我国沿海集装箱班轮航线系统优化硕士学位论文.docx

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我国沿海集装箱班轮航线系统优化硕士学位论文

学校代码：

10254

密级：

论文编号：

上海海事大学

SHANGHAIMARITIMEUNIVERSITY

硕士学位论文

MASTERDISSERTATION

论文题目：

我国沿海集装箱班轮

航线系统优化

学科专业：

交通运输规划与管理

论文独创性声明

本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其它人或者其它机构已经发表或撰写过的研究成果。

其它同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了感谢。

作者签名：

日期：

论文使用授权声明

本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定,即：

学校有权保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布论文的全部和部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。

保密的论文在解密后遵守此规定。

作者签名：

导师签名：

日期：

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

我国集装箱运输发展过程曲折，经历了尝试、起步、发展这三大过程。

从无到有、从弱变强，走过了一条不平凡的道路。

但目前我国沿海班轮运输系统还存在着多家航运公司自行设置航线，运力重叠、港口运量需求不能完全得到满足等问题。

要解决这个问题，必须通过对其船型、航线进行研究、及时优化，从而加速发展、实现目标。

一方面，系统的理论分析为实践打下基础，有利于整个市场的稳定发展。

另一方面，对航线进行优化调度有利于把握航线效益，使得投资有合理的理论依据。

随着沿海内贸集装箱运输市场的快速发展，各大班轮公司如何把船舶安排到最佳航线上，使有限的船舶资源创造最大的经济利益，成为各大公司研究的课题。

本文首先概述了课题研究的背景意义及国内外沿海集装箱发展状况；接着分析了我国沿海集装箱运输市场的发展现状，包括对港口布局、航线分布、运力供给、运输需求、船队运力等内容的描述；第三部分以我国沿海集装箱班轮运输系统作为研究对象，利益最大为目标，采用双层规划的方法来对沿海班轮集装箱运输进行航线优化设置，以达到最优航线；第四部分通过算例求得最优解；最后做出总结。

本文的不同和创新之处在于结合双层规划有关方法对国内沿海集装箱运输航线进行优化。

以我国沿海集装箱班轮运输系统作为研究对象，采用双层规划的方法来对沿海班轮集装箱运输进行航线优化设置，其中航线设置优化为上层目标，在经过决策变量即下层目标货流量变量的影响下进行优化。

主要考虑到航线设置与货流量的双向影响，该数学模型可应用于解决我国沿海集装箱船舶运输航线选择问题，进而实现利润最大。

关键词:

沿海集装箱，班轮航线，优化，双层规划

ABSTRACT

Developmentofcontainertransportationinourcountryistortuous.Itgonethoughtanextraordinarypathfromweaktostrong.However,therearestillmanyproblemsinChinacoastallinersystem,suchasroutesconfusion,capacityduplication,imbalancebetweensupplyanddemandandsoon.Itisnecessarytoresearchrouteoptimizationtosolvetheproblems.Ontheonehand,thetheoreticalanalysisoftheshippinglinersystemlaythefoundationforthepractice,itisconducivetothestabledevelopmentoftheentireshippingmarket.Ontheotherhand,optimizingtheschedulingoftheflightrouteisconducivetograspthebenefits,makingthetheoreticalbasisforareasonableinvestment.

Howtoarrangethebestrouteinordertocreatingthemaximumeconomicbenefithasbecomeamajorstudyofallthecompanies.Thispaperoutlinesthebackgroundoftheresearchsignificanceanddevelopmentofdomesticcoastalcontainer;thenanalyzedthehistory,currentstatusandtrendsofcoastalcontainershippingmarket,includingthecontentofportlayout,routedistribution,supplycapacity,transportationdemand,fleetcapacityandsomeotherdescription;inthirdpartstudiedChina'scoastalcontainerlinertransportsystem,madethegreatestbenefitasthegoal,withdouble-layerplanningapproachtosetuprouteoptimizationthenachievetheoptimalrouteplanning;infourthpartabtainedoptimalsolutionbyanexample;andfinallygetconclusion.

Theinnovationofthispaperistheuseofdouble-layerplanningapproachforoptimizingdomesticcoastalcontainershippingroute.Themathematicalmodelisbasedoncoastalcontainerlinertransportsystemwhichsettheoptimalroutefortheuppertarget,cargotrafficforthelowertarget.Majorconsiderationisaboutthemutualinfluencebetweenroutesettingandcargotraffic,itcanbeappliedtosolvethecoastalcontainershippingrouteselection,soastoachievethemaximumprofits.

YanMengdi（TransportationPlanning&Management）

DirectedbyProfessorZhaoGang

Keywords:

coastalcontainer,shippingroute,Optimization,Bilevelprogramming

目录

第一章绪论1

1.1研究背景及意义1

1.1.1研究背景1

1.1.2选题意义1

1.2研究现状综述2

1.2.1国内研究现状2

1.2.2国外研究现状4

1.3课题研究主要内容概述6

第二章我国沿海集装箱运输市场现状分析7

2.1我国沿海集装箱运输的发展现状7

2.2我国沿海主要集装箱港口布局现状分析9

2.3我国沿海主要集装箱航线分布现状分析18

2.4我国沿海集装箱运输市场需求现状分析20

2.5我国沿海集装箱船队运力现状分析20

2.6沿海集装箱运输市场发展的影响因素24

2.7沿海集装箱运输市场发展趋势25

第三章沿海集装箱班轮航线系统优化双层规划模型的建立26

3.1沿海集装箱运输市场的航线选择分析26

3.2问题描述27

3.3沿海集装箱运输航线优化设置方法29

3.4上层规划模型分析30

3.4.1上层规划决策变量及参数设置30

3.4.2上层规划目标函数分析33

3.4.3上层规划约束条件分析35

3.5下层规划模型分析37

3.5.1下层规划目标函数分析37

3.5.2下层规划约束条件分析38

3.6集装箱班轮航线系统优化双层规划模型的建立40

第四章浦海公司沿海内贸集装箱运输航线规划实例演示42

4.1数据准备42

4.2具体模型实例化48

4.3求解过程50

第五章结论53

参考文献54

附录：

LINGO语言求解过程56

致谢57

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

集装箱运输无疑是至今为止发展最为迅速的交通运输方式，从上世纪出现后日益普及，通过将零散货物分类装箱来简化甚至避免货物的装卸和转运，不仅降低了运输成本、减少物品破损，而且大大增加了运输量、加快运输速度，这些海洋运输中的优点，使得集装箱化成为运输业发展史上的必然趋势。

我国沿海集装箱运输发展速度极快，虽然历时较短，但跨过了集装箱化初期摸索阶段，直接由联运的发展道路上着手起步。

回顾我国沿海集装箱运输市场发展历史，在几经周折后走向发展，并且持续稳定，直到近几年得到飞速发展。

早前由于当时国民经济发展薄弱，国内集装箱市场在国际舞台中占据角色微不足道，致使虽然整个大环境蓬勃发展，但国内集装箱运输仍旧停滞不前。

直到1996年，外贸政策开始调整，国内集装箱运输结构发生变化，市场需求扩大，为国内沿海集装箱运输铺上了一条前进的道路。

期后国内经济大发展，加速物资流动，国内水路货运需求量大大增长，为集装箱市场的发展创造了有利条件，沿海集装箱运输更是利用其地理优势不断突破、达到新高。

集装箱化作为现代化的运输模式，为我国沿海运输提供了大好条件。

国内经济的发展也为内贸运输打下了基础。

实质上，我国沿海内贸相比国际来说是落后的，许多发达国家早已运用集装箱运输这一新兴运输方式来促进沿海内贸发展，加快经济流动，推动经济增长。

而我国市场尚未成熟，发展缓慢。

但根据我国地势条件和地区经济发展不平衡状况来说，沿海内贸集装箱运输发展势必前途一片光明。

1.1.2选题意义

我国沿海集装箱运输市场虽然发展快速，但相比国际发展还不完善，尚在不断摸索前进的阶段。

变化多端的市场需求给沿海集装箱化发展提供了大好机遇，同时也提出了挑战。

由于受全球金融危机的影响，港口面对史无前例的压力，一些船公司采用撤线、封船等手段来减少亏损。

我国政府应对国际金融危机采取拉动内需政策，着实为沿海集装箱运输需求带来巨大的潜力。

为保持8%左右的经济增长速度，我国拉动内需，南北物资交流势在必行，为探索沿海集装箱运输货源开发创造了条件。

金融危机后国内集装箱行业反而受到重视，拉动内需的政策使得市场活跃，涌现了大量船公司。

但各公司基本都以经验为主，很少用到现代化的方式来运营。

国内和国际的情况也不一样，通常国际的优化方案比较多，国内较少。

但国际的并不适用于国内集装箱运输，所以本文的研究有一定的实用性。

另外，由于经营沿海集装箱运输对船公司的要求相对比较低，造成了大大小小的船公司纷纷涉足其中，结果出现了不少航线、船型比较杂乱，挂港密度不均匀，班期不稳定等经营上的问题。

如何合理规划航线，有效选择挂靠港，降低运输成本，争取最大航线效益，成为船公司面临的首要问题。

通过对其船型、航线进行研究、及时优化，从而加速发展、实现目前乐观的发展前景显得尤为重要。

一方面，系统的理论分析为实践打下基础，有利于整个市场的稳定发展。

另一方面，对航线进行优化调度有利于把握航线效益，使得投资有合理的理论依据。

1.2研究现状综述

1.2.1国内研究现状

我国沿海集装箱班轮运输发展是国民经济发展带动起来的产物。

在国际市场一片大好的环境下，由于资金不足，国内沿海集装箱运输发展十分缓慢。

等到国内经济持续增长，终于开启了集装箱运输快速发展的势头。

内贸需求量更是不断上升，吸引了众多航运企业投资开辟沿海内贸集装箱运输航线，致使整个行业快速发展起来。

自此涌现出众多专家和企业开始对沿海集装箱班轮运输进行研究和分析。

其中不乏宝贵的理论分析和意见建议。

曹德信（2000）[1]分析了我国水路内贸集装箱发展情况与存在的问题，针对中国集装箱运输业的现状提出了国内水路内贸集装箱发展的战略、对策和建议。

上海国际货运代理有限公司的张伟（2000）[2]在分析了沿海内贸集装箱运输市场的发展状况，提出优化货源结构、规范市场等宝贵意见。

李丽（2003）[3]分析了当下大连港面临的严峻形势，针对存在的问题研究大连港集装箱运输的发展策略，确定措施。

孙永玉（2004）[4]提出为我国沿海内贸集装箱运输的健康发展，应当加快立法步伐进行规范与管理。

并且在国内水路集装箱运输发展迅猛时期加强发展战略和规划工作。

同时开展专题研究和示范工程，从根本上决定水路内贸集装箱运输发展模式与发展前景。

胡根全（2006）[5]认为国家相关鼓励政策以及企业经营观念的转变都将促进沿海集装箱市场的发展，同时提出运力过剩难以避免的问题，建议班轮公司提高港口集疏运能力和运作效率。

随着各种计算机技术的出现，班轮公司开始针对不同航线不同船型，由系统理论建立数学模型来解决航线和船型的优化问题。

这些模型使理论实体化，被运用在各大船公司。

徐天芳、胡丽娜（2000）[6]考虑到国内集装箱运输运力和运量必将大幅增长，从这一出发点提出各个不同型（两点往返型、环形、钟摆型）航线的运力和运量的平衡方法，以极限运力为函数，考虑周转量，利用线性规划设计了国内班轮航线配船的数学模型。

李文龙（2002）[7]根据最小偏差法原理，建立了西江中小型集装箱优化模型。

该数学模型运用遗传算法进行多目标化，算例结果表明所建模型的可行性，即能找到最优解，继而在最优解基础上设计实船，对其主要变量进行确定，最后得到最优的船型。

陈彬（2005）[8]运用线性规划和计算机设计出一款班轮航线配船模型，并且被中远集装箱运输有限公司运用在其集装箱管理体系当中。

数学模型的优化求解均是在EXCEL2000中进行。

在理论基础的前提下，模型考虑了实际操作流程，使得它在公司运用中更具可操作性。

赵雷（2006）[9]从箱位分配问题出发，提出了港口配箱量和船舶配箱量的确定方法，利用整数规划设计船舶箱位分配模型，在Lindo软件中计算求解，实现了集装箱航线配箱的优化配置。

邹美云（2006）[10]系统全面的分析了我国沿海内贸集装箱运输状况，以单箱位单位时间运输成本为目标函数，设定集装箱船舶的额定载箱量为限制条件，运行非线性规划从而确定我国沿海集装箱运输市场上的最优船型。

模型利用Matlab求解得到最优解。

孙志强（2006）11]提出运力合作下的集装箱运输路径优化，设计了整体情况最优条件下的集装箱路径选择模型。

该模型以集装箱运送成本最低为目标函数，运用遗传算法和LINGO、CPLEX计算机工具求解，对班轮公司的日常经营调度和航线规划都有很大的参考意义。

邓佳、乐美龙（2007）[12]根据沿海几大干线港口之间的运量需求，以整个航线网络利益最大化为目标函数，考虑运力约束、离港和到达约束，建立了非线性规划和整数规划相结合的混合模型，通过线性求解解决集装箱船舶运输航线配置问题，进而实现利益最大化。

张海健（2007）[13]针对集装箱班轮航线不定期船舶航线配船进行研究，运用二级优化方式建立了集装箱班轮航线配船的一级、二级优化模型。

模型以成本最小化作为目标函数，在一级优化中考虑单艘船舶成本最低，二级优化所选航线的成本计算根据确定的航速进行，同时也变成航线不适应船舶的约束条件，从而得出不同船型在不同航线上的配置以达到总成本最小。

该模型通过VB语言进行求解。

李文欢（2007）[14]建立了集装箱班轮运输航线网络优化模型。

该模型以经营航线的总运输成本最低为目标函数，限制货物需求量、运力、航线班期，运用MTSP模型生成可行航线，通过整数规划得出最优化结果。

王斌、唐国春（2008）[15]以集装箱运量总利润最大为函数，考虑集装箱需求和航线运输能力，设计出航运集装箱运输路径选择优化模型。

模型使用LING09.0工具进行求解，为投资者展现了航运集装箱运输的理论方案，降低成本从而实现效益最大化。

1.2.2国外研究现状

相比国内，国外学者对集装箱班轮运输的研究要早一些，相对来说也更为成熟。

特别是美国、日本等发达国家，建立了自己的运输网络，拥有完善的集装箱运输信息管理系统，培育出成熟的沿海内贸集装箱运输市场体系。

各大企业随之加大投资力度，涌现大量理论研究，加快集装箱班轮运输市场的发展。

随着互联网的飞速发展，世界各大港口通过网络加强与各港口之间的贸易航运企业的交流与合作，更加体现了信息化体系的运用和必要性。

航运公司的目标是合理利用船队，使效益最大化。

不同船型、不同航线的规划大不相同，因此班轮公司在战略操作层面上的规划复杂多样化，国外市场主要解决方法有政策上及水路集装箱运输企业上的改进和革新，开展更为密集的物流服务中心和建立一大批数学模型优化各个类型的运输方案。

Lane（1987）[16]等人研究了“三步走”方法来实现一条已知班轮航线的最优船型配置，是世界上第一次将最优化模型运用到班轮运输的船队规模和船型配置中。

该模型以成