一种成品油管道输送协调优化系统

1.本发明涉及一种成品油管道输送协调优化系统，属于成品油输送技术领域，特别涉及成品油管道输送成本领域。


背景技术：

2.管道承运方在实现管道运输服务的同时，需要向油品托运方收取一定的运输服务费用，以收回服务成本并获得合理的收益。当前，成品油管道以单位周转量价格进行收费。该价格的制定是基于准入成本和合理收益为基本定价原则，未考虑其他可替代的成品油运输方式的市场定价。当前的成品油管道输送价格对照其他可替代的运输方式不具备竞争优势，成品油管输周转量处在较低状态。因此，需要优化现行的成品油管道输送价格，提升成品油管道输送周转量，在维护好油品托运方和管道承运方协调关系的前提下，进一步提升管道承运方的收益水平。
3.现行的成品油管道输送价格采取了以服务成本法为基础的定价原则。基于服务成本法，首先，管道承运方依据自身提供管道输送服务产生的总成本以及行业的准许收益率核算准许总收益；然后，准许总收益除以预期的管道总周转量则为单位周转量管道输送价格。该定价方法的初衷是使管道承运方能够维持在一个适当的盈利水平。但是，该定价方法中预期的管道总周转量是一个固定的参数，由上游油品供应水平和下游市场油品需求水平确定，不随管道输送价格的变化而变化，没有考虑其他可替代的成品油运输方式的竞争性关系。在当前定价模式下，实际的成品油管道总周转量远远低于预期的管道总周转量，从而使得成品油管道承运方的收益水平受到严重影响。若管道输送价格制定过高，油品托运方则会选择其他更经济的承运方式，这将导致实际的管道周转量低于预期值，从而使得管道承运方无法获得预期的收益。因此，基于服务成本法的定价方法，没有考虑其他可替代的成品油运输方式的市场定价，忽略了管道输送价格的变化对管道总周转量的影响，影响了管道承运方的收益水平的提升。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种成品油管道输送协调优化系统，其统一优化管道承运方的成品油管道输送价格和油品托运方的整体成品油运输方案，以促进管道承运方提升管道输送周转量，提升收益水平，同时，不增加油品托运方的整体物流费用，维护管道承运方与油品托运方的长久稳定的协调关系。
5.为了实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种成品油管道输送协调优化系统，包括：物流信息输入模块，管输协调优化模块和优化方案输出模块；物流信息输入模块，用于导入管输协调优化模块所需的基础信息；管输协调优化模块，用于实现油品托运方物流费用优化和管道承运方管输收益优化；优化方案输出模块，用于导出优化完成的管道承运方的价格方案和油品托运方的整体运输方案。
6.进一步，物流信息包括油品托运方信息和承运方信息；油品托运方信息包括每个
供应点每种油品的计划供应量和每个需求点每种油品的计划需求量；承运方信息包括不同运输路径下不同运输方式的单位运输价格或价格区间。
7.进一步，管输协调优化模块包括油品托运方物流费用优化模型和管道承运方管输收益优化模型，油品托运方物流费用优化模型为线性规划模型，管道承运方管输收益优化模型为非线性规划模型。
8.进一步，油品托运方物流费用优化模型的目标函数为最小化物流费用f：
9.min f＝f1 f210.其中，f1是油品运输费，f2是油品需求未得到满足的惩罚费用。
[0011][0012]
其中，为第z种运输方式的单位周转量运输价格；l
i，j，z
为第i个供应点至第j个需求点的第z种运输方式的运输距离；v
i，j，k，z
为用第z种运输方式将第k种油品从第i个供应点运输至第j个需求点的质量；以i表示供应点编号的集合，供应点编号用i表示；以j表示需求点编号的集合，需求点编号用j表示；以k表示油品编号的集合，油品编号用k表示；以z＝{1，2，
…
，z
max
}表示运输方式编号的集合，运输方式编号用z表示。
[0013][0014]
其中，为第j个需求点的第k种油品需求未得到满足的单位惩罚费用；为第j个需求点的第k种油品需求未得到满足的质量。
[0015]
进一步，管道承运方管输收益优化模型的目标函数为最大化管输收益f
′
：
[0016][0017]
其中，为第z种运输方式的单位周转量运输价格；l
i，j，z
为第i个供应点至第j个需求点的第z种运输方式的运输距离；v
i，j，k，z
为用第z种运输方式将第k种油品从第i个供应点运输至第j个需求点的质量。
[0018]
进一步，管输收益优化模块的优化目标是最小化物流费用目标函数f的同时，使管输收益f
′
最大化。
[0019]
进一步，管输收益优化模块中提升管输收益的前提是不增加油品托运方总物流费用：
[0020][0021]
其中，cc是油品托运方物流费用优化模型计算得到的总物流费用。
[0022]
进一步，每个需求点的油品缺货量为油品计划需求量减去来自各个油品供应点的运输量之和，需求点的油品质量守恒方程为：
[0023][0024]
其中，为第j个需求点对第k种油品的计划需求量。
[0025]
进一步，每个供应点的油品剩余量为油品计划供应量减去送往各个油品需求点的
运输量之和，供应点的油品质量守恒方程为：
[0026][0027]
其中，为第i个供应点的第k种油品的剩余质量，为第i个供应点对第k种油品的计划供应量。
[0028]
进一步，每条运输路线的运输量的运力满足下式要求：
[0029][0030]
其中，b
i，j，z
为表征不同运输路线的二元参数，b
i，j，z
＝1表示存在第i个供应点至第j个需求点的第z种运输方式的运输路线；b
i，j，z
＝0表示不存在该条运输路线；和分别为第i个供应点至第j个需求点的第z种运输方式的运输下限和运输上限。
[0031]
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0032]
1、本发明的方案统一优化管道承运方的成品油管道输送价格和油品托运方的整体成品油运输方案，以促进管道承运方提升管道输送周转量，提升收益水平，同时，不增加油品托运方的整体物流费用，维护管道承运方与油品托运方的长久稳定的协调关系。
[0033]
2、本发明方案优化得到的成品油管道输送价格在不提升油品托运方总物流费用的前提下，最大化管输收益，可为成品油管输价格制定提供参考。
附图说明
[0034]
图1是本发明一实施例中成品油管道输送协调优化方法的流程图；
[0035]
图2是本发明一实施例中托运方的油品供应计划；
[0036]
图3是本发明一实施例中托运方的油品需求计划；
[0037]
图4是本发明一实施例中供应方不同运输方式运量比例。
具体实施方式
[0038]
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方向，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0039]
为了解决现有技术中没有考虑其他可替代的运输方式竞争对成品油管道输送成品和价格的影响，本发明提供了一种成品油管道输送协调优化系统，提出了一个基于两阶段的数学优化模型，进行成品油物流费用优化和管输收益优化，包含物流信息输入模块、管输协调优化模块以及优化方案输出模块。信息输入模块为协调优化模块提供基本参数；基于油品托运方物流费用优化模型，实现原管输价格下的最低物流费用计算；然后基于管道承运方管输收益优化模型，实现管输价格优化，最大化管输收益；方案输出模块为协调优化模块展示优化结果。应用本发明优化得到的成品油管道输送价格能够刺激油品托运方提高管输周转量，在不提升油品托运方总物流费用的前提下，最大化管道承运方管输收益，可为成品油管输价格制定提供参考。下面结合附图，通过实施例对本发明的方案进行详细说明。
[0040]
实施例一
[0041]
本实施例公开了一种成品油管道输送协调优化系统，如图1所示，包括：物流信息输入模块，管输协调优化模块和优化方案输出模块。
[0042]
物流信息输入模块，用于导入管输协调优化模块所需的基础信息。物流信息包括油品托运方信息和承运方信息；油品托运方信息包括油品供应计划和油品需求计划，即每个供应点每种油品的计划供应量和每个需求点每种油品的计划需求量；承运方信息包括管道、火车、轮船和油罐车的运输信息，即不同运输路径下不同运输方式的单位运输价格或价格区间。物流信息输入模块产生的数据可以通过excel表格等方式与管输协调优化模块进行数据传输。
[0043]
管输协调优化模块，用于实现油品托运方物流费用优化和管道承运方管输收益优化。管输协调优化模块包括油品托运方物流费用优化模型和管道承运方管输收益优化模型，油品托运方物流费用优化模型为线性规划模型，管道承运方管输收益优化模型为非线性规划模型。
[0044]
优化方案输出模块，用于导出优化完成的价格方案和整体运输方案。优化方案输出模块可通过excel表格与管输协调优化模块之间进行传输。优化方案输出模块的输出内容包括最优价格方案和整体运输方案两部分。最优价格方案包括单位周转量、单位质量管输价格和管输收益。整体运输方案包括不同运输路线不同油品不同运输方式的运输量，不同供应点不同油品的分配情况和不同需求点不同油品的接收情况。
[0045]
本实施例中，油品托运方物流费用优化模型和管道承运方管输收益优化模型中，以i＝{1，2，
…
，i
max
}表示供应点编号的集合，供应点编号用i表示；以j＝{1，2，
…
，j
max
}表示需求点编号的集合，需求点编号用j表示；以k＝{1，2，
…
，k
max
}表示油品编号的集合，油品编号用k表示；以z＝{1，2，
…
，z
max
}表示运输方式编号的集合，运输方式编号用z表示。
[0046]
管输协调优化模块包括油品托运方物流费用优化模型和管道承运方管输收益优化模型。油品托运方物流费用优化模型是基于托运方信息和承运方信息，计算得到现有管输价格下的最低的总物流费用。该最低总物流费用作为管道承运方管输收益优化模型的一类输入信息，用以保证新管输价格下的总物流费不高于原管输价格下的总物流费。
[0047]
油品托运方物流费用优化模型包括目标函数和约束条件，该模型的目标函数为完成油品运输任务前提下最小化物流费用，油品托运方物流费用f的具体形式为：
[0048]
min f＝f1 f2ꢀꢀꢀ
(1)
[0049]
其中，f1是油品运输费，f2是油品需求未得到满足的惩罚费用。
[0050]
油品运输费与油品运输距离、运输量、不同运输方式的单位周转量价格有关，油品运输费f1的计算公式为：
[0051][0052]
其中，为第z种运输方式的单位周转量运输价格；l
i，j，z
为第i个供应点至第j个需求点的第z种运输方式的运输距离；v
i，j，k，z
为用第z种运输方式将第k种油品从第i个供应点运输至第j个需求点的质量。
[0053]
油品需求未得到满足的惩罚费用f2与需求点缺货量、单位缺货惩罚费用有关，惩罚费用f2的计算公式为：
[0054]
[0055]
其中，为第j个需求点的第k种油品需求未得到满足的单位惩罚费用；为第j个需求点的第k种油品需求未得到满足的质量。
[0056]
油品托运方物流费用优化模型的约束条件具体为以下几种：
[0057]
1)每个需求点的油品需求量需满足一定的范围，即需满足下式：
[0058][0059]
其中，和分别为第j个需求点对第k种油品的需求下限和上限；为第j个需求点对第k种油品的计划需求量。
[0060]
2)每个供应点的油品供应量需满足一定的范围，即需满足下式：
[0061][0062]
其中，和分别为第i个供应点对第k种油品的供应下限和上限；为第i个供应点对第k种油品的计划供应量。
[0063]
3)每个需求点的油品缺货量为油品计划需求量减去来自各个油品供应点的运输量之和，需求点的油品质量守恒方程为：
[0064][0065]
其中，为第j个需求点对第k种油品的计划需求量。
[0066]
4)每个供应点的油品剩余量为油品计划供应量减去送往各个油品需求点的运输量之和，供应点的油品质量守恒方程为：
[0067][0068]
其中，为第i个供应点的第k种油品的剩余质量，为第i个供应点对第k种油品的计划供应量。
[0069]
5)每条运输路线的运输量与存在的运输网络有关，同时也需要满足运力要求。每条运输路线的运输量的运力满足下式要求：
[0070][0071]
其中，b
i，j，z
为表征不同运输路线的二元参数，b
i，j，z
＝1表示存在第i个供应点至第j个需求点的第z种运输方式的运输路线；b
i，j，z
＝0表示不存在该条运输路线；和分别为第i个供应点至第j个需求点的第z种运输方式的运输下限和运输上限。
[0072]
管道承运方管输收益优化模型由油品托运方物流费用优化模型升级得到。该模型的功能是基于托运方信息和承运方信息，优化得到使得管输收益最大的管道价格，同时保证油品托运方总物流费用较油品托运方物流费用优化模型计算得到的总物流费用不上升。管道承运方管输收益优化模型的具体信息，包括目标函数和约束条件。管输收益f
′
与油品管输距离、管输量、单位周转量管输价格有关，管道承运方管输收益优化模型的目标函数为最大化管输收益f
′
：
[0073][0074]
其中，为第z种运输方式的单位周转量运输价格；l
i，j，z
为第i个供应点至第j个需求点的第z种运输方式的运输距离；v
i，j，k，z
为用第z种运输方式将第k种油品从第i个供应点
运输至第j个需求点的质量。
[0075]
每种运输方式的单位周转量价格需满足一定的范围，管道承运方管输收益优化模型中提升管输收益的前提是不增加油品托运方总物流费用，除了管道以外，其余运输方式单位周转量价格为定值，即
[0076][0077]
提升管输收益的前提是不增加油品托运方总物流费用，其可以表示为：
[0078][0079]
其中，cc是油品托运方物流费用优化模型计算得到的总物流费用。
[0080]
此外，油品托运方物流费用优化模型的约束条件同样也适用于在管道承运方管输收益优化模型。
[0081]
实施例二
[0082]
基于相同的发明构思，本实施例以我国某个地区成品油管道为研究对象，通过实施例一中的成品油管道输送协调优化系统，对进行物流费用和管输收益进行优化。
[0083]
首先，搜集油品托运方的需求计划和供应计划以及其他各类运输方式的路径和定价信息。本实施例中总共涉及11个供应点、72个需求点、3种油品和4种运输方式。托运方的油品供应计划和需求计划分别如图2和图3所示。柴油计划供应量和计划需求量均为72.2万吨，汽油计划供应量和计划需求量均为109.7万吨，煤油计划供应量和计划需求量均为5.5万吨。
[0084]
管输协调优化模块包括油品托运方物流费用优化模型和管道承运方管输收益优化模型，油品托运方物流费用优化模型为线性规划模型，管道承运方管输收益优化模型为非线性规划模型。
[0085]
管输初始定价为0.196元/(吨
·
公里)。利用油品托运方物流费用优化模型，计算得到总物流费用最低为10494万元，对应的管道周转量为18152(万吨
·
公里)，管输收益为3558万元。在此基础上，利用管道承运方管输收益优化模型，得到最优的管输定价为0.189元/(吨
·
公里)。在该管输价格下，计算得到总物流费用仍旧为10494万元，对应的管道周转量为19616(万吨
·
公里)，管输收益为3715万元。由此可见，管输价格的降低，增加了1464(万吨
·
公里)的管道周转量，增加了157万元的管输收益。最优管输价格下的整体运输方案如图4和表1所示。图4展示了不同运输方式的运量比例，其中，管道运量占66.3％，火车运量占28.9％，轮船运量占1.1％，油罐车运量占3.7％。表1展示了具体的运量信息。应用本实施例得到的运输方案中，管道运量占比最大，火车次之，轮船占比最小，充分发挥了管道长距离、大批量、低运费的优势，大大降低了总物流费用，同时，提高了管道托运方的收益。
[0086]
表1供应点s1和s2的运输方案表
[0087][0088][0089]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0090]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0091]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0092]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0093]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。