綠色航運背景下的泊位分配問題研究.pdf

1、隨著人們對全球氣候變化的廣泛關注，燃油價格的不斷上升，以及各國政府和國際組織對船舶廢氣排放的嚴格限制，航運公司和港口企業(yè)逐漸意識到節(jié)能減排對企業(yè)生存的重要意義，并紛紛通過各種措施降低船舶、集卡等運輸工具的燃油消耗和廢氣排放，綠色航運時代悄然來臨。泊位是港口為船舶提供裝卸服務的地方，泊位分配問題關系著港航雙方的生產(chǎn)運作，是雙方共同踐行節(jié)能減排的最佳契合點，在泊位分配問題研究領域，一個新的研究分支--綠色泊位分配問題--正在形成。本文旨在為

2、這一新的研究分支貢獻理論成果，從運作層面為業(yè)界實施綠色航運、建設綠色港口提供理論支持。
　　 本文首先從碼頭一個企業(yè)單獨決策的角度研究了面向綠色服務的泊位和岸橋聯(lián)合調度問題，然后將航運公司的航速控制行為考慮進來，研究了港航協(xié)作條件下的綠色泊位分配問題：先是在碼頭集中決策的環(huán)境下研究了考慮船舶燃油消耗和廢氣排放的泊位分配問題，并將研究成果從非潮汐港擴展到了潮汐港；后又在港航雙方分散決策的環(huán)境下基于Multi-agent技術研究了綠

3、色泊位分配問題。具體而言，本文的研究工作包括如下四個方面：
　　 首先，研究了面向綠色服務的泊位和岸橋聯(lián)合調度問題。在模型中，用離港延誤時間的凸函數(shù)刻畫船公司在下一航段追趕船期、加速航行而過多消耗燃油和排放廢氣帶來的不滿意情緒，同時用計劃期內可用的岸橋總工時限制集卡過多的水平跑動，引導集卡節(jié)能減排；為降低求解難度，將混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型等價轉換為混合整數(shù)二階錐規(guī)劃模型，并采用分支切割優(yōu)化工具CPLEX對模型求解，由于在有些實例

4、上分支切割算法存在求解時間過長、內存溢出等問題，文中對混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型巧妙分解，基于此設計了外逼近算法；數(shù)值實驗驗證了算法的有效性，并對模型中的關鍵參數(shù)進行了靈敏度分析。
　　 第二、將航運公司的航速控制行為考慮進來，研究了碼頭集中決策環(huán)境下的綠色泊位分配問題。從一個新的VAT(Variable Arrival Time)策略出發(fā)，將船舶的抵港時間(航速)看作決策變量，以最小化船舶在航行中的燃油消耗和廢氣排放、最小化離港延

5、誤時間為目標建立了雙目標優(yōu)化模型；為克服計算困難，將混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型等價轉換為混合整數(shù)二階錐規(guī)劃模型，同時采用ε-constraint方法求解模型的Pareto有效解；在燃油消耗計算的基礎上，還對船舶在航行中的廢氣(CO2、NOx、SOx、PM)排放進行了定量評估；最后，通過一個后優(yōu)化過程分析了船舶在港等待期間的廢氣排放。實驗表明，新的VAT策略能在不降低(甚至提高)碼頭服務水平的情況下有效降低船舶在航行中的燃油消耗和廢氣排放，同

6、時，也能極大降低船舶在港等待期間的廢氣排放。
　　 第三、將新的VAT策略從非潮汐港推廣到潮汐港，研究了節(jié)能減排背景下潮汐港的泊位分配問題。據(jù)本文作者所知，這也是第一次研究潮汐海港中集裝箱碼頭的泊位分配問題。先是從潮汐對船舶進出港的影響出發(fā)進行建模，為減輕非凸性和非線性帶來的求解困難，對模型進行了等價變換。本文還從潮汐港中幾個重要的管理問題出發(fā)進行了全面的數(shù)值實驗，實驗表明，在潮汐港中實施新的VAT策略，不僅能幫助船公司節(jié)能減排

7、，還能有效緩解潮汐對岸邊作業(yè)的影響，很多時候還可以避免挖掘航道的大興土木和資金消耗。此外，還給出了潮汐港的離散泊位分配模型，指出其可以應用到散貨碼頭，從兩個方面擴展了前人的研究工作。
　　 最后，研究了港航雙方分散決策環(huán)境下的綠色泊位分配問題。在這一問題中，碼頭不再是集中決策者，港航雙方被看作平等、自治的決策主體。文中基于Multi-agent技術提出了解決方案，并以泊位分配模型的影子價格為基礎設計了港航雙方的協(xié)商機制，為適應潮