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随着集装箱船舶大型化趋势的愈演愈烈,中小型港口不能再作为干线班轮航线的挂靠港口。于是,全球范围内的内支线班轮运输逐渐发展与壮大,我国也发布了多个支持内支线班轮运输的政策文件。然而,随着近年来国际集装箱航运市场的低迷,内支线班轮运输遭遇了相同发展困境。由于集装箱货运需求的萎靡,托运人占据了主动地位,并开始追求更高的运输服务质量。为了争取更多的内支线货运需求,班轮公司不得不尽力提升内支线班轮运输的船期稳定性。但与干线班轮运输相比,内支线班轮运输的船期稳定性会更差,需要对其开展深入研究。
目前的班轮运输有关研究中,关注船期稳定性的主要是战术层面的船期优化问题与运营层面的船期恢复问题。其中,船期优化问题采取了事前预防措施,更注重船期优化性;船期恢复问题采取了事后恢复措施,更注重船期稳定性。两类问题分别有各自的研究内容与侧重点,但也存在着极强关联性。即班轮船期计划的紧凑或宽松决定了船期恢复过程的发生频率,船期恢复能力的强弱也影响了班轮船期计划的预留时间。如果能将船期优化问题与船期恢复问题的研究成果相结合,就可以兼顾班轮船期计划的优化性与稳定性。
对此,本文基于船期恢复问题中的航行与在港时间调节方法,对内支线班轮船期优化问题展开研究。在梳理船期优化问题与船期恢复问题的研究成果的基础上,按照航行与在港时间调节方法逐渐改进的递进关系,主要研究了下述三方面内容。
(1)基于航行时间调节方法进行内支线班轮船期优化研究。相比于和港方沟通以调节在港时间,船方采取航行时间调节是更常用方法,故需要开展基于航行时间调节方法的内支线班轮船期优化研究。对此,本文将应对小程度船期干扰的船速调节措施、应对大程度船期干扰的甩挂港口措施引入到内支线班轮船期优化问题中,以运营成本最低为目标进行班轮船期计划的优化决策,据此构建了一个多阶段非线性随机规划模型。提出求解模型时需要解决一个多分布非线性合成问题,以往的确定化与线性化算法会降低计算准确性,故设计了基于模拟仿真方法的模型求解算法。算例试验中,验证了蒙特卡洛模拟、船速调节仿真与甩挂港口仿真的方法可行性,分析了船速调节措施、甩挂港口措施对内支线班轮船期计划的影响,逐步完成了模型的可行性与有效性验证。
(2)基于航行时间改进调节方法进行内支线班轮船期优化研究。以往的船期有关文献缺少对航行时间不确定的来源与影响的研究,即忽视了气象水文环境所导致的船舶失速现象。但正由于船舶失速现象,船舶实际船速相对于计划船速会有所下降,并造成船速调节措施的航行时间调节能力的降低。故需要通过优化船速调节过程以改进航行时间调节方法,并基于航行时间改进调节方法进行内支线班轮船期优化研究。对此,本文采用机器学习方法进行失速数据训练,用于拟合反映失速规律的船舶失速计算公式。另外,以晚班补偿与燃油成本之和最低为目标,对最小最大船速构成的船速调节区间开展优化决策。之后,构建了基于改进船速调节措施的内支线班轮船期优化模型,实现了船速调节区间与班轮船期计划的同步优化。算例试验中,验证了船舶失速规律的神经网络训练的可行性,分析了船舶失速规律的训练过程、船速调节区间的优化过程对内支线班轮船期计划的影响,逐步完成了模型的可行性与有效性验证。
(3)基于在港与航行时间联合调节方法进行内支线班轮船期优化研究。以往的船期恢复文献在应对在港时间不确定性时,往往也是借助于船速调节等航行时间调节方法,很少直接采取在港时间调节方法。但即便使用了上述的航行时间改进调节方法,也不能保证任意时长的船期延误被弥补回来,并可能产生大量的航行时间调节成本。故需要联合航行时间调节与在港时间调节以提升不确定性控制能力,并基于在港与航行时间联合调节方法进行内支线班轮船期优化研究。对此,本文提出了用于调节在港时间的等泊时间控制措施,据此构建了等泊时间的最优控制模型,以晚班补偿成本与等泊时间控制成本之和最低为目标进行等泊时间优化。之后,构建了基于等泊时间最优控制的内支线班轮船期优化模型,实现了等泊时间与班轮船期计划的同步优化。算例试验中,验证了等泊时间控制措施的可行性与有效性,分析了等泊时间控制措施对内支线班轮船期计划的影响,逐步完成了模型的可行性与有效性验证。
通过对航行与在港时间调节方法的可行性与有效性、及各调节方法对内支线班轮船期计划的影响进行一系列算例分析,本文取得了一些研究成果。这些基于航行与在港时间调节的内支线班轮船期优化问题的研究成果,可以为其他船期优化问题与船期恢复问题提供借鉴与参考,也可以为内支线班轮公司的船期有关实务提供决策支持。这些研究成果也有助于促进内支线班轮运输与集装箱外贸运输的协同发展,并为国民经济与对外贸易提供集装箱运输保障。
目前的班轮运输有关研究中,关注船期稳定性的主要是战术层面的船期优化问题与运营层面的船期恢复问题。其中,船期优化问题采取了事前预防措施,更注重船期优化性;船期恢复问题采取了事后恢复措施,更注重船期稳定性。两类问题分别有各自的研究内容与侧重点,但也存在着极强关联性。即班轮船期计划的紧凑或宽松决定了船期恢复过程的发生频率,船期恢复能力的强弱也影响了班轮船期计划的预留时间。如果能将船期优化问题与船期恢复问题的研究成果相结合,就可以兼顾班轮船期计划的优化性与稳定性。
对此,本文基于船期恢复问题中的航行与在港时间调节方法,对内支线班轮船期优化问题展开研究。在梳理船期优化问题与船期恢复问题的研究成果的基础上,按照航行与在港时间调节方法逐渐改进的递进关系,主要研究了下述三方面内容。
(1)基于航行时间调节方法进行内支线班轮船期优化研究。相比于和港方沟通以调节在港时间,船方采取航行时间调节是更常用方法,故需要开展基于航行时间调节方法的内支线班轮船期优化研究。对此,本文将应对小程度船期干扰的船速调节措施、应对大程度船期干扰的甩挂港口措施引入到内支线班轮船期优化问题中,以运营成本最低为目标进行班轮船期计划的优化决策,据此构建了一个多阶段非线性随机规划模型。提出求解模型时需要解决一个多分布非线性合成问题,以往的确定化与线性化算法会降低计算准确性,故设计了基于模拟仿真方法的模型求解算法。算例试验中,验证了蒙特卡洛模拟、船速调节仿真与甩挂港口仿真的方法可行性,分析了船速调节措施、甩挂港口措施对内支线班轮船期计划的影响,逐步完成了模型的可行性与有效性验证。
(2)基于航行时间改进调节方法进行内支线班轮船期优化研究。以往的船期有关文献缺少对航行时间不确定的来源与影响的研究,即忽视了气象水文环境所导致的船舶失速现象。但正由于船舶失速现象,船舶实际船速相对于计划船速会有所下降,并造成船速调节措施的航行时间调节能力的降低。故需要通过优化船速调节过程以改进航行时间调节方法,并基于航行时间改进调节方法进行内支线班轮船期优化研究。对此,本文采用机器学习方法进行失速数据训练,用于拟合反映失速规律的船舶失速计算公式。另外,以晚班补偿与燃油成本之和最低为目标,对最小最大船速构成的船速调节区间开展优化决策。之后,构建了基于改进船速调节措施的内支线班轮船期优化模型,实现了船速调节区间与班轮船期计划的同步优化。算例试验中,验证了船舶失速规律的神经网络训练的可行性,分析了船舶失速规律的训练过程、船速调节区间的优化过程对内支线班轮船期计划的影响,逐步完成了模型的可行性与有效性验证。
(3)基于在港与航行时间联合调节方法进行内支线班轮船期优化研究。以往的船期恢复文献在应对在港时间不确定性时,往往也是借助于船速调节等航行时间调节方法,很少直接采取在港时间调节方法。但即便使用了上述的航行时间改进调节方法,也不能保证任意时长的船期延误被弥补回来,并可能产生大量的航行时间调节成本。故需要联合航行时间调节与在港时间调节以提升不确定性控制能力,并基于在港与航行时间联合调节方法进行内支线班轮船期优化研究。对此,本文提出了用于调节在港时间的等泊时间控制措施,据此构建了等泊时间的最优控制模型,以晚班补偿成本与等泊时间控制成本之和最低为目标进行等泊时间优化。之后,构建了基于等泊时间最优控制的内支线班轮船期优化模型,实现了等泊时间与班轮船期计划的同步优化。算例试验中,验证了等泊时间控制措施的可行性与有效性,分析了等泊时间控制措施对内支线班轮船期计划的影响,逐步完成了模型的可行性与有效性验证。
通过对航行与在港时间调节方法的可行性与有效性、及各调节方法对内支线班轮船期计划的影响进行一系列算例分析,本文取得了一些研究成果。这些基于航行与在港时间调节的内支线班轮船期优化问题的研究成果,可以为其他船期优化问题与船期恢复问题提供借鉴与参考,也可以为内支线班轮公司的船期有关实务提供决策支持。这些研究成果也有助于促进内支线班轮运输与集装箱外贸运输的协同发展,并为国民经济与对外贸易提供集装箱运输保障。