長(zhǎng)江水道集裝箱運(yùn)輸航線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

1、長(zhǎng)江水道集裝箱運(yùn)輸航線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化長(zhǎng)江水道集裝箱運(yùn)輸航線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化摘要:基于長(zhǎng)江水道各航段的適航特征和沿岸港口間OD集裝箱運(yùn)輸需求，構(gòu)建整數(shù)規(guī)劃模型，以所有集裝箱運(yùn)輸總成本最小為目標(biāo)，優(yōu)化長(zhǎng)江水道上集裝箱航線網(wǎng)絡(luò)，確定各航線靠港、靠泊順序及所用船舶的類型與數(shù)量。優(yōu)化時(shí)，首先確定適合長(zhǎng)江航道的主要船型，其次，結(jié)合各段航道適航特征，針對(duì)可使用的各種船型，設(shè)定各航段的通行阻抗函數(shù)；然后，設(shè)計(jì)基于FrankWolf法的遺傳算法進(jìn)行求解。優(yōu)化得到的集裝

2、箱航線網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)“大船在中間，小船在兩邊”的形態(tài)，與目前遵循的“小船走上游，大船走中下游”的船舶配置原則有所不同。1.引言長(zhǎng)江是我國(guó)內(nèi)河運(yùn)輸?shù)摹包S金通道”，是中西部地區(qū)與世界實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)交流的動(dòng)脈，同時(shí)也是東西部經(jīng)濟(jì)互補(bǔ)的橋梁。長(zhǎng)江水系集裝箱運(yùn)輸自1976年以來(lái)經(jīng)歷了試驗(yàn)、起步和發(fā)展三個(gè)階段，目前航線已由單一的內(nèi)貿(mào)航線發(fā)展到國(guó)際航線、內(nèi)支線、國(guó)內(nèi)航線，集裝箱箱型由5t箱變?yōu)?0英尺和40英尺國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)箱，運(yùn)輸方式由頂推船隊(duì)為主發(fā)展到以自航船為主

3、。2002年，長(zhǎng)江水系集裝箱吞吐量為138萬(wàn)TEU，主要港口集裝箱吞吐量為126萬(wàn)TEU。集裝箱運(yùn)輸已成為長(zhǎng)江貨物運(yùn)輸?shù)男陆?jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。目前，大約有20個(gè)航運(yùn)公司主要從事集裝箱內(nèi)河運(yùn)輸，比如，中遠(yuǎn)集裝箱運(yùn)輸公司，中海集裝箱運(yùn)輸公司、中外運(yùn)集裝箱運(yùn)輸公司、上海港口航運(yùn)和駁船運(yùn)輸公司，上海浦海航運(yùn)有限公司和民生航運(yùn)公司。在長(zhǎng)江水系有100多條集裝箱航線，包括長(zhǎng)江干線港口間、長(zhǎng)江港口至沿海港口的國(guó)內(nèi)航線以及開(kāi)往鄰近國(guó)家和地區(qū)的近洋航線，及其長(zhǎng)江

4、三角洲地區(qū)的無(wú)錫—上海、常州—上海、杭州—上海、嘉興—上海、湖州—上海的集裝箱航線。由《長(zhǎng)江干線航道發(fā)展規(guī)劃》可知，上起云南水富港、下至上海長(zhǎng)江口的長(zhǎng)江航道將得到加深。水富至宜賓河段，將由1.8m加深至2.7m，全年可通航由1000t級(jí)駁船組成的船隊(duì)；城陵磯至武漢，加深至3.7m，可通航由3500t駁船組成的萬(wàn)噸級(jí)船隊(duì)武漢至銅陵河段，通航由2000～50000t級(jí)駁船組成的2～4萬(wàn)t級(jí)船隊(duì)，可通航5000t級(jí)海船；銅陵至南京，加深至6m

5、，可通航5000～10000t級(jí)海輪南京以下航道加深至12m以上，可通航5萬(wàn)t級(jí)以上海輪；瀏河口至長(zhǎng)江口河段可通航第五代以上超大型集裝箱船。上述長(zhǎng)江主要通道如圖1所示。賈瑞華等研究在長(zhǎng)江上游運(yùn)輸集裝箱時(shí)，水運(yùn)方式與陸運(yùn)方式的優(yōu)劣，基于AHP法構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，在宏觀層面上分析運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性。該研究不涉及航道和航線等微觀層面細(xì)節(jié)，只研究陸路通道和水路通道的經(jīng)濟(jì)性。羅洪波等詳細(xì)分析長(zhǎng)江通航情況，為重慶至洋山港間運(yùn)輸設(shè)置了五種方案：直達(dá)、蘆潮中轉(zhuǎn)、武

6、漢中轉(zhuǎn)、南京中轉(zhuǎn)、外高橋中轉(zhuǎn)，并用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。該研究的缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮貨流量和沿線其他港口的貨物。與之類似，鐘華杰等研究了重慶、武漢、長(zhǎng)沙、南京、張家港等地至洋山的集裝箱運(yùn)輸方案，預(yù)先設(shè)定了18種可能的航線方案，然后確定各港口到洋山港的最佳運(yùn)輸方案。這些研究的特點(diǎn)是不考慮港口間集裝箱流量，假設(shè)每種船型對(duì)應(yīng)一個(gè)單箱運(yùn)輸成本，然后確定運(yùn)輸方案。上述研究的共同特點(diǎn)是，他們都沒(méi)有考慮集裝箱港口之間的OD貨流，并認(rèn)為一種類型的船都有一個(gè)特定單

7、位集裝箱運(yùn)輸成本，然后評(píng)估其他港口到洋山港班輪方案。Tayl等研究了美國(guó)俄亥俄河的駁船與動(dòng)力船的指派問(wèn)題，作者給出了一個(gè)基于仿真的調(diào)度系統(tǒng)，用以輔助決策駁船指派和動(dòng)力船分配問(wèn)題。Jonkeren等研究了氣候所導(dǎo)致的萊茵河水位變化對(duì)航運(yùn)成本的影響，以及最終引起的水運(yùn)份額的變化。他們利用NODUS軟件分析貨物在一個(gè)范圍廣泛的綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的路徑選擇問(wèn)題，關(guān)注低水位對(duì)水運(yùn)分擔(dān)率的影響，用宏觀網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件研究OD貨流在虛擬化的綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)上的路

8、徑選擇問(wèn)題，而非設(shè)計(jì)內(nèi)河航運(yùn)的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)?？傊?，內(nèi)河集裝箱運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)研究很少涉及航線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與航線配船，僅有的一些研究不適用于各航段通航條件不同、水文狀況復(fù)雜的內(nèi)陸河道運(yùn)輸系統(tǒng)。因此，本文針對(duì)長(zhǎng)江水道提出考慮航道水深限制和貨主運(yùn)輸路徑選擇行為的集裝箱運(yùn)輸航線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與船隊(duì)配置模型(COM)，以航線運(yùn)營(yíng)總成本最小為目標(biāo)，確定各航線的靠泊港口、靠泊順序、船型與船舶數(shù)量。為求解模型，基于FrankWolf原理設(shè)計(jì)遺傳算法(GA)。本文的組織結(jié)構(gòu)

9、如下：第三節(jié)介紹了問(wèn)題描述和提出了一些建立模型時(shí)應(yīng)該處理的關(guān)鍵問(wèn)題。第四部分描述了路網(wǎng)規(guī)劃和航線配船模型(NFDM)。第五節(jié)設(shè)計(jì)了相應(yīng)算法。第六節(jié)舉例說(shuō)明了計(jì)算結(jié)果。最后第七節(jié)為研究總結(jié)。3.問(wèn)題描述3.1航線方案的表述方法為了設(shè)置航線配船模型，用數(shù)學(xué)方法來(lái)描述班輪航線計(jì)劃和由路線方案組成的運(yùn)輸路網(wǎng)應(yīng)該被創(chuàng)建，該方法應(yīng)該從各方面來(lái)考慮內(nèi)河上所有班輪航線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在海洋運(yùn)輸中，班輪航線可拆分為去程子航線和回程子航線，因此確定海上班輪航線