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最优航线调度和集装箱船舶配载计划的决策支持系统

作　者: 陈忱
导　师: 孙俊清
学　校: 天津理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 班轮航线集装箱配载倒箱遗传算法
分类号: U692
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着全球经济一体化的快速发展，国际集装箱班轮运输行业日趋完善，已经成为国际化物流中的重要环节之一。航线优化调度问题和集装箱船舶的配载问题作为集装箱班轮运输中的主要研究领域，对班轮公司的经济效益起着举足轻重的作用。本文利用数学理论、控制理论和计算机仿真技术对航线调度问题和集装箱船舶配载问题进行了分析与研究，并以此为基础，初步构建决策支持系统，其主要内容如下：研究了班轮公司的航线优化调度问题，建立了基于运输收益的数学模型，该模型以环绕式“中心-分支”港运输模式为基础，目标是确定航线中的中心港口集合和分支港口集合并安排船舶靠港顺序以及分支港口相对应的转运中心港口，使得班轮运输收益最大化。考虑到转运价格的不确定性，模型中利用转运价格系数调整港口之间的转运成本，以此满足不同情况下的航线优化调度问题。最后利用改进的蚁群算法对模型进行求解，通过仿真实验说明以环绕“中心-分支”港运输模式制定的班轮航线相对于传统单一模式的班轮航线，班轮公司在收益方面有了一定的提高。研究了针对某一航线的多港口集装箱船舶配载问题，考虑到集装箱配载计划主要包括两个决定因素，船舶的稳定性和集装箱的倒箱数量，对于停靠多港口的集装箱班轮来说，这两个因素通常是矛盾的，鉴于此，讨论了停靠多港口的集装箱运输班轮在整个航线上的配载计划问题，首先建立了问题的0-1规划数学模型，该模型将船舶稳定性作为约束条件，其目标是最小化集装箱船舶在整个航线所有港口的倒箱量；然后设计了求解问题的改进遗传算法并对仿真数据实例进行求解。仿真实验结果表明，与通常集装箱运输班轮采用的随机配载方式和按照目的港装箱的配载方式相比，本文给出的方法所得出的配载方案使得集装箱船舶在安全性和经济效益方面有一定的提高。针对航线优化调度问题和集装箱船舶配载问题，以上述两个模型为基础，构建决策支持系统的数据库、模型库和方法库，初步建立基于班轮运输优化的决策支持系统。其中航线优化模型和船舶配载模型二者是承上启下的关系，航线优化调度模型制定的结果是船舶配载计划的前提。配载计划以具体航线为基础，利用已知的港口信息、船舶信息、集装箱运输等信息，得到满足运输要求的多港口最优集装箱船舶配载计划，进而为决策者提供关于航线优化调度问题和船舶配载问题的有效决策信息。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 选题的背景  11-14
    1.1.1 研究背景  11-12
    1.1.2 班轮公司简介  12-14
  1.2 研究意义和研究目的  14-15
    1.2.1 研究意义  14
    1.2.2 研究目的  14-15
  1.3 国内外文献综述  15-17
    1.3.1 航线优化问题  15-16
    1.3.2 船舶配载问题  16-17
  1.4 本文主要研究工作和创新之处  17-18
  1.5 本文架构  18-19
第二章基于班轮运输的航线优化问题  19-38
  2.1 引言  19
  2.2 问题描述  19-25
    2.2.1 班轮的最优航线优化问题的设计  19-21
    2.2.2 问题提出  21
    2.2.3 符号表示  21-22
    2.2.4 模型建立  22-25
  2.3 基于班轮航线问题的蚁群算法求解  25-32
    2.3.1 蚁群算法基本原理  25
    2.3.2 航线优化问题基础蚁群算法  25
    2.3.3 单只蚂蚁行走策略  25-27
    2.3.4 蚂蚁路径的构造  27-28
    2.3.5 信息素更新  28
    2.3.6 基础蚁群算法求解步骤  28-29
    2.3.7 基于启发式规则的改进蚁群算法  29-31
    2.3.8 改进蚁群算法流程图  31-32
  2.4 仿真实验与分析  32-37
    2.4.1 已知数据及条件假设  32-35
    2.4.2 仿真实验  35-36
    2.4.3 实验分析  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章考虑船舶稳定性的多港口集装箱配载问题  38-52
  3.1 引言  38
  3.2 船舶稳定性概述  38-40
    3.2.1 船舶稳定性概念  38-39
    3.2.2 船舶稳定性三种平衡状态  39-40
    3.2.3 船舶平衡状态的判别  40
  3.3 问题描述  40-44
    3.3.1 问题提出  40-42
    3.3.2 符号表示  42-43
    3.3.3 模型建立  43-44
  3.4 基于 P-1 位基因组编码的遗传进化配载算法设计  44-47
    3.4.1 基于 P-1 位基因组编码的遗传进化配载算法流程图  44
    3.4.2 遗传算法设计实现  44-46
    3.4.3 简单实例及其说明  46-47
  3.5 仿真实验与分析  47-51
    3.5.1 仿真实验  48-49
    3.5.2 实验结果  49-50
    3.5.3 结果分析  50-51
  3.6 本章小结  51-52
第四章决策支持系统  52-63
  4.1 引言  52
  4.2 基于航线和配载问题决策支持系统的分析  52-55
    4.2.1 基于航线和配载问题决策支持系统的总体架构  52-53
    4.2.2 航线和配载问题决策支持系统体系结构  53-54
    4.2.3 决策支持系统的逻辑结构  54
    4.2.4 决策支持系统的功能模块  54-55
  4.3 基于航线和配载问题决策支持系统的系统设计  55-60
    4.3.1 交互子系统设计  55
    4.3.2 数据库子系统设计  55-58
    4.3.3 模型库子系统设计  58-59
    4.3.4 方法库子系统设计  59-60
  4.4 航线优化模块和船舶集装箱配载模块  60-62
    4.4.1 决策支持系统中的航线模块  60-61
    4.4.2 决策支持系统中的配载模块  61-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章总结与展望  63-65
  5.1 总结  63
  5.2 展望  63-65
参考文献  65-68
发表论文和科研情况说明  68-69
致谢  69-70

最优航线调度和集装箱船舶配载计划的决策支持系统

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