长江散杂货程租多船调度规划.pdf
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1、第 卷 第 期集美大学学报(自然科学版)年 月 ():收稿日期 基金项目 厦门市自然科学基金项目();福建省中青年教师教育科研项目(,);福建省本科高校教育教学研究项目();国家自然科学基金项目();中国交通教育研究会教育科学研究课题();集美大学科研基金项目()。作者简介 邢蒙(),女,硕士生,从事交通运输规划与管理方向研究。通信作者:王文(),女,博士,副教授,从事交通运输规划与管理方向研究。文章编号 ():长江散杂货程租多船调度规划邢 蒙,王 文,徐祝源,何利军(集美大学航海学院,福建 厦门)摘要 为优化长江散杂货运输在动态市场需求下的船舶调度方案,构建整船和非整船程租两种模式下的多船舶
2、调度规划模型,选择每船最佳运单集和航行路线。模型以多船舶程租在研究期内的总利润为目标,考虑货物装卸时间窗、港口位置、运价、运量、船舶位置、载货状态、以及运力等约束,采用以线性尺度变化计算父代种群适应度、锦标赛选择算子构成的遗传算法求解模型。利用武汉上海段的散杂货程租数据,运行 ,得到每艘船舶的调度优化方案。结果显示:非整船模式下单船和多船的成本、运力利用率均优于整船运输模式,个别船舶的利润在整船模式下较高,而多船总利润仍是非整船模式较高。因此长江散杂货程租船舶运营宜采用非整船模式。关键词 多船舶调度;程租;长江水运;剩余舱位;即期货物;矩阵制遗传算法中图分类号 集美大学学报(自然科学版)第 卷
3、:引言长江水运对流域经济发展有重要支撑作用,中小型民营散货船因为灵活自如的特性,分担了长江流域将近 散货货运量,成为长江干散货运输的主要运输方式,但这些中小航运企业对于挂靠港口的选择、运力配载、船舶调度等缺乏科学的规划和决策方法,市场中存在大量的即期货物运输需求,存在运力和燃油浪费的现象,增加了航运企业营运成本。因此为了帮助长江航运市场中的中小航运企业降低营运成本、提高企业利润和效率,需要对既定需求与即期需求同时存在时多艘船舶、多个货物运单的船舶调度问题选择合适的规划方案。近期国内有一些不定期船调度和内河运输船舶调度方面的研究。如:任亚群重点考虑泊位时间窗构建多船多港多货的整数规划模型,并设计
4、了嵌入禁忌搜索规则的遗传算法求解;陈翰林根据不同的市场油价、船舶的载货状态和货物的装运时间要求,设定可变航速,考虑了运输过程中出现新的即期货物运输需求,建立调度模型;石英杰提出了多船多任务多港口航线配船的不定期船舶调度问题,以营运总利润最大为目标,建立了受到装载期约束的非线性模型。其他研究主要包括与航速的联合优化、是否考虑换船作业及货物时间价值损失等问题。国际上在这方面的研究内容较为广泛,涉及港口锚地、驳船、航速及碳排放的优化。如:等提出一种使同目的港船舶到达锚地的顺序与目的港服务能力同步协调的船舶调度优化方法;等通过将混合整数线性规划转换为增强的集合覆盖模型,研究不定期船运输的船队调整、货物
5、选择和船舶路线问题;等对合同船舶和现货船舶提出了基于弧流和基于路径流的模型来解决船舶路线和调度问题。其他研究主要包括考虑拖船运输路线优化、潜在延误和广义成本等方面。本文与已有文献相比主要有三方面不同:)针对内河货运特点,在程租方式中研究非整船模式下的多船舶调度规划模型;)考虑市场的动态需求,兼顾单船载运顺序与航行路径的最优和多船总体利润的最优;)改进传统遗传算法,引入新的选择算子,并改进适应度函数,通过实例验证模型和算法的有效性,并对比非整船和整船两种模式下船舶运输在利润、成本、运力利用率等方面的差异。为长江中小航运企业选择货运模式、优化船舶调度方案提供理论依据。问题描述与相关设置 问题描述已
6、知每船的既定货运任务,在确保可完成该任务的前提下,自由选择市场上的即期货运任务。整船运输模式下,一艘船同一时间只可运输一单货,而非整船模式无此约束。以研究期内多船舶运输总体利润最大为目标,考虑货物装卸港口和时间窗、运价、运量等因素,为每艘船选择即期运单,并求解每艘船的最佳调度路线。条件假设)所有船舶为同一船型;)所有港口的停泊费及使费费率相同;)只装载可共同运输的货物,所有货物的装卸效率相同;)订单货物装卸安排在出发前确定,出发后不再更改;)所有船舶均从初始港口出发;)船舶从进港到离港时间等于货物装卸时间,不考虑等泊、滞港等其他因素;)船舶以恒定航速航行。参数设置 表示所有港口依次编号组成的集
7、合;表示运单集合,其中,表示既定运单集合,表示即期运单集合;表示船舶集合;(),表示运单 的装卸货港口;,表示运 第 期邢 蒙,等:长江散杂货程租多船调度规划:单 的收益;表示货物装卸效率();,表示 变量,船 是否选择 运单,是为,否为;表示质量参数,当 时,表示运单 的货物质量,当 时,表示船 的质量;,表示船舶 在港口 的停泊时间,;,表示船 到达 港的时间点;,表示港口 与港口 之间的航行距离;,表示船 从 港开往 港的航行速度;,表示船 从 港口开往 港的航行时间,;表表示船舶数量;表示船舶的载重吨(船舶净载重吨);,表示各航段船舶正常航行时主机燃油消耗量();表示船舶主机基本耗油系
8、数;表示船舶主机在常用工况下的功率();表示船舶主机在常用工况下的燃油消耗率();表示单位油价(元);表示单位时间港口停泊费用(元();表示单位载重吨港口使用费(元);表示单位时间货物装卸成本(元);表示船舶总运营天数(船舶从出发到结束货运任务的天数,不满一天按一天算);表示船舶每天的固定成本;,表示第 个运单的出发港口;,表示第 个运单的目的港口;(,),表示装载运单 的船舶的到港时间窗限制;(,),表示卸载运单 的船舶的到港时间窗限制;表示一个充分大的正数;表示第 项惩罚成本,;()表示等待成本函数,(),表示等待成本函数系数;()表示迟到成本函数,(),表示迟到成本函数系数;,表示船 在
9、 到 港口(相邻港口)之间的货物载质量,当 时,否则,;,表示 变量,船 是否选择港口 停靠,是为,否为;,表示 变量,运单 的出发港口是否为港口,如果 ,那么 ,否则 ,;,表示 变量,运单 的到达港口是否为港口,如果,那么 ,否则 ,。多船舶运输调度模型图1整船运输调度模式Fig.1Scheduling mode of whole ship 整船运输调度模型整船运输调度模式如图 所示。船舶、船舶 在 港进行装货作业,船舶 装载从 港至 港的货物,对于 港的即期货物运输需求,船舶 需在 港卸货之后,空载航行至 港,继续装载货物,运至 港卸货;船舶 装载从 港至 港的货物,在 港卸货后,空载航
10、行至 港,装载从 港至 港的货物,运行至 港卸货。经营人在收到 港和 港出现的即期货物运输需求时,对船舶重新规划调度,以获取更大收益。构建整船模式的调度模型为 (,(),)。()式()为目标函数,以利润最大为目标,即船舶运营的收益减去船舶运营各项成本。成本包括油耗成本、时间惩罚成本、固定成本、停泊成本、港口使费以及装卸费用。其中 为时间惩罚成本,集美大学学报(自然科学版)第 卷:是指货物在选择某运单后,未能在货物要求的时间内达到指定的装卸货港口而需要支付给货主的赔偿费用,即迟到成本,以及船舶提前到达装卸货港口而产生的船舶等待成本。算式分别为:)装货港等待成本 (,),;)装货港迟到成本 (,?
11、,),;)卸货港等待成本 (,),;)卸货港迟到成本 (,?,),。约束条件:)一个运单只能由一艘船整船运输,不分开装运,即,;)一艘船至少会选择一个运单进行运输,即,;)每船同一时间只运输一个运单,即 ,(),;()既定运单一定被运输,即,;)船舶运输的货物质量不能超过船舶最大载质量限制,即,;()时间窗约束,船 在初始港的时间点为,即,;船 到达 港的时间点(到达 港的时间点 在 港的停泊时间 港开往 港的航行时间),即,。)没有船舶停靠的港口必然不是货物的装货港或卸货港,即(),;)所选运单的装卸货港口必然停靠,即,()。非整船运输调度模型图2非整船运输调度模式Fig.2Scheduli
12、ng mode of partial space非整船运输调度模式如图 所示。在原计划下,船舶、船舶 在 港进行装货作业,船舶 装载从 港至 港的货物,船舶 装载从 港至 港的货物。航运市场出现新的货物运输需求,经营人重新规划航行线路,船舶 航行至 港,挂靠继续装载货物,把 港至 港的货物和 港至 港的货物共同运输至 港进行卸货,船舶 从 港航行至 港,进行挂靠继续装载货物,装载 港至 港的货物和 港至 港的货物,航行到 港,把 港至 港货物卸下,继续航行至 港,卸载 港至 港的货物。目标函数与式()相同,约束条件的不同在于一艘船舶可以同时运载多个运单,因此约束条件中无式(),式()替换为式(
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