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1、考虑空箱调拨的班轮运输网络设计考虑空箱调拨的班轮运输网络设计第五小组第五小组Liner shipping service network design with empty container repositioning小组分工任务任务成员成员第一章：前言第一章：前言滕川川滕川川第二章：第二章：参数参数和和假设假设吴暖、张艺吴暖、张艺第三章：第三章：数学模型数学模型张国平、林哲豪张国平、林哲豪第四章：第四章：算例算例邢玉伟、刘同超邢玉伟、刘同超第五章：第五章：结论结论滕禹滕禹摘要考虑空箱调拨考虑空箱调拨的的轴辐轴辐式式- -多港挂靠多港挂靠混合模式下混合模式下的的班轮运输网络设计班轮运输网络设
2、计研究研究研究研究问题问题模型：模型：模型：模型：混合整混合整混合整混合整数数数数线线性性性性规规划划划划求解技求解技求解技求解技术术：CPLEXCPLEX1 引言 轴辐轴辐式式-多港挂靠混多港挂靠混合模式合模式集装箱转运成本和集装箱转运成本和装卸时间不能够被装卸时间不能够被忽略忽略。集装箱可以在包括集装箱可以在包括喂给港在内的任何喂给港在内的任何两个港口之间实现两个港口之间实现直达运输直达运输。两个独特的性质两个独特的性质港口间货流的不港口间货流的不均衡均衡产生的原因产生的原因空箱调拨空箱调拨问题决策决策总运营成本最小为目标，航线选择总运营成本最小为目标，航线选择船舶配置，重箱空箱的舱位分配
3、船舶配置，重箱空箱的舱位分配1.1 文献综述两种两种主要主要关于船关于船舶舶运输运输网络设计网络设计问题的研究问题的研究2.班班轮运运输网网络设计1.不定期船舶不定期船舶运运输网网络设计解解决船舶路径决船舶路径和和船队配置问题船队配置问题不定期船不定期船运输运输网络设计网络设计考虑轴辐式运营考虑轴辐式运营不不考虑轴辐式运营考虑轴辐式运营班轮运输网络班轮运输网络设计设计传统轴辐式班轮运输网络设计人物（时间）人物（时间）研究内容研究内容Fagerholt（1999）提出提出 “设置分区设置分区” 模型，枚举所有可能的运模型，枚举所有可能的运输线路并尽可能的把单一运输线路联合成多运输线路并尽可能的把
4、单一运输线路联合成多运输线路输线路Fagerholt（2004）Fagerholt扩展扩展该模型，该模型，用来解决用来解决异构异构船队问船队问题，针对每一种类型的船舶在给定成本结构、题，针对每一种类型的船舶在给定成本结构、容量和航速的情况下容量和航速的情况下进行研究进行研究Sambracos等人等人（2004）假设一个均匀船队在航运支线上假设一个均匀船队在航运支线上，从一个端港从一个端港到其他到其他12个港口调运集装箱个港口调运集装箱，以最小的运营成以最小的运营成本本（包括燃油消耗和港口包括燃油消耗和港口费用）费用）Karlaftis等人（等人（2009）Karlaftis等人推广等人推广，考
5、虑集装箱的提取考虑集装箱的提取、交付交付和和时间期限时间期限，并把该问题，并把该问题归为考虑集装箱提取、归为考虑集装箱提取、交付和时间窗的车辆路径问题交付和时间窗的车辆路径问题不考虑轴辐式运营的班轮运输网络设计人物（时间）人物（时间）研究内容研究内容Rana and Vickson （1988）针对一个单一航线针对一个单一航线，开创性地建立了一个混合，开创性地建立了一个混合整数线性规划模型整数线性规划模型Rana and Vickson （1991）扩展上述扩展上述模型研究多航线问题，使用拉格朗日模型研究多航线问题，使用拉格朗日松弛法求解松弛法求解Shintani 等人等人（2007）放松港口
6、挂靠次序预定放松港口挂靠次序预定并且考虑空箱调拨并且考虑空箱调拨，设，设计计单一运输路线单一运输路线，使用遗传算法使用遗传算法求解求解Agarwal and Ergun （2008）提出提出基于基于多种商品的时空网络模型多种商品的时空网络模型，该，该模型覆模型覆盖了盖了多种船型的多种船型的船队船队、周班、周班服务频率和货物转服务频率和货物转运。为了简化在港口的转运成本在网络设计阶运。为了简化在港口的转运成本在网络设计阶段并没有考虑，且船舶在港口的滞留时间为常段并没有考虑，且船舶在港口的滞留时间为常量量轴辐式和多港挂靠式成本效益对比人物（时间）人物（时间）研究内容研究内容Hsu and Hsie
7、h （2007）两目标优化模型两目标优化模型运输成本和库存成运输成本和库存成本最小本最小，决定决定通过枢纽港通过枢纽港转运转运或或直接直接到卸货港到卸货港。该模型涵盖。该模型涵盖船舶配置船舶配置（船船舶大小舶大小、船舶类型组合船舶类型组合和和服务频率服务频率）Imai 等人（等人（2006）通过博弈论模型研究百万集装箱船舶通过博弈论模型研究百万集装箱船舶的经济可行性的经济可行性Imai 等人（等人（2009）基于上述模型，考虑空箱调拨，基于上述模型，考虑空箱调拨，比较比较传统轴辐式网络和多港挂靠式网络拓传统轴辐式网络和多港挂靠式网络拓扑结构的效率扑结构的效率1.2 贡献现有文献没有考虑轴辐现有
8、文献没有考虑轴辐式式-多港挂靠多港挂靠运营运营模式模式，也也很少关注空箱调拨很少关注空箱调拨问题问题。本文。本文研究的研究的考考虑空箱调拨的轴辐虑空箱调拨的轴辐式式-多港挂靠混合模式的班轮多港挂靠混合模式的班轮运输网络设计是一个新的研究问题运输网络设计是一个新的研究问题。应对建模困难应对建模困难，本文引入一个叫做本文引入一个叫做“分段分段（segment）”的新概念的新概念考虑考虑了了轴辐轴辐式式-多港挂靠多港挂靠混合混合模式，空箱调拨，模式，空箱调拨，班轮运输班轮运输服服务频率，装卸时间和转运成本等实际问题务频率，装卸时间和转运成本等实际问题通过轴辐通过轴辐式式-多港挂靠多港挂靠混合混合模式
9、来比较单纯轴辐式网模式来比较单纯轴辐式网络和多港挂靠式网络的成络和多港挂靠式网络的成本效益本效益将将空箱空箱调拨由运作层问题调拨由运作层问题上升为战术层问上升为战术层问 题题贡献贡献1贡献贡献31.2 贡献贡献贡献22 参数和假设枢纽港枢纽港:喂给港喂给港:航段航段（leg）12345/6I表达式为了表达式为了记录一条航记录一条航线的两个连线的两个连续的港口续的港口i,i=1,Nr1,i=Nr+1=枢纽港枢纽港2 参数和假设分段（分段（segment）SS例如：例如：同一条航线同一条航线132i=1,航段航段其它其它2.1 重箱运载计划（LCSP）枢纽港枢纽港2.2 空箱调拨富余富余短缺短缺平
10、衡平衡5000TEU5000TEU4000TEU空箱运输比重箱的运载空箱运输比重箱的运载计划设计更加困难计划设计更加困难可行的船舶配置方案(SDP)航次航次总时间 海上航行海上航行时间 在港在港时间SDP固定时间（备用时间）固定时间（备用时间）可变时间可变时间在港的装卸时间在港的装卸时间大船比小船的效率要高可行的船舶配置方案(SDP)V型船舶的容量型船舶的容量装卸效率装卸效率不小于它的不小于它的最小整数最小整数Time(R40)模型的计算性能CPU计算时间一般随着船型数和O-D对数量增长而增长结论：这结论：这24个问题实例所需的平均个问题实例所需的平均CPU计算时间是计算时间是6min，这个被
11、提出的模型可以应用于解决实际问题这个被提出的模型可以应用于解决实际问题管理启示1.在相同备选航线和船型的条件下，总的运营成本是随着OD港口对数量的增加而增加的2.对于相同的集装箱运输需求，总的运营成本随着船型数和备选航线数的增加而减少结论：我们可以通过设计更多的备选航线来减少运营成本，结论：我们可以通过设计更多的备选航线来减少运营成本，但是纳入更多的备选航线是要耗费更长的计算时间的。班但是纳入更多的备选航线是要耗费更长的计算时间的。班轮公司必须在方案质量和计算时间之间找到平衡点。轮公司必须在方案质量和计算时间之间找到平衡点。运输量分析24个实例中个实例中运输的集装箱总量中平均有运输的集装箱总量
12、中平均有32.4%为空箱。为空箱。在港装船的集装箱平均有在港装船的集装箱平均有25.6%是空箱。是空箱。与纯轴辐式和纯多港挂靠式的比较4.4 考虑到空箱调拨的影响5 结论Text in hereText in here1.提出的模型可以通提出的模型可以通过CPLEX有效求解。有效求解。2.综合考合考虑轴辐式和多港挂靠混合模式以及式和多港挂靠混合模式以及空箱空箱调拨之后可以更大地降低成本。之后可以更大地降低成本。结论轴辐式和多式和多港挂靠混合港挂靠混合模式模式提出了提出了一个混一个混合整数合整数线性性规划模型划模型全球班全球班轮航航运公司运公司实际的的数据数据CPLEX进行求解行求解定定义了重箱的了重箱的分段式路径流分段式路径流量和空箱的航量和空箱的航段流量段流量未来的研究方向在没有预先确定备选航线集合在没有预先确定备选航线集合的前提下设计班轮运输网络。的前提下设计班轮运输网络。为此，可以应用一些元启发式为此，可以应用一些元启发式算法，因为这属于算法，因为这属于NP难问题。难问题。将包含枢纽港选址和喂给港分将包含枢纽港选址和喂给港分配问题的轴辐式和多港挂靠混配问题的轴辐式和多港挂靠混合模式网络设计作为重点合模式网络设计作为重点Thank You!
