当今社会，运输安全一直是智能交通系统领域的热点研究问题之一。危险品运输路线规划因其具备高风险、高度复杂性的特征，从而带来了模式、组织和管理的变革要求。
本书通过利用数学规划这一方法，揭示危险品运输路径多目标、多层次优化的内涵，评价危险品的运输风险，从多个方面对危险品运输路径优化展开了深入探索。主要内容包括：运输网络中非时变和时变风险条件下危险品运输专用道优化问题、考虑环境风险的危险品运输路径多目标优化问题、单/多任务危险品多式联运路径多目标优化问题和考虑定额碳税政策的危险品多式联运路径双层优化问题等。本书系统、深入地对所研究的各种问题进行数学建模与特征分析，设计了相应的求解算法，并通过大规模数值仿真测试实验，验证了模型及算法的有效性。
本书既可作为管理科学、工商管理、工程管理及其他相关专业的硕士生、博士生开展理论研究的参考用书，也可作为交通运输管理与规划工作人员的决策指导用书。
本书既可作为管理科学、工商管理、工程管理及其他相关专业的硕士生、博士生开展理论研究的参考用书，也可作为交通运输管理与规划工作人员的决策指导用书。
近年来，我国化工、冶金、制造等工业的迅速发展带动了危险品运输业的飞速发展。中国物流与采购联合会危化品物流分会的相关资料显示，当前化工企业是危险品运输业最主要的客户来源，约占总量的90%以上，其中我国东南部危险品消费企业的危险品运输量占总量的71%。同时相关研究也指出，国内约95%以上的危险品需要在不同的城市之间进行运输。2022年我国危险品年运输量已达20.3亿t，预计未来危险品运输量还会进一步增加。
危险品是一类对人员、财产和生态具有潜在或实质性危害的物质材料。危险品的特殊性质决定了在其生产、储存、装卸以及运输过程中总伴随着极大的风险，事故时有发生。若发生事故，轻则造成财产损失，重则会对周围环境造成污染，甚至危及人员安全。高风险是危险品运输区分普通货物运输的标准。如何科学地组织危险品运输具有重大的研究意义。
目前已有的危险品运输方面的图书多从运输组织、管理和实施的角度概要介绍危险品运输规划的知识体系，尽管内容涵盖较为全面，但对运输路径优化理论涉猎不多。虽然部分著作对危险品运输优化理论的发展做出了巨大贡献，然而其研究内容主要集中在危险品运输车辆路径优化问题上，涉及相关危险品运输路径多目标优化、双层规划的较少。研究者需要从实践中提取科学问题，从不同角度构建新的组合优化模型，分析模型的结构特性，在此基础上设计高效的算法，并验证模型和算法的有效性。本书正是基于此开展了相关研究。本书针对危险品运输问题大规模、时变、多目标等特点，考虑专用道设置策略、多式联运方式、环境污染风险、碳排放政策等不同情境，在系统、深入地进行问题分析与数学建模的基础上，开发了有效的算法求解，力图在危险品运输管理优化领域，初步构建应用运筹学技术解决危险品运输问题的理论框架，解决诸如建模方法、算法设计及评价等问题。
本书作者长期从事复杂系统建模与优化、运筹与管理的研究，在危险品运输路径优化理论与方法方面有深厚的积累和深入的研究。本书总结了作者危险品运输路径优化方面的主要研究工作，创新之处包括以下六个方面。
（1）研究了非时变风险条件下危险品运输专用道优化问题。在现有的运输网络中最优地选择在哪些路段上设置专用道，并分别为每一个危险品运输任务设计满足时间和安全要求的专用道路径，以达到最小化专用道设置所造成的交通影响和最小化运输风险的目的。设计了ε约束法获得了原多目标优化问题的帕累托最优解，并利用模糊隶属度法帮助决策者从多个帕累托最优解中选择出一个首选解。
（2）针对非时变风险条件下危险品运输专用道优化问题，开发了一种分割求解法和割平面相结合的算法来求解ε问题。即根据该问题的特征，研究了预处理技术以减少其解空间；采用分割求解法求解ε问题，获得了其最优解；利用割平面法寻找ε问题的有效不等式，加快了分割求解法的收敛。
（3）研究了时变风险条件下危险品运输专用道优化问题。基于该问题的特征，开发了预处理技术以减少解空间，并在此基础上，应用ε约束法将该多目标混合整数规划问题转化为一系列单目标混合整数规划ε问题，提出了基于部分整数松弛策略和一个新的分割面生成技术的分割求解法求解该ε问题。
（4）研究了考虑环境风险的危险品运输路径多目标优化问题，深入分析了环境污染风险的特征，提出了考虑环境污染风险的危险品运输风险评价方法，建立了考虑环境风险的危险品运输路径多目标优化问题的数学模型，开发了基于问题运输时间约束特性的预处理技术以缩小解空间。在此基础上，提出改进的分割求解法求解该问题。
（5）研究了单/多任务危险品多式联运路径多目标优化问题。针对单任务危险品多式联运路径多目标优化问题，在对单任务危险品多式联运风险进行评价的基础上，以最小化多式联运风险和最小化多式联运成本为目标，建立了该问题的多目标整数规划模型。针对多任务危险品多式联运路径多目标优化问题，为了规避多任务问题可能造成的风险分布不均匀的情况，引入了运输弧段和运输站点的风险阈值来兼顾多任务联运风险空间分布的均衡性，构建了多任务危险品多式联运路径多目标优化问题的数学模型，提出了改进的ε约束法，求得问题所有的帕累托最优解。
（6）研究了考虑定额碳税政策的危险品多式联运路径双层优化问题。考虑到政府监管部门以及危险品运输企业之间的不同目标需求，构建了定额碳税政策下的危险品多式联运双层规划模型。同时，考虑到危险品多式联运发生事故概率的不确定性，将事故发生概率设置为不确定参数，通过不确定集合对其进行刻画，结合鲁棒优化理论，实现含不确定参数的双层模型向确定性双层模型的转化。基于转化后模型的特性，提出了两种不同的求解算法：精确算法和改进粒子群-遗传混合算法。
本书系统地遵循提出问题、问题建模、算法设计、算法分析的研究思路，综合运用运筹学、管理学、混合整数规划理论、多目标规划理论、双层规划理论、算法设计技术以及编程技术等多学科的方法开展研究。本书进一步丰富了危险品运输路径优化理论和方法，所提出的运筹优化理论、方法和技术等研究成果，不仅为复杂组合优化问题提供一种新的解决思路，还从运作层面上为危险品运输问题提供有效理论与技术支撑，为政府监管部门和危险品运输企业提供决策技术支撑。
在本书的撰写过程中，作者直接或间接地引用了国内外危险品运输路径优化建模及方法方面的多种文献和数据。前人相关的研究成果是组织开展本书研究工作的基础，在此向相关学者和出版机构表示真诚的感谢。本书的部分研究成果是在国家自然科学基金项目（编号72271201，71601154）、国家社会科学基金项目（编号24BGL109）、陕西省自然科学基金项目（编号2017JQ7008）、西北工业大学精品学术著作培育项目等资助下取得的，西北工业大学管理学院的代翔宇和苏路领参与了相关课题的研究工作，在此一并表示感谢。
虽然书稿进行了反复修改，但由于作者水平有限，仍难免存在错漏之处，恳请各位专家和学者不吝指正。
作者
2024年12月
前 言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 3
1.3 本章小结 4
第2章 相关理论基础 5
2.1 图与网络的基本概念 5
2.2 混合整数规划理论 6
2.2.1 混合整数规划的定义 6
2.2.2 混合整数规划的解法 7
2.2.3 CPLEX求解混合整数规划 8
2.3 分割求解法 9
2.3.1 分割求解法的基本原理 9
2.3.2 分割面、稀疏问题、剩余问题的定义 10
2.4 ε约束法 12
2.4.1 多目标优化问题 12
2.4.2 ε约束法的基本原理 13
2.5 双层规划理论 14
2.5.1 双层规划一般模型 14
2.5.2 双层规划求解算法 15
2.6 不确定性理论及鲁棒优化理论 17
2.6.1 不确定性理论及模型 17
2.6.2 鲁棒优化理论 18
2.7 本章小结 19
第3章 文献综述 20
3.1 危险品运输问题文献综述 20
3.1.1 危险品运输风险衡量综述 20
3.1.2 危险品运输路径优化问题综述 24
3.1.3 危险品运输网络设计问题综述 29
3.1.4 危险品设施选址与路径优化问题综述 32
3.1.5 其他危险品运输问题综述 35
3.2 专用道设置优化文献综述 37
3.2.1 专用道应用综述 37
3.2.2 专用道设置优化问题研究现状 41
3.3 相关文献的计量分析 43
3.3.1 描述性统计分析 43
3.3.2 共现分析 46
3.3.3 知识图谱分析 49
3.3.4 计量分析总结 54
3.4 本章小结 54
第4章 非时变风险条件下HMTLR问题的模型与优化方法 55
4.1 引言 55
4.2 问题建模 56
4.2.1 问题描述 56
4.2.2 风险衡量 57
4.2.3 数学模型 59
4.3 求解算法 61
4.3.1 ε约束法的设计 61
4.3.2 选择首选解 66
4.4 算法验证 67
4.4.1 基准算例测试 68
4.4.2 随机算例测试 68
4.5 本章小结 74
第5章 非时变风险条件下HMTLR问题的改进优化方法 75
5.1 引言 75
5.2 预处理技术 75
5.3 分割求解法的设计 76
5.3.1 稀疏问题、剩余问题的特点 76
5.3.2 定义问题P(ε)的分割面、稀疏问题、剩余问题 77
5.4 割平面法的设计 79
5.4.1 割平面法的基本原理 79
5.4.2 分离算法 80
5.4.3 算法流程 83
5.5 算法验证 84
5.6 本章小结 87
第6章 时变风险条件下HMTLR问题的模型与优化方法 88
6.1 引言 88
6.2 问题建模 89
6.2.1 问题描述 89
6.2.2 数学模型 90
6.3 算法设计 92
6.3.1 单目标ε问题 92
6.3.2 分割求解法的设计 93
6.4 算法验证 100
6.5 本章小结 103
第7章 考虑环境风险的危险品运输路径优化模型与方法 104
7.1 引言 104
7.2 问题建模 104
7.2.1 问题描述 104
7.2.2 风险评价 105
7.2.3 数学模型 105
7.3 算法设计 107
7.3.1 分割求解法 107
7.3.2 定义分割面、稀疏问题、剩余问题 107
7.4 算法测试 109
7.4.1 随机算例产生 109
7.4.2 随机算例测试 110
7.5 本章小结 112
第8章 单任务危险品多式联运路径优化模型与方法 114
8.1 引言 114
8.2 问题概述 115
8.3 风险评价 116
8.4 问题建模 117
8.4.1 假设条件 117
8.4.2 模型构建 117
8.5 问题求解 119
8.5.1 模型单目标化 120
8.5.2 求解Ideal点目标向量 121
8.5.3 求解Nadir点目标向量 123
8.5.4 获取ε值的方法 124
8.5.5 算法流程 126
8.6 算法验证 127
8.6.1 验证环境 127
8.6.2 实例分析 127
8.7 本章小结 130
第9章 多任务危险品多式联运路径优化模型与方法 132
9.1 引言 132
9.2 问题概述 132
9.3 多任务风险评价 133
9.4 问题建模 134
9.4.1 假设条件 134
9.4.2 模型构建 135
9.5 问题求解 137
9.5.1 模型单目标化 137
9.5.2 求解Ideal点目标向量 138
9.5.3 求解Nadir点目标向量 139
9.5.4 获取ε值的方法 141
9.5.5 算法流程 142
9.6 算法验证 142
9.7 本章小结 146
第10章 考虑定额碳税政策的危险品多式联运路径优化模型与方法 147
10.1 引言 147
10.2 问题概述 148
10.3 问题建模 149
10.3.1 问题假设 149
10.3.2 参数变量及符号设定 150
10.3.3 模型构建 151
10.3.4 含不确定参数的双层模型转化 153
10.4 问题求解 155
10.4.1 基于KKT条件的精确算法 156
10.4.2 改进粒子群-遗传混合算法 160
10.5 算例验证 169
10.5.1 算例生成 170
10.5.2 算法测试 172
10.5.3 算法分析 175
10.6 本章小结 180
第11章 总结与展望 181
11.1 主要工作与创新点 181
11.2 未来工作展望 183
参考文献 185
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