集装箱班轮联盟航线网络设计和资源配置多目标优化决策研究

More than 90 percent of international trade volume trade through the maritime transportation network. The weakness of the current global economic leads to the decrease of the demand, and liner shipping market competition is increasingly fierce. Besides, the green shipping development strategy also put higher requirements for liner companies’ operations. In response to market competition, liner carrier alliances have been deepening, which is an important mean to reduce costs and improve their service network. In this project, we will take the cost, time, and carbon emissions into account for network design and resource allocation in liner shipping carrier alliances. We study the theories and methods of decision making for strategic level and tactical levels, in terms of the carrier alliances network design and resource allocation. We will study the multi-objective optimal decision mechanism for carrier alliances network design. We will study both design of the fleet deployment and the empty container repositioning simultaneously. In order to ensure stability of carrier alliances, research on member of carrier alliances cost and income distribution mechanism will also be included. The project aims to improve the overall management level of liner carrier alliance to provide scientific theories, methods for tactical and operational levels. Besides, it can also provide scientific suggestions for government to enhance the competitiveness of port in the current carrier alliance network. Finally, the project can promote the development of transport network design and resource allocation related interdisciplinary.

国际货物贸易量90%以上是通过海洋运输网络完成。当前全球经济乏力导致贸易需求减少，班轮市场竞争日益激烈；同时，绿色航运发展战略也给班轮运营提出更高要求。在新的市场挑战下，班轮公司联盟趋势加强、运营模式深化，如何通过共享航线网络、船舶和空箱等资源，降低运营成本、减少碳排放、完善服务网络是提升班轮运营水平的关键。本项目将成本、时间、碳排放等多个决策指标纳入班轮联盟航线网络设计和资源配置优化中，在战略和战术层研究班轮联盟航线网络设计和资源配置管理的理论和方法：揭示班轮联盟航线网络设计多目标优化决策机理；设计班轮联盟船舶调运和空箱调度同步优化；构建班轮联盟成员成本和收益分配机制以保证联盟稳定。本项目旨在为班轮公司和联盟整体管理水平的提升提供战略和战术层的科学思想、分析方法和求解技术；为评估、应对全球航线网络的变化对我国港口的影响提供科学政策建议；推动运输网络设计和资源配置优化相关交叉学科前沿发展。

国际货物贸易量90%以上是通过海洋运输网络完成，当前全球经济乏力导致贸易需求减少，班轮市场竞争日益激烈；同时，绿色航运发展战略也给班轮运营提出更高需求。在新的挑战下，班轮公司联盟趋势加强，如何通过共享航线网络，船舶和空箱等资源，降低成本，减少碳排放，完善服务网络是提升班轮运营水平的关键。本项目将成本，时间，碳排放等多个决策指标纳入班轮联盟航线网路设计和资源配置优化中，在战略层和战术层研究班轮联盟航线网络设计和资源配置管理的理论和方法。.本项目研究内容分为3个子科学问题：班轮联盟航线网络设计多目标优化决策机理研究(R1), 班轮联盟资源配置优化决策机理研究(R2), 班轮联盟成员成本和收益分配机制研究(R3). 其中R2是在R1基础上开展的, R3又是在R2和R1的基础上展开的，并且R3中的收益分配机制又影响了R1和R2的优化决策，三者相辅相成，使得班轮联盟收益达到全局最优的同时又保证联盟成员间成本和收益分配更加合理，保证联盟稳定性。.本研究R1时，提出一种MKCSP的算法，相关成果发表在Transportation Research Part E期刊上。虽然联盟航线网络设计多目标优化具有较高复杂度，但MKCSP算法能在较短的时间给出所有帕累托权衡解，即精确解.并且通过理论推导证明航线网络设计多目标优化问题的复杂度上界，该上界为u!|R|其中u为决策目标中所含的关键绩效指标个数，R为可行路径的条数。在实践中，管理者所面对的指标是可控的，一般不多于5个，因此求解航线网络多目标复杂度是可控的，拓展了多目标优化理论和方法，并对实践具有很强的指导意义。.在研究R2时，我们根据Approximate dynamic programming的方法, 提出了一种混合自适应学习算法，相关成果发表在European Journal of Operational Research上面。该方法从理论上证明了班轮联盟资源配置算法的收敛性，并从理论上指出算法收敛的程度跟初始逼近函数的颗粒度有关，这也解释了学术界和工业界近20年的难题，为什么分段线性逼近算法具有很好的收敛性并且最终能够收敛于最优解。.在研究R3时，基于合作博弈的理论求解框架，最终提出一种最优限制运输计划，相关成果正在Navel Logistic Research上评审，解决了实践中联盟成员收益分配问题并具有很好的指导意义。