不确定货运需求环境下船队规划问题的风险控制模型及算法

Fleet planning is an important decision making in a shipping enterprise development strategy. It is a key issue to decide whether the shipping enterprise can survive and develop in an intensely competitive shipping market. With the constant expansion of world shipping, the significance of this research work is especially pronounced. There have been some existing studies on the fleet planning problems with deterministic shipment demand, however, these studies did not take the inevitable uncertainties in the shipment demand and its risks into account. Therefore, one task of this proposal is based on the theory of stochastic integer programming，to systematically study the risk control model for the fleet planning problems with consideration of uncertain shipment demand, aiming at making a contribution to the risk control modeling theory of such problems and promoting its application. In addition, the traditional solution algorithms to solve stochastic integer programming models need to be improved in terms of computing speed, therefore, another task of this proposal is to design an effective algorithm to solve the risk control model combining the characteristics of the fleet planning problems. This study is an advanced research issue with a significant academic value in operational research and optimization field; meanwhile, it has a practical significance and can provide a practical decision-making model for the shipping enterprises of China.

船队规划是航运企业发展战略中的一项重要决策，是决定企业能否在竞争激烈的航运市场生存和发展的关键问题。随着世界航运规模的不断扩大，这项研究工作的重要性显得格外突出。国际上对于确定货运需求的船队规划问题已有一定的研究，但是这些研究并未考虑货运需求中不可避免的不确定性及其带来的风险。因此，本项目的一个研究内容就是以随机整数规划的理论体系为基础，对不确定货运需求环境下船队规划问题的风险控制模型进行系统化研究，以期推动该类问题的数学建模的理论方法及应用的进展。此外,传统的求解随机整数规划模型的算法在运算速度方面有待改进,因此,本项目的另一个研究内容就是结合船队规划问题的特点，以期设计出有效的求解风险控制模型的算法。本项目的研究不仅是运筹与优化研究领域中的一个前沿方向，具有重要的学术价值；而且能够为我国航运企业提供一个实际的决策模型，具有很强的现实意义。

考虑风险控制的不确定货运需求环境下的船队规划问题具有重要的理论价值和应用价值。该项目以集装箱班轮船队规划问题为依托背景，对以下4点主要的内容进行了深入研究，分别是：1）货物运输需求量的统计属性研究；2）风险控制模型的建模方法；3）风险控制模型的算法研究；4）风险控制模型的算例分析，并且取得了阶段性成果，具体如下：1）已对货物运输需求量这一随机变量之间的相关性进行了研究，发现货物运输需求量之间是相互关联和不独立的，并将其应用于多期(长期)的船队规划问题的研究，提出了多期随机整数动态规划；2）基于货物运输需求量之间是相互关联和不独立的这一研究发现，针对货物运输需求量之间的相关性提出了联合机会约束模型来对船队规划问题中面临的风险进行控制；3）针对集装箱转运在现实中普遍存在的实际情况，对集装箱转运问题进行了研究，提出了集装箱路径和船舶路径两个概念并用在所提出的数学模型中；4）运用以上提出的风险控制模型对中心辐射型港口群网络的船队规划算例进行了分析；5）对低碳环境下的港口和船舶的合作机制进行了研究，提出价格补偿合作机制促进港口和船舶的合作以降低船舶在港口的二氧化碳排放量。项目研究成果已在国内外期刊发表（待发表）4篇，参加国际会议并作报告2次，其中在Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review，Maritime Policy & Management，Transportation Research Record发表各一篇。以该项目研究成果为重要支撑材料，项目支持人获得2013年度湖北省楚天学子人才支持计划。