不同冲击下中国快递网络级联失效抗毁性研究

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快递网络作为经济社会“大动脉”“微循环”的重要载体,其运行高度依赖外界环境,自然灾害、突发疫情、购物节“爆仓”等事件对快递网络的稳定运行造成很大威胁。如何有效地最小化各类冲击带来的风险,提升快递网络抗毁性,对快递网络健康安全发展具有重要意义。本文以顺丰速运订单数据为基础,构建了一个由309个节点和1955条边组成的快递网络,在分析其结构特征的基础上,重点研究突发事件和需求激增两种不同冲击下,快递网络结构稳定性、时效性和承载能力三个方面的级联失效抗毁性。主要研究结论如下:(1)快递网络结构特征。利用Pajek构建快递网络,并从整体、节点和组团三方面分析网络结构特征。结果显示,快递网络是小世界网络,且具有无标度性。绝大多数城市的度值较低,仅少数城市度值很高,度值高的城市在网络中占据核心地位,集散中转能力最强,最终形成了由全国性快递节点城市、区域性快递节点城市、地区性快递节点城市、末端快递节点城市构成的多层级结构。并且,网络存在明显社团结构,形成了以杭州、深圳、北京、郑州、西安、成都六个城市为枢纽的六大网络子社团。(2)突发事件下快递网络级联失效抗毁性。通过模拟攻击方式、容限系数、负载重分配策略对快递网络抗毁性的影响,考察突发事件下快递网络级联失效抗毁性。研究发现,快递网络抵御随机攻击能力较强,而面对蓄意攻击比较脆弱,尤其介数降序攻击方式对网络抗毁性影响最大;网络抗毁性与节点容限系数之间不是简单的线性关系,考虑到枢纽节点破坏面的扩大会给网络带来强负载压力,所以节点容限设置并不是越高越好;不同负载重分配策略下,快递网络抗毁性能表现不同。就仅考虑邻居节点的局部分配策略而言,剩余容量分配策略下快递网络抵御突发事件的能力最强,该策略避免了介数分配策略的精英偏好主义和平均分配策略的平均主义带来的失误;在考虑节点间联系的全局负载分配策略下,基于边介数、地理邻近性和业务联系强度的三种全局分配策略对快递网络抗毁性的影响没有明显差异。但不管是局部还是全局分配策略下,如果仅考虑节点介数进行快件分流,网络性能均会受到很大冲击。(3)需求激增下快递网络级联失效抗毁性。通过模拟额外负载系数、容限系数、扩容系数和负载重分配策略对快递网络抗毁性的影响,考察需求激增下快递网络级联失效抗毁性。研究发现,额外负载越大,即新增快件量越多,节点越容易发生拥塞,快递网络抗毁性越差,其中网络时效性最易受到影响;快递网络建设阶段,节点容限系数越高,即投入的冗余资源越多,企业应对快件高峰期压力的能力越强;除了要在规划建设阶段投入适当冗余资源,更需要在高峰期来临前做好物流资源扩容准备,且提前储备物流资源的努力水平越高,企业应对高峰需求的能力越强;就局部和全局负载分配策略而言,三种局部分配策略对网络抗毁性的影响,与突发事件冲击下的结果相同,即考虑节点剩余容量进行分配时,快递网络应对高峰压力的能力最强。与突发事件冲击下不同的是,按照节点介数进行全局负载分配时,快递网络稳定性最好,而在基于节点业务联系的全局分配策略下,快递网络时效性最好。根据上述结论,本文从冲击发生前快递网络规划阶段的冗余设计、重要节点维护、物流资源储备与调度,冲击发生时的管理控制策略,以及冲击发生后的学习、适应与演化等方面出发,提出快递网络应对冲击的对策与建议,以有效地最小化各类冲击对快递网络造成的不利影响。研究结论对快递网络合理规划和应急管理具有参考意义。
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