長江水道集裝箱運輸航線網(wǎng)絡優(yōu)化

1、長江水道集裝箱運輸航線網(wǎng)絡優(yōu)化長江水道集裝箱運輸航線網(wǎng)絡優(yōu)化摘要:基于長江水道各航段的適航特征和沿岸港口間OD集裝箱運輸需求，構建整數(shù)規(guī)劃模型，以所有集裝箱運輸總成本最小為目標，優(yōu)化長江水道上集裝箱航線網(wǎng)絡，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，首先確定適合長江航道的主要船型，其次，結合各段航道適航特征，針對可使用的各種船型，設定各航段的通行阻抗函數(shù)；然后，設計基于FrankWolf法的遺傳算法進行求解。優(yōu)化得到的集裝

2、箱航線網(wǎng)絡呈現(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.引言長江是我國內(nèi)河運輸?shù)摹包S金通道”，是中西部地區(qū)與世界實現(xiàn)經(jīng)濟交流的動脈，同時也是東西部經(jīng)濟互補的橋梁。長江水系集裝箱運輸自1976年以來經(jīng)歷了試驗、起步和發(fā)展三個階段，目前航線已由單一的內(nèi)貿(mào)航線發(fā)展到國際航線、內(nèi)支線、國內(nèi)航線，集裝箱箱型由5t箱變?yōu)?0英尺和40英尺國際標準箱，運輸方式由頂推船隊為主發(fā)展到以自航船為主

3、。2002年，長江水系集裝箱吞吐量為138萬TEU，主要港口集裝箱吞吐量為126萬TEU。集裝箱運輸已成為長江貨物運輸?shù)男陆?jīng)濟增長點。目前，大約有20個航運公司主要從事集裝箱內(nèi)河運輸，比如，中遠集裝箱運輸公司，中海集裝箱運輸公司、中外運集裝箱運輸公司、上海港口航運和駁船運輸公司，上海浦海航運有限公司和民生航運公司。在長江水系有100多條集裝箱航線，包括長江干線港口間、長江港口至沿海港口的國內(nèi)航線以及開往鄰近國家和地區(qū)的近洋航線，及其長江

4、三角洲地區(qū)的無錫—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、下至上海長江口的長江航道將得到加深。水富至宜賓河段，將由1.8m加深至2.7m，全年可通航由1000t級駁船組成的船隊；城陵磯至武漢，加深至3.7m，可通航由3500t駁船組成的萬噸級船隊武漢至銅陵河段，通航由2000～50000t級駁船組成的2～4萬t級船隊，可通航5000t級海船；銅陵至南京，加深至6m

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

6、漢中轉(zhuǎn)、南京中轉(zhuǎn)、外高橋中轉(zhuǎn)，并用評價標準進行測試。該研究的缺點是沒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、長沙、南京、張家港等地至洋山的集裝箱運輸方案，預先設定了18種可能的航線方案，然后確定各港口到洋山港的最佳運輸方案。這些研究的特點是不考慮港口間集裝箱流量，假設每種船型對應一個單箱運輸成本，然后確定運輸方案。上述研究的共同特點是，他們都沒有考慮集裝箱港口之間的OD貨流，并認為一種類型的船都有一個特定單

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

8、徑選擇問題，而非設計內(nèi)河航運的運輸網(wǎng)絡?？傊瑑?nèi)河集裝箱運輸?shù)南嚓P研究很少涉及航線網(wǎng)絡優(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、水文狀況復雜的內(nèi)陸河道運輸系統(tǒng)。因此，本文針對長江水道提出考慮航道水深限制和貨主運輸路徑選擇行為的集裝箱運輸航線網(wǎng)絡優(yōu)化與船隊配置模型(COM)，以航線運營總成本最小為目標，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原理設計遺傳算法(GA)。本文的組織結構

9、如下：第三節(jié)介紹了問題描述和提出了一些建立模型時應該處理的關鍵問題。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)設計了相應算法。第六節(jié)舉例說明了計算結果。最后第七節(jié)為研究總結。3.問題描述3.1航線方案的表述方法為了設置航線配船模型，用數(shù)學方法來描述班輪航線計劃和由路線方案組成的運輸路網(wǎng)應該被創(chuàng)建，該方法應該從各方面來考慮內(nèi)河上所有班輪航線的結構特點。在海洋運輸中，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