有助于更准确地理解技术创新的实际过程。

集装箱调度规划与技术融合评估的研究进展

3. 集装箱调度规划系统的优势与应用前景

集装箱调度规划系统的开发具有显著优势和广阔的应用前景。

3.1 系统优势

• 考虑全面约束 ：该系统充分考虑了运输、货物和车辆等多方面的约束条件，包括动态事件。这使得规划结果更符合实际运营情况，提高了调度的可行性和有效性。例如，在实际运输中，可能会出现交通拥堵、车辆故障等动态事件，系统能够根据这些情况及时调整规划，保证运输的顺利进行。
• 提高规划质量 ：基于 CSP 和元启发式技术的规划模块，减少了手工操作中的错误，提升了规划质量。传统的手工规划容易受到人为因素的影响，而该系统通过算法优化，能够更科学地安排车辆和货物的调度，提高运输效率。
• 支持灵活管理 ：基本信息管理模块和规划修改、重新规划模块支持对基本信息的灵活管理和修改。在规划过程中，如果出现货物信息变更、车辆调度调整等情况，系统可以快速响应，进行相应的修改和重新规划。

3.2 应用前景

• 物流行业 ：在物流行业中，集装箱运输是重要的一环。该系统可以帮助物流企业优化车辆调度，降低运输成本，提高客户满意度。例如，通过减少空箱转移距离，降低了运输过程中的能源消耗和成本；同时，准确的调度规划可以保证货物按时到达，提高客户的信任度。
• 综合运输公司 ：对于综合运输公司来说，该系统可以整合不同运输方式和资源，实现全国范围内的集装箱调度规划。通过考虑多仓库、多车辆等因素，提高了运输资源的利用率，增强了公司的竞争力。

4. 技术融合评估方法的意义与应用场景

技术融合评估的微观方法具有重要意义，并且在多个场景中具有应用价值。

4.1 方法意义

• 弥补宏观研究不足 ：微观方法通过专利引文分析，自下而上地研究技术融合，弥补了宏观研究在评估单个专利融合水平方面的不足。它能够更准确地反映技术创新的实际过程，为技术创新的研究提供了新的视角。
• 提供相对融合指标 ：提出的相对融合指标（CI）能够量化单个专利的融合程度，为评估技术融合提供了具体的衡量标准。这有助于企业和研究机构更好地了解技术发展趋势，发现有潜力的技术领域。

4.2 应用场景

• 企业技术研发 ：企业在进行技术研发时，可以利用该方法评估相关专利的融合水平，选择具有高融合潜力的技术进行研发投入。例如，通过分析专利的 CI 值，企业可以判断哪些技术更有可能产生新的创新成果，从而优化研发资源的分配。
• 政府科技政策制定 ：政府在制定科技政策时，可以参考该方法的评估结果，确定重点支持的技术领域。对于融合程度高、具有发展潜力的技术领域，政府可以加大资金投入和政策支持，促进技术创新和产业发展。

5. 总结与展望

集装箱调度规划系统和技术融合评估的微观方法在各自领域都具有重要的研究价值和应用前景。

集装箱调度规划系统通过考虑实际约束、采用先进技术，提高了规划质量和运输效率，有望在物流和运输行业得到广泛应用。未来，可以进一步完善系统功能，如增加实时监控和预警功能，提高系统的智能化水平。

技术融合评估的微观方法为技术创新研究提供了新的途径，能够更准确地评估单个专利的融合水平。在未来的研究中，可以扩大样本范围，验证方法的普适性；同时，结合其他技术指标，进一步完善评估体系。

总之，这两项研究成果将为相关领域的发展提供有力支持，推动行业的进步和创新。

以下是集装箱调度规划系统模块关系的 mermaid 流程图：

graph LR
    A[基本信息管理模块] --> B[预规划设置模块]
    B --> C[规划模块]
    C --> D[规划修改和重新规划模块]
    C --> E[评估模块]
    D --> C
    E --> C

以下是技术融合评估方法步骤的列表：
1. 收集专利数据，包括向后引用专利数量 (N_b) 和向前引用专利数量 (N_f)。
2. 根据公式 (CI = \frac{N_b}{N_f + 1} \cdot \frac{\sum CI_{b.patents}}{N_b}=\frac{\sum CI_{b.patents}}{N_f + 1}) 计算专利的融合指标 CI。
3. 判断 (N_b) 是否为 0，如果 (N_b = 0)，则 (CI = 1)。
4. 根据 CI 值评估专利的融合水平：CI > 1 表示存在融合；CI < 1 表示作为原始技术被广泛使用。

通过以上内容，我们对集装箱调度规划和技术融合评估有了更深入的了解，希望这些研究成果能够在实际应用中发挥更大的作用。