船舶尾气排放管制下班轮航线网络运作优化研究

Exhaust gases from ships considerably aggravate the air pollution in port cities. Many countries in the world (including China) have issued a number of regulations regarding the reduction of exhaust gas emissions from ships. These regulations include the establishment of sulfur emission control areas and the requirement for ships to switch to low-sulfur fuel during berthing or to use shore power. The regulations have significantly increased the fuel costs for shipping lines. Most existing studies on optimization models for shipping operations do not consider the effect of regulations on exhaust gas emissions from ships. This project investigates how shipping lines optimize their liner shipping networks to minimize costs in response to the regulations. First, we will analyze the optimal speeds and paths of ships sailing between two ports considering sulfur emission control areas. Based on this analysis, we will formulate optimization models and design algorithms for two problems: the schedule design and fleet deployment problem at the tactical level and the ship fleet scrubber installation and shore power equipment conversion problem at the strategic level. The outcomes of this research will provide guidelines for shipping lines to reduce costs, thus gaining more profit while emitting fewer exhaust gases.

船舶尾气排放严重加剧了港口城市的空气污染。世界各国（包括我国）出台了一系列限制船舶尾气排放的措施，包括设立硫排放控制区、强制靠港船舶使用低硫燃油或者使用岸电。这些管制措施给航运企业带来了很大的燃油成本负担。现有的大多数航运公司运作优化模型没有考虑船舶尾气排放管制政策的影响。本课题研究航运公司如何在遵守尾气排放规定的前提下优化班轮航运网络，从而降低企业成本。首先，我们分析硫排放控制区下船舶在港口间航行的最优航速与路径；然后以此为基础，借助数学建模和算法设计，我们研究航运公司中期层面的班期设计和航线配船问题及长期层面的船队硫化物洗涤器安装及岸电设备改造问题。本项目的研究成果，可以帮助班轮企业降低成本，从而实现经济效益和环境效益的协调发展。

由于船舶消耗的海洋燃料质量低下，船舶尾气的排放已成为可持续运输中的重要问题，并且严重加剧了港口城市的空气污染。世界各国（包括我国）出台了一系列限制船舶尾气排放的措施，包括设立硫排放控制区、强制靠港船舶使用低硫燃油或者使用岸电。不同的减排措施会不同程度地增加班轮公司的成本并影响其运营管理。现有的大多数班轮公司的运营管理没有考虑船舶尾气排放管制政策的影响。本课题借助了数学建模和算法设计，分析了排放控制区下船舶在航行过程中航行的最优航速和路径，并研究了班轮公司的中期层面的班期设计和航线配船问题及长期层面的船队硫化物洗涤器安装及岸电设备改造问题。通过本项目的研究成果发现，本项目在考虑到排放控制区在班轮航线运营管理中的作用，本项目可帮助班轮公司减少超过2%的成本，考虑到班轮公司的航运网络的年运营成本可能高达数十亿美元，这一点意义重大，从而可以实现经济效益和环境效益的协调发展。通过项目研究工作：1.进行了实务调研、理论研究和算法开发，形成了完整的学术报告；2.在国内外重要学术期刊上发表论文17篇，其中交通类顶级期刊《Transportation Research Part B》9篇，运筹优化类顶级期刊《European Journal of Operational Research》1篇，交通类权威期刊《Transportation Research Part C》1篇，《Transportation Research Part E》1篇；3.培养了3位博士研究生和2位硕士研究生；4.邀请国际著名交通学者及其他多名国际知名学者进行学术访问；参加多次国际学术会议和国内学术会议，做了多次大会特邀或专题报告；被大连海事大学、东南大学等多所大学邀请作主题报告。上述研究工作和重要结果揭示了船舶尾气排放管制下班轮航线网络运作优化研究的特点与难点，为船舶尾气排放管制下的班轮航运管理提供了新思路，在班轮公司运营管理、优化方法等方面有科学意义，并对绿色航运的实现有参考价值。