綠色航運(yùn)背景下的泊位分配問題研究.pdf

1、隨著人們對全球氣候變化的廣泛關(guān)注，燃油價(jià)格的不斷上升，以及各國政府和國際組織對船舶廢氣排放的嚴(yán)格限制，航運(yùn)公司和港口企業(yè)逐漸意識到節(jié)能減排對企業(yè)生存的重要意義，并紛紛通過各種措施降低船舶、集卡等運(yùn)輸工具的燃油消耗和廢氣排放，綠色航運(yùn)時(shí)代悄然來臨。泊位是港口為船舶提供裝卸服務(wù)的地方，泊位分配問題關(guān)系著港航雙方的生產(chǎn)運(yùn)作，是雙方共同踐行節(jié)能減排的最佳契合點(diǎn)，在泊位分配問題研究領(lǐng)域，一個(gè)新的研究分支--綠色泊位分配問題--正在形成。本文旨在為

2、這一新的研究分支貢獻(xiàn)理論成果，從運(yùn)作層面為業(yè)界實(shí)施綠色航運(yùn)、建設(shè)綠色港口提供理論支持。
　　 本文首先從碼頭一個(gè)企業(yè)單獨(dú)決策的角度研究了面向綠色服務(wù)的泊位和岸橋聯(lián)合調(diào)度問題，然后將航運(yùn)公司的航速控制行為考慮進(jìn)來，研究了港航協(xié)作條件下的綠色泊位分配問題：先是在碼頭集中決策的環(huán)境下研究了考慮船舶燃油消耗和廢氣排放的泊位分配問題，并將研究成果從非潮汐港擴(kuò)展到了潮汐港；后又在港航雙方分散決策的環(huán)境下基于Multi-agent技術(shù)研究了綠

3、色泊位分配問題。具體而言，本文的研究工作包括如下四個(gè)方面：
　　 首先，研究了面向綠色服務(wù)的泊位和岸橋聯(lián)合調(diào)度問題。在模型中，用離港延誤時(shí)間的凸函數(shù)刻畫船公司在下一航段追趕船期、加速航行而過多消耗燃油和排放廢氣帶來的不滿意情緒，同時(shí)用計(jì)劃期內(nèi)可用的岸橋總工時(shí)限制集卡過多的水平跑動(dòng)，引導(dǎo)集卡節(jié)能減排；為降低求解難度，將混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型等價(jià)轉(zhuǎn)換為混合整數(shù)二階錐規(guī)劃模型，并采用分支切割優(yōu)化工具CPLEX對模型求解，由于在有些實(shí)例

4、上分支切割算法存在求解時(shí)間過長、內(nèi)存溢出等問題，文中對混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型巧妙分解，基于此設(shè)計(jì)了外逼近算法；數(shù)值實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性，并對模型中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了靈敏度分析。
　　 第二、將航運(yùn)公司的航速控制行為考慮進(jìn)來，研究了碼頭集中決策環(huán)境下的綠色泊位分配問題。從一個(gè)新的VAT(Variable Arrival Time)策略出發(fā)，將船舶的抵港時(shí)間(航速)看作決策變量，以最小化船舶在航行中的燃油消耗和廢氣排放、最小化離港延

5、誤時(shí)間為目標(biāo)建立了雙目標(biāo)優(yōu)化模型；為克服計(jì)算困難，將混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型等價(jià)轉(zhuǎn)換為混合整數(shù)二階錐規(guī)劃模型，同時(shí)采用ε-constraint方法求解模型的Pareto有效解；在燃油消耗計(jì)算的基礎(chǔ)上，還對船舶在航行中的廢氣(CO2、NOx、SOx、PM)排放進(jìn)行了定量評估；最后，通過一個(gè)后優(yōu)化過程分析了船舶在港等待期間的廢氣排放。實(shí)驗(yàn)表明，新的VAT策略能在不降低(甚至提高)碼頭服務(wù)水平的情況下有效降低船舶在航行中的燃油消耗和廢氣排放，同

6、時(shí)，也能極大降低船舶在港等待期間的廢氣排放。
　　 第三、將新的VAT策略從非潮汐港推廣到潮汐港，研究了節(jié)能減排背景下潮汐港的泊位分配問題。據(jù)本文作者所知，這也是第一次研究潮汐海港中集裝箱碼頭的泊位分配問題。先是從潮汐對船舶進(jìn)出港的影響出發(fā)進(jìn)行建模，為減輕非凸性和非線性帶來的求解困難，對模型進(jìn)行了等價(jià)變換。本文還從潮汐港中幾個(gè)重要的管理問題出發(fā)進(jìn)行了全面的數(shù)值實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明，在潮汐港中實(shí)施新的VAT策略，不僅能幫助船公司節(jié)能減排

7、，還能有效緩解潮汐對岸邊作業(yè)的影響，很多時(shí)候還可以避免挖掘航道的大興土木和資金消耗。此外，還給出了潮汐港的離散泊位分配模型，指出其可以應(yīng)用到散貨碼頭，從兩個(gè)方面擴(kuò)展了前人的研究工作。
　　 最后，研究了港航雙方分散決策環(huán)境下的綠色泊位分配問題。在這一問題中，碼頭不再是集中決策者，港航雙方被看作平等、自治的決策主體。文中基于Multi-agent技術(shù)提出了解決方案，并以泊位分配模型的影子價(jià)格為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了港航雙方的協(xié)商機(jī)制，為適應(yīng)潮