长江水道集装箱运输航线网络优化..docxVIP

长江水道集装箱运输航线网络优化摘要:基于长江水道各航段的适航特征和沿岸港口间OD集装箱运输需求，构建整数规划模型，以所有集装箱运输总成本最小为目标，优化长江水道上集装箱航线网络，确定各航线靠港、靠泊顺序及所用船舶的类型与数量。优化时，首先确定适合长江航道的主要船型，其次，结合各段航道适航特征，针对可使用的各种船型，设定各航段的通行阻抗函数； 然后，设计基于 Frank-Wolf 法的遗传算法进行求解。优化得到的集装箱航线网络呈现“大船在中间，小船在两边”的形态，与目前遵循的“小船走上游，大船走中下游”的船舶配置原则有所不同。1.引言长江是我国内河运输的“黄金通道”，是中西部地区与世界实现经济交流的动脉，同时也是东西部经济互补的桥梁。长江水系集装箱运输自1976年以来经历了试验、起步和发展三个阶段，目前航线已由单一的内贸航线发展到国际航线、内支线、国内航线，集装箱箱型由 5t箱变为20英尺和40英尺国际标准箱，运输方式由顶推船队为主发展到以自航船为主。2002年，长江水系集装箱吞吐量为138万TEU，主要港口集装箱吞吐量为126万TEU。集装箱运输已成为长江货物运输的新经济增长点。目前，大约有20个航运公司主要从事集装箱内河运输，比如，中远集装箱运输公司，中海集装箱运输公司、中外运集装箱运输公司、上海港口航运和驳船运输公司，上海浦海航运有限公司和民生航运公司。在长江水系有100多条集装箱航线，包括长江干线港口间、长江港口至沿海港口的国内航线以及开往邻近国家和地区的近洋航线，及其长江三角洲地区的无锡—上海、常州—上海、杭州—上海、嘉兴—上海、湖州—上海的集装箱航线。由《长江干线航道发展规划》可知，上起云南水富港、下至上海长江口的长江航道将得到加深。水富至宜宾河段，将由1.8m加深至2.7m，全年可通航由 1000t级驳船组成的船队；城陵矶至武汉，加深至3.7m，可通航由3500t驳船组成的万吨级船队; 武汉至铜陵河段，通航由2000～50000t 级驳船组成的2～4万t级船队，可通航5000t级海船；铜陵至南京，加深至6m，可通航5000～10000t级海轮; 南京以下航道加深至12m以上，可通航5万t级以上海轮；浏河口至长江口河段可通航第五代以上超大型集装箱船。上述长江主要通道如图1所示。图1 长江主要通道众所周知，长江上各港口间适航船舶的差异为沿长江设置多种集装箱航线，构建沿江的集装箱水运网络提供了条件。根据交通需求和水道的条件，运营商可以设置几个集装箱运输方案。运营者可以结合需求和航道情况，用适用性强的小型船舶实施点对点运输；或在中下游用大型船舶，在中上游用小型船舶，实施干支线分离运输。各种航线网络效率和效益随需求和航道变化而异，所以有必要针对长江航道进行集装箱运输航线网络设计。2.文献综述有关水上航线设计的研究很多，但相关研究主要集中在海运领域，早期的代表性研究均为海运船队规划问题。随着班轮业的发展，航线所涉及的港口不断增加，航线结构逐渐成为决定运营成本的关键。因此，研究者在船队规划的同时，开始关注船舶定线问题。Ｒana等用整数规划模型同时优化船队规模和班轮路线；文献以航线收益最大为目标，用集合划分模型优化船队规划和船舶定线Agarwal等总结了班轮船舶调度、航线设计和船队规划等问题，并基于时空网络建立混合整数规划模型。另外，部分学者还研究了班轮航线优化与仓储、空箱调运、时间约束、运输需求季节性波动等的相互影响。Hsu等从承运人的角度，以最小运输成本和库存成本之和为目标，建立双目标模型优化班轮航线、船队规模、发班频率。Shintani等建立双层模型，同时处理航线优化和空箱调度问题。Matthew等在有时间约束的条件下，设计集装箱轴辐式航线网络。Meng等研究了单一集装箱班轮公司在运输需求不确定时的短期班轮船队规划问题。只有少数学者针对各自国家的内河集装箱运输进行研究，且多是关于船型选择、船型标准化、内河运输与海港衔接等的研究。刘建峰等针对早期长江水道的航行条件，从经济性上研究上游港口实施江海直达运输时，近洋航线(到日本神户、横滨等港口)的最佳船型。在不考虑航线网络和OD运输量的情况下，通过装载率不同所导致的单箱运输成本变化来确定合理的船型。 贾瑞华等研究在长江上游运输集装箱时，水运方式与陆运方式的优劣，基于 AHP法构建评价体系，在宏观层面上分析运输经济性。该研究不涉及航道和航线等微观层面细节，只研究陆路通道和水路通道的经济性。罗洪波等详细分析长江通航情况，为重庆至洋山港间运输设置了五种方案：直达、芦潮中转、武汉中转、南京中转、外高桥中转，并用评价标准进行测试。该研究的缺点是没有考虑货流量和沿线其他港口的货物。 与之类似，钟华杰等研究了重庆、武汉、长沙、南京、张家港等地至洋山的集装箱运输方案，预先设定了 18 种可能的航线