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班輪航線配船低碳經(jīng)濟研究論文
1航線配船雙目標(biāo)規(guī)劃模型的構(gòu)建
在計劃期內(nèi)，同時追求集裝箱班輪航線配船總營運成本最小和主機二氧化碳排放量最小;二氧化碳排放量主要根據(jù)式(10)進行計算，其值與燃油消耗有關(guān)。第1個約束函數(shù)式是對各集裝箱船總數(shù)的約束;第2、第3個約束條件是對正向、反向最大裝載率的約束;第4個約束條件是對船舶數(shù)量的非負(fù)性以及整數(shù)性的約束。所建模型中，對同一航線同種船型，可以根據(jù)需要選擇不同的航速，這樣的設(shè)計具有較高的靈活性，更有利于實現(xiàn)成本的最小化。后面將在算例中對這種改進的有效性進行驗證。
2班輪航線配船雙目標(biāo)模型的轉(zhuǎn)化
雙目標(biāo)模型一般通過2種方法求解:
1）．化多為少，將其化為單目標(biāo)模型。
2）．分層序列法，按重要性對目標(biāo)排序，在前一目標(biāo)的最優(yōu)解集內(nèi)求下一目標(biāo)的最優(yōu)解，直至最后一個目標(biāo)。此處采用主要目標(biāo)法將雙目標(biāo)模型轉(zhuǎn)化成單目標(biāo)模型。具體轉(zhuǎn)化方法為:將f1作為主目標(biāo)，不發(fā)生改變;設(shè)定碳排放量目標(biāo)值K，將f2≤K加入約束函數(shù)，將雙目標(biāo)模型轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)模型。在具體應(yīng)用中，可以將K設(shè)定為某一具體數(shù)值，或?qū)⑵湓O(shè)定為不同的值，對不同K所對應(yīng)的航線配船方案進行比較，以選擇最優(yōu)方案。轉(zhuǎn)化后的模型可以通過MATLAB進行求解，轉(zhuǎn)化后的航線配船模型為目標(biāo)函數(shù):f1約束函數(shù):3算例驗證與分析某公司擁有多條全集裝箱班輪航線，經(jīng)營多條集裝箱航線，選取其中3條進行研究。船舶配置、各航線正向與反向運量預(yù)測，當(dāng)前船舶、航速以及對應(yīng)的航行成本。運用傳統(tǒng)航線配船模型(同一航線、同種船舶、同一航速)得到的方案的總成本為24384萬美元，碳排放總量為94．23萬t，共閑置2艘船舶。根據(jù)該班輪公司的運營情況，對各航線的航速進行重新設(shè)計，即為每條航線加入另一種新航速。各航線的航速以及對應(yīng)的成本通過雙目標(biāo)模型，將這3條航線上的碳排放量降低至傳統(tǒng)配船模型碳排放量(94．23萬t)的一定比例以下，不同的對應(yīng)不同的航線配船方案，通過對比選擇最優(yōu)方案。將分別取值為98%，96%，94%，92%，99%，…，82%，80%。在=80%時無解，由此可知在取所有＜80%的數(shù)值時，該模型無解。=82%時，雙目標(biāo)模型對應(yīng)具體配船方案。該方案所對應(yīng)的總成本為22803萬美元，碳排放量為76．92萬t，閑置船舶數(shù)目為0。與傳統(tǒng)模型相比，該模型的總營運成本降低了8．48%，碳排放降低了18．37%。此外，該模型還減少了運力浪費，充分利用了現(xiàn)有船舶資源。與無碳約束模型(將雙目標(biāo)模型的碳約束去掉)所對應(yīng)的航線配船方案相比，總營運成本的差距不足0．47%，這證明加入碳約束后的雙目標(biāo)模型仍具有較好的成本優(yōu)勢。
3結(jié)語
低碳航運是航運業(yè)發(fā)展的必然趨勢，本文建立了集裝箱班輪航線配船的總營運成本最小化與碳排放量最小化的雙目標(biāo)規(guī)劃模型，并通過一個算例對該模型進行了驗證，證明該模型可以在一定程度上實現(xiàn)總成本最小化與碳排放量最小化的雙重目的，對班輪公司在低碳背景下如何設(shè)計航線配船方案具有重要的參考意義。
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