农村客运与货运协同发展的综合框架：一种多时段定位-库存-路线规划方法

《Computers & Industrial Engineering》：Integrated framework for rural passenger and freight synergy: A multi-period location-inventory-routing approach

　　• 提出的多期LIRP模型用于农村客货一体化。
• 现有的客运巴士为农村物流提供了多余的货运能力。
• 服务站的库存能够衔接货物的到达和固定巴士的出发时间。
• 开发并验证了一种IGCWALNS-SA启发式算法，并通过大量实验进行了验证。
• 在租赁成本不确定性的情况下，鲁棒优化方法能够确定稳定的服务站位置。

**引言**
实现城乡之间公共服务的公平获取，关键在于解决农村物流中“覆盖成本高”与“服务频率低”之间的根本矛盾。与依靠密集道路网络和按需响应能力的城市系统不同，农村地区以极端的地理分散和物流需求的空间碎片化为特征。这些特点使得依赖规模经济的传统配送模式在经济效益上不可行（Bruzzone等人，2021年）。在这种情况下，“ passenger、货运和邮政服务的整合”成为一种制度创新。该模型旨在通过资源共享和运营协调，系统地利用现有的农村客运网络、邮政基础设施和灵活的物流资源，从而建立一个包容且成本效益高的服务体系（He等人，2023年）。这种方法的有效性取决于在多个维度上实现高效协调：运输方式（固定路线服务和灵活车辆）、决策层级（战略设施选址和实时调度）以及时间尺度（多期规划）。因此，其核心问题是一个高度复杂的集成优化问题。

尽管现有研究从不同角度探讨了农村物流优化（Cavallaro & Nocera，2022年），但在解决综合性客货运输系统的结构特征方面仍存在显著差距。首先，大多数研究未能充分考虑农村的一个基本约束——即作为系统唯一确定性的容量基础的低频、固定时间的客运服务。许多模型要么隐含地假设运输资源的灵活调度（Diabat等人，2024年），要么将固定时间表仅视为静态容量约束，从而忽略了它们作为系统“时间锚”的关键作用。结果，由于与不频繁且不可变的出发时间不匹配，提出的优化方案往往不切实际（Ghilas等人，2016年）。其次，现有的协调优化框架主要关注单期或静态规划范式，未能将多期库存缓冲机制直接纳入系统设计（Mancini，2016年）。鉴于预定出发时间之间的潜在长间隔，使普通货物能够在多个期间内储存在服务站中对于整合分散的需求和提高车辆装载率至关重要。然而，在低频的农村客货系统中，跨期服务站库存作为灵活物流车辆与固定巴士时间表之间协调机制的显式建模仍然不够充分。最后，尽管问题的计算复杂性已被认识到，但针对其大规模、多期特性的高效、特定问题的算法仍然非常稀缺——这严重限制了这些模型在现实决策中的实际应用（Sethanan等人，2026年）。

为了系统地弥合这些研究和实践上的差距，本研究探讨了一个在确定性需求条件下的多期协作优化问题，用于整合农村客货运输网络。如图1所示，该系统包括一个区域配送中心、一组候选的乡镇服务站以及分散的村庄。运营依赖于两种异构的车辆车队：在固定路线上运行的定时巴士，以及从配送中心调度的灵活物流车辆。图1是一个简化表示，抽象掉了详细的地理布局和完整的车辆轨迹，以突出网络组件之间的功能关系和核心货物 transfer 机制。

鉴于所有规划期间每个客户节点对货物的确定性、时变需求——并明确区分普通货物和特殊货物——决策者必须共同优化三个相互依赖的决策层：战略设施选址决策，即选择开放哪些候选服务站；战术层面的服务站库存定位和跨期补充计划；以及运营层面的货物分配、预定巴士的取货和送货数量，以及与不可变巴士时间表协调的物流车辆路线决策。总体目标是降低系统总成本，包括基于巴士的服务成本、固定服务站的租赁成本和物流车辆的运输成本。假设开放服务站的短期存放和交接功能由服务站租赁成本覆盖，因此不单独计算依赖数量的库存持有成本。

这项研究的重点是开发一个协调优化模型，将固定巴士时间表视为严格的时间框架，将服务站库存视为灵活的时间缓冲区。图1的左侧面板展示了空间网络结构，右侧面板展示了代表性服务站的时间库存缓冲过程。早期由物流车辆配送的普通货物可以暂时储存在服务站，随后由后续的定时巴士收集。因此，服务站库存起到了时间桥梁的作用，将货物到达与低频客运出发时间解耦。

本研究有三个主要贡献：首先，它开发了一个多期的定位-库存-路线公式，用于农村客货一体化，其中固定巴士时间表被视为严格的时间锚点，服务站库存被建模为内生的跨期协调状态。所提出的时间桥梁机制共同涵盖了服务站开放、库存延续、货物运输方式分配、预定巴士的取货和送货数量，以及物流车辆的路线规划，适用于低频客运服务条件。其次，它针对提出的问题结构开发了一种IGCWALNS-SA启发式算法。该算法结合了迭代贪婪服务站选择、Clarke-Wright物流路线构建、自适应破坏-修复搜索和模拟退火接受机制，以高效构建可行解决方案。第三，它基于转换后的基准实例和真实的农村县级案例提供了计算和管理证据。实验考察了跨期协调、巴士服务频率、服务站运营成本、需求增长和租赁成本不确定性等方面的影响，从而为基础设施规划、补贴设计、服务站选择和农村物流运营决策提供了支持。

所提出的客货一体化系统旨在作为低量、非紧急且时间表兼容的农村配送的补充机制，而不是替代专用货运配送。因此，这种确定性建模应被视为在相对稳定的巴士时间表和可预测的聚合需求模式下的战略和战术规划近似。

本文的其余部分安排如下：第2节进行了系统性文献回顾，并将我们的工作置于现有研究框架内。第3节提供了问题的正式描述和数学模型的介绍。第4节详细介绍了提出的混合ALNS启发式算法。第5节报告了在经典基准实例和真实世界案例上进行的计算实验，并讨论了所得到的管理见解，包括在成本不确定性下的鲁棒优化扩展。第6节总结了本文并概述了未来研究的潜在方向。

**文献回顾**
建立可持续的农村物流存在一个基本悖论：高频市场驱动的模型导致运营成本过高，而低频公共服务模型则无法满足不断增长的需求（Cavallaro & Nocera，2023年）。将客运、货运和邮政服务整合起来被广泛认为是解决这一矛盾的关键制度创新（Bruzzone等人，2021年；He等人，2023年）。现有研究已经探讨了合作路线规划在其中的应用。

**问题构建**
与第1节中阐明的范围一致，所提出的客货一体化系统被建模为低量、非紧急且时间表兼容的农村配送的补充机制。低频巴士提供有限但可预测的容量基础，而灵活的物流车辆则负责紧急、特殊或时间表不兼容货物的直接配送。因此，本研究中开发的确定性建模应被视为在这种条件下的战略和战术规划近似。

**解决方案方法**
为了解决前一段中提出的多期集成客货物流问题，开发了一种名为IGCWALNS-SA的算法，该算法结合了迭代贪婪（IG）服务站选择、Clarke-Wright路线构建、自适应破坏-修复搜索和模拟退火算法。