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基于可变航速的支线集装箱船舶调度优化模型与算法

张开放  
【摘要】:航运企业不断地寻求规模经济和造船技术的不断发展,导致了集装箱船舶大型化的发展。集装箱船舶的大型化也促使了港口地不断发展,港口出现了与大型集装箱船舶相配备的港口装卸设备,但大型集装箱船舶对挂靠港口要求较高,目前仍然只能挂靠部分较大的深水港。另外,越来越多的客户需要“门到门”的运输服务,大型集装箱船舶只能挂靠干线枢纽港与客户“门到门”的运输需求之间的矛盾导致了轴辐式航运网络的产生,即在干线运输采用较大的集装箱船舶,发挥规模经济优势,在枢纽港与较小的支线港之间采用小型集装箱船舶运输。轴辐式航运网络的出现,促使了越来越多的学者开始关注服务于干线网络的支线网络优化问题。本文通过分析支线集装箱船舶调度问题的研究现状发现,虽然许多专家学者关注航运网格优化问题,但多是从车辆路径优化问题拓展的干线网络优化,研究支线网络优化的学者相对较少。船舶航速决定的船舶油耗是船舶运营成本的主要构成之一,有学者研究表明,在燃油价格较高的情况下,船舶航行所消耗的燃油成本超过船舶总运营成本的一半。现有学者在研究支线集装箱船舶调度问题时往往忽略航速对运营成本的影响,本文在船舶航速理论的基础上设计了基于经济航速的支线船舶航速优化算法。在上述研究的基础上,本文根据每个支线港已知的装卸箱量,考虑集装箱送达枢纽港时具有班期约束和航行过程中航速可变,以及集装箱分拨到支线港需要满足的时间窗约束,建立了以船公司完成运输任务的运营成本最低为目标函数的非线性混合整数规划模型。首先使用AMPL集成开发环境对模型进行求解,验证了模型的准确性。为了解决大规模支线集装箱船舶问题设计遗传算法进行求解,同时,为了进一步提高解的精度,设计多智能体进化算法引入竞争算子与自学习算子对问题进行求解。


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