考虑转运成本的班轮服务网络设计模型与算法研究

Nowadays, cargo transshipment is getting more important in liner shipping. The transshipment cost cannot be overlooked when the carrier designs the service network. In the literature, however, the calculation of transshipment cost in the network design has significantly complicated the problem formulation and the solution development. Therefore, most existing works focus on finding heuristic solutions while seldom report the optimality gaps to their obtained solutions. In this proposed project, we will study two liner shipping network design problems that address the transshipment cost: (1) the liner shipping network design problem with the transshipment cost; (2) the liner shipping network design problem with the transshipment cost under an intermodal transportation system. The problem (1) is similar to some others in the literature. We are going to establish a new optimization model, and develop an exact solution method to find its optimal solution. Based on that, in the problem (2), we extend the model to describe the liner shipping network design problem under an intermodal transportation system where inland demands are to be considered. New effective and efficient optimization algorithms will be investigated to obtain good solutions for the second problem. The success of this project will significantly enrich the literature on liner shipping network design, contributing to new optimization and analytical techniques. It will also help Chinese carriers develop effective service network design solutions, so as to raise their competitiveness.

货物转运在班轮运输过程中越来越普遍，班轮企业因此在设计其服务网络时需要考虑转运成本。目前文献中的班轮服务网络设计模型在考虑转运成本的情况下较为复杂，求解难度较大。现有文献主要通过设计启发式算法来获得可行解，且该可行解和最优解之间的偏差未知。本项目将探讨在考虑转运成本的情况下优化设计班轮企业的服务网络，重点研究两个问题：（1）考虑转运成本的班轮服务网络设计问题；（2）多式联运下考虑转运成本的班轮服务网络设计问题。问题（1）与相关文献中研究的问题相同，申请人拟构建新的模型和求解方法，以达到求解该优化问题精确解的目标。在问题（1）的基础上，问题（2）额外考虑了多式联运环境下内陆需求对班轮服务网络设计决策的影响。申请人将针对问题（2）的特点构建新的数学模型，并设计相应的优化算法来对模型进行求解。本项目的研究将推动求解复杂优化问题的方法创新，并为我国班轮企业在服务网络设计方面提供决策支持。

本项目研究考虑转运成本的班轮网络优化决策问题。根据货物在不同运输线路/方式之间可能存在的转运情况，本项目的研究内容主要分成两个部分：（1）考虑转运成本的班轮网络优化决策；（2）多式联运下考虑转运成本的服务网络优化决策。研究内容（1）聚焦海运端的班轮网络设计问题，研究如何设计班轮航线服务网络，减少包括转运成本在内的物流运作成本，满足更多的运输需求，从而实现运输利润最大化。研究内容（2）从多式联运的视角研究班轮企业的服务网络优化问题，进一步融入陆运端的运输优化决策到研究中。.研究内容（1）聚焦海运端的网络优化，其本质上是一个考虑航线设计，船舶调配，以及货流分配的联合决策优化问题。现有文献在考虑转运成本的情况下无法针对该问题进行精确求解，其核心原因是无法处理具有Column-dependent row的数学模型。针对该问题，我们提出一种新型的行列同时生成（Simultaneous Column-and-Row Generation）算法，解决了精确求解的难题。 .研究内容（2）额外考虑了陆运和海陆衔接环节的物流运作决策，场景更复杂，问题难度更大。我们根据问题的场景细分成三个子研究问题来解决。子问题2-1研究海陆联运港和内陆港的选址问题，确定多式联运运输网络的结构设计。子问题2-2研究发货地到装箱地的物流优化问题，实现需求端的门到门服务。子问题2-3研究装箱地到装箱地的物流优化问题，实现需求端的场到场服务。在上述三个子问题的研究中，我们主要采用数学建模，并设计相应的精确算法（如分支切割、Benders分解）和启发式算法（如局部分支、粒子群）来优化求解，以满足实际复杂应用的优化需求。.本项目预计将贡献总共6篇论文，其中与本项目研究内容密切相关的论文4篇，与本项目理论方法相关的论文2篇。目前已发表SSCI/SCI期刊论文2篇（TRB 1篇，TRE 1篇），在修期刊论文2篇（TS 1篇，NRL 1篇），在投期刊论文1篇（OR 1篇），在做论文1篇（待完善后投稿高水平期刊）。.项目团队正与中远海运集团密切交流合作，推广本项目的研究成果，力争形成成果转化，创造实际经济价值。