内外贸同船运输下长江经济带穿梭巴士网络优化

为研究内外贸同船运输政策对航运企业布局长江经济带穿梭巴士网络的影响，本文允许同一船舶同时运输内贸集装箱和外贸集装箱，以总运输成本最小化为目标，考虑服务频率、多航次、时间窗、载重量等约束，构建基于轴辐式的长江经济带集装箱穿梭巴士网络优化模型。针对该模型，本文设计了包含5种破坏算子和2种修复算子的自适应大邻域算法求解模型，并选取上海和长江干线19个港口间的内贸集装箱运输和外贸集装箱运输进行实证分析。研究结果表明： 实施内外贸同船政策可节约23.6%的总运输成本，提升平均舱位利用率至87%。该政策改变了原有穿梭巴士的网络结构，直达航次比例增加17%，加快了穿梭巴士的周转。同时，相比于设置1个枢纽港，长江经济带下游将南京港和太仓港共同设置为枢纽港更有利于中上游内外贸集装箱的中转，可节约6%~17%的总运输成本。     

枢纽多级容量限制下辐点分配模式的比较

针对轴辐式网络中辐点的单分配和多分配模式的现实差异,提出枢纽多级容量限制下的辐点分配模式的比较问题,研究需求不确定条件下两种分配模式的特点。基于轴辐式网络设计的基本模型,构建枢纽多级容量限制下考虑运营成本的两种分配模式的混合整数规划模型。根据预测的多个需求场景及其概率分布求解两种网络模型的最优期望成本以设计轴辐式网络。通过设置网络最优设计、预先给定枢纽点数目和总需求量变动3项实验,比较辐点的单分配和多分配模式在各实验结果中的网络成本、枢纽配置和枢纽利用率,发现多分配网络具有较低的网络总成本、较少的枢纽数目及较高的枢纽利用率。     

考虑碳排放的混合轴辐式多式联运网络枢纽扩增选址-路径问题

针对现有多式联运网络枢纽饱和度高、枢纽到城市直达运输成本高且效率低等不足,提出采用混合轴辐式多式联运网络研究扩增枢纽选址,同时优化运输线路;基于允许枢纽间转运和需求城市间巡回运输的运输网络,考虑低碳因素构建了最小化总运输成本、二级枢纽开放建设成本、枢纽处转运成本和总碳排放成本的数学模型,将问题分解为选址-分配与路径优化2个阶段,并针对两阶段特点分别采用0-1编码和数字编码设计了两阶段遗传算法;针对现有实际案例采用设计的算法进行求解,并将求得的最优运输方案与现实方案进行对比。研究结果表明:采用提出的算法进行10次运行获得的最优解与其平均值的差值百分比仅为4.7%,且平均求解时间仅为90.6 s;优化后网络扩增了2个枢纽,弃用了1个不合理枢纽,网络转运能力提高了11.3%,枢纽的平均饱和度降低了15.7%,不同枢纽的饱和度比原网络更均衡,不仅缓解了饱和枢纽的压力,还提高了空闲枢纽的周转率,从而提高了转运效率;优化后运输方案对应的总成本、运输成本、中转成本和碳排放成本分别降低了68.41%、68.14%、56.55%和86.76%,且碳排放减少最为突出。由此可见,提出的模型和算法对扩张轴辐式网络选址和混合轴辐式多式联运网络运输方案的组合优化具有较好的性能。      

两个轴辐式网络协同建设的多层编码遗传算法

为了降低物流网络的建设成本投入，充分利用物流资源，提出轴辐式网络间的协同建设. 同时建设两个轴辐式物流网络，一个轴辐式网络为自己网络中的每一个枢纽从另一个轴辐式网络中选择一组协作枢纽，两个网络可以共同使用协作枢纽. 目标是使两个轴辐式网络的建设成本和它们之间的协作成本总和最小. 首先，运用混合整数规划模型描述所研究的问题；其次，根据问题的复杂度，设计了多层编码的遗传算法来解决问题，一条染色体分别表示了两个轴辐式网络；最后，在算例中进行了参数敏感性分析，分析参数对各部分成本和物流网络结构及协作枢纽的影响. 分析结果表明:在两个网络的协同建设中，一个网络中转移到另一个网络的流量大小对两个网络各自的网络结构和构建成本具有显著的影响；协同建设能够同时系统化地优化两个轴辐式网络，降低成本，整合物流资源.      

混合不确定条件下绿色多式联运路径优化

主要研究了当运输时间、中转时间、客户需求和中转集拼货运量四重混合不确定因素服从随机分布时的绿色多式联运路径优化问题，运用随机优化理论，以运输成本、碳排放成本和时间惩罚成本为目标，建立混合不确定条件下绿色多式联运路径优化模型.通过对各子目标函数权重进行赋值，得出考虑不同成本因素的多式联运路径优化方案.探讨时间、需求和网络服务能力对多式联运路径优化结果的灵敏度分析，发现各成本随时间变动而变化的规律和边际运输成本最小时的服务时间；当货运量形成规模效应后可降低边际运输成本；不同网络服务规模的运输路径优化结果，以及满足客户不确定需求的最小网络配置.     

混合不确定条件下绿色多式联运路径优化

主要研究了当运输时间、中转时间、客户需求和中转集拼货运量四重混合不确定因素服从随机分布时的绿色多式联运路径优化问题,运用随机优化理论,以运输成本、碳排放成本和时间惩罚成本为目标,建立混合不确定条件下绿色多式联运路径优化模型.通过对各子目标函数权重进行赋值,得出考虑不同成本因素的多式联运路径优化方案.探讨时间、需求和网络服务能力对多式联运路径优化结果的灵敏度分析,发现各成本随时间变动而变化的规律和边际运输成本最小时的服务时间;当货运量形成规模效应后可降低边际运输成本;不同网络服务规模的运输路径优化结果,以及满足客户不确定需求的最小网络配置.     

考虑船舶排放的班轮公司船队部署研究

针对集装箱海运中船舶排放、船队部署问题,分析了班轮运营总成本的构成,依据班轮远洋多港挂靠循环航线特征及集装箱转运特点,以可变船舶航速为决策变量,船舶运营总成本与船舶排放量最小化为目标,建立了基于低碳经济下的班轮公司船队部署多目标混合整数非线性规划模型,并引用了多目标递推算法进行求解。算例中通过对航行速度的灵敏度与帕累托分析,发现了船舶最低排放的航行速度。其次,运用航运轴辐式网络的特点,从众多港口中选择部分枢纽港进行转运形成干线运输规模效应。结果表明:该模型可以同时决策船队部署和集装箱转运,其优化结果更符合实际情况,对航运市场供需平衡的运力配置决策具有借鉴意义。     

考虑Hub网络拥堵的轴辐式网络优化

在轴辐式网络背景下,枢纽节点通过集散货物,产生规模经济效应来降低成本。但同时也会增加Hub网络拥堵的可能性和成本的增加。首先,为缓解Hub网络拥堵并降低其造成的经济损失成本,提出与轴辐式网络节点流量相关的拥堵成本函数。其次,在保证轴辐式网络节点正常货物运输的前提下,最大限度的平衡货物运输规模经济效应和产生的Hub网络拥堵成本,建立混合整数非线性规划模型,以最小化运输成本、建设成本和拥堵成本为目标。最后,引用实际算例验证Hub网络拥堵对网络优化的影响与模型的合理性。对于未来如何平衡规模经济效应和Hub网络拥堵的轴辐式网络优化有重要的参考价值。     

不确定条件下公铁水多式联运多目标路径优化研究

多式联运运输的时效性和成本在现代物流的发展中是不可忽视的因素。针对公铁水多式联运的运输目标，主要研究了当运输时间、中转时间双重不确定因素服从随机分布时的绿色多式联运路径优化问题。构建以运输时间、碳排放、运输成本为目标函数，碳排放量为约束，建立运输时间、中转时间双重不确定条件下绿色多式联运路径多目标优化模型。并据此采用模糊自适应遗传算法（FAGA）和快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）设计多式联运路径优化策略；最后采用从南昌到柏林的路径数据仿真验证所提方法的有效性并对结果进行对比分析。研究发现基于NSGA-Ⅱ算法的多目标优化结果较优，可以引导多式联运经营人调整运输方案，减少二氧化碳的排放量，为物流企业开展多式联运运输提供可供参考的依据。     

考虑需求时间上限的航空货运模式选择

针对快递企业航空运输中存在的高成本、低时效问题,本文在我国混合轴辐式航空货运网络发展的背景下,综合考虑货运量、飞机运力、运输时间等因素,建立了以总运输成本最小为目标的数学模型。在目标函数中不仅考虑了等待成本、运输成本及中转成本,还考虑了货物运输总时间超出客户可接受的时间上限时的惩罚成本,并设计了一种混合遗传算法求解,以便选择出一种最经济快捷的运输模式。分析结果表明折扣因子的取值与运输总成本成正比,折扣因子的取值越小,运输成本越低,全货机中转运输模式的规模效益越明显。     

集装箱船舶支线运输航线优化算法

以枢纽港船舶限制时间和支线船舶容量为基础,分析了轴-辐式网络运输模式。以船舶最小总航行时间为目标函数,建立了混合整数规划支线集装箱运输模型。通过设计巡回路线方法实现杂交和变异,更新了解的构成,运用遗传算法求解模型。计算结果表明:当船舶容量为150 TEU时,在160次迭代后,总航行时间为708.6 h,航线数量为8条;当船舶容量分别为100、150 TEU时,在150次迭代后,总航行时间为714.6 h,航线数量为9条;对枢纽港船舶限制时间和支线船舶容量进行方差分析,F检验统计量的概率值均明显小于0.05;对支线船舶容量和运营成本进行敏感性分析,增大船舶容量能够减小航线数量和运行时间,但增大了运营成本,增大枢纽港船舶限制时间能够减小航线数量;考虑航行时间和运营成本,当船舶容量为150 TEU时最合理。     

枢纽辐射式航线网络需求适应性研究

在建立点对式和枢纽辐射式航线网络运输成本计算模型基础上,考虑满载率影响,从需求规模、需求分布结构及出行距离三方面探讨了枢纽辐射式航线网络的需求适应性,并列举实例说明需求适应性在航线网络形态选择中的应用.研究结论得出：枢纽辐射式航线网络适合于起讫点之间需求量小满载率低、双向分布不对称以及小需求长距离的需求模式.     

多核化枢纽港集疏运系统优化研究

根据上海国际航运中心的区域港口布局特征,在基于广义费用最小化的港口集疏运系统优化模型基础上,通过分析建立了包括公路、水路、铁路等多种运输方式的路段和转运枢纽广义费用函数,标定了主要参数,并借助货运分析软件STAN开展综合网络平衡分配,得到了主要枢纽港的吞吐量规模及分布的结果.结果表明,上海国际航运中心呈现多核化发展态势,主枢纽港上海港综合服务功能增强,在水路分担比例不断提高的同时,公路集疏运系统仍需扩大运输组织范围.     

海运集装箱运输路径选择

基于海运集装箱运输问题特性的分析，建立了需求不确定的海运集装箱路径随机规划模型．该模型以集装箱运输过程中利润最大为目标函数，主要约束包括航段容量和装载质量限制、重箱和空箱需求（重箱需求为随机变量）．应用机会约束规划方法求解模型．通过数值仿真，证明了模型的可行性．仿真结果表明，运力以及各起讫对运价是影响集装箱的路径选择的关键因素，而某一单一起讫对运价的变化对集装箱路径选择的影响不大．     

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为了研究道路客运站场规划的站场选址优化,提出了一种基于多目标优化的道路客运站场选址方法。首先,将道路客运站场规划区域的道路网简化为有向赋权图,使选址优化问题转化为0-1规划问题;然后,以道路客运站场的建设投资、网络总运输成本以及乘客的总出行距离为优化目标,同时把道路客运的实际条件转化为优化目标的约束条件;最后,利用基于目标值排序组合选择的多目标遗传算法求解模型的Pareto最优解集合,并通过客运站场选址优化算例阐述了模型的求解过程。     

准班轮模式下干散货船枢纽港转运及联营优化

以不定期方式为主的传统国际干散货运输市场开始出现定时定班的准班轮化运营方式，同时，40万t超大型船舶的增加将干散货船由点到点的直达运输转变为部分航线的枢纽转运结构.本文对干散货船枢纽港转运网络的转运节点和不同承运人联营合作后船队运力结构进行研究.考虑港口靠泊能力限制和起讫港口进出口需求约束，建立基于改进遗传算法的干散货船枢纽港转运网络模型；以中国进口铁矿石运输市场为例进行仿真，并对比不同运力规模合作方案.结果表明，枢纽转运网络收益优于传统直达运输，收益提升效果与干支线运力规模相关；枢纽转运节点以可以挂靠大型矿砂船的港口作为首选，同时需要兼顾选择部分转运港口，以辐射中部、南部港口.     

长江三角洲港口群物流系统动力学分析模型

为了实现长江三角洲港口群物流系统的协调发展,建立了系统动力学分析模型。通过分析上海和宁波两港口国际集装箱中转量、港口群水路集疏运比例的影响因素,建立长江三角洲港口群物流系统的因果关系图,通过系统模拟进行长江三角洲地区港口功能的合理定位、集疏运结构的优化和近洋航线中转港的选择。仿真结果表明:2010年上海港国际集装箱中转量将呈现增长趋势,上海港水路集疏运比例超过30%,长江三角洲地区应以上海港为集装箱枢纽港,优先发展国际中转业务,太仓港将具备长江三角洲近洋航线中转港的能力,太仓港可成为长江三角洲地区近洋航线主要中转港。     

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以复杂网络理论为基础,分析海运网络的拓扑结构具有无标度网络特性,可运用BA无标度网络模型构建演化海运网络.连接概率是BA模型中节点优先连接的重要依据,据此,针对海运网络港口节点进行研究,通过加权量化和MATLAB编程将影响节点间连接的因素组成节点吸引度,引入连接概率公式,改进了BA模型.分别选取2010年全球15个和25个主要集装箱港口的相关数据,运用上述改进BA模型分别得到不同规模的海运网络演化情况,演化结果验证了海运复杂网络具有无标度网络特征,呈现的特性与网络规模没有必然联系,规模大的网络平均路径更长、集聚性更强,度值相差更悬殊.进一步运用全球班轮航线实际网络进行验证,得到两者结构特性基本相同.