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原文传递排放控?区下班轮航速?航路优化问题研究

论文题名：	排放控?区下班轮航速?航路优化问题研究
关键词：	排放控制区;班轮航速;航路优化;混合整数非线性规划
摘要：	为保护海洋及沿海地区的环境，国际海事组织(InternationalMaritimeOrganization，简称IMO)先后设立了4个排放控制区（EmissionControlAreas，简称ECAs）来限制船舶硫氧化物(SOx)的排放。为了改善我国沿海地区环境，减少船舶排放，我国也设立了国内排放控制区（DomesticEmissionControlAreas，简称DECAs）。有调查显示，为满足ECA船舶硫氧化物的排放要求，船公司采用换油(FuelSwitching)、安装脱硫塔(ExhaustGasCleaningSystem)、使用液化天然气（LiquefiedNaturalGas，简称LNG）等策略，其中换油策略是船公司最常用的策略，即在ECA区域内航行时必须使用硫含量低于0.1%m/m的船用燃油。2020年开始实施的全球“限硫令”进一步要求所有船舶在ECA区域外航行时也必须使用硫含量低于0.5%m/m的船用燃油，而这势必会造成船舶燃油成本的增长。因此，面对ECA硫排放限制带来的成本压力，如何制定合理的船舶航行方案对船舶航行路径（简称航路）、航速及船队规模进行优化来缓解经济压力是当前班轮运输行业需要思考的重要课题。　　本文在以往关于排放控制区下班轮航速与航路优化问题研究的基础上，改进了以往研究问题假设的合理性。同时对船舶航路与航速优化问题的求解方法进行改进，即利用Karush-Kuhn-Tucker（简称KKT）条件进行求解。本文的主要研究工作如下：　　(1)通过阅读文献和资料对排放控制区下班轮航速与航路优化问题进行总结和整理，发现以往的研究不考虑班轮运输中的周服务频率(WeeklyServiceFrequency)，并且备选的航路是给定的。本文研究的班轮航速与航路优化问题考虑周服务频率，同时也考虑船队分配(FleetDeployment)问题。　　(2)以换油策略为基础，即ECA内使用船用轻柴油（MarineGasOil，简称MGO），在ECA外使用极低硫燃油（VeryLowSulfurFuelOil，简称VLSFO），重点研究了排放控制区对班轮航路的影响。为了描述排放控制区内外不同的航行距离，本文引入了班轮航线沿线港口之间不同的航路，包括最短航路和最长航路，其中最短航路是使班轮航线总航行距离最小的航路，而最长航路是使ECA内航行距离最小的航路。　　(3)为研究班轮航速与航路优化问题，针对单条班轮航线，构建了一个混合整数非线性规划模型（记为模型P）。该模型以最小化船舶总运营成本为目标，确定了最优船队规模、航速和航行路径。为求解模型P，本文首先研究和求解船队规模己知情况下的简化模型（记为模型RP），并利用KKT条件推导出不同情况下可能的最优解。将模型P中船队规模决策的整数变量松弛为连续变量，基于一阶最优性条件可以获得最优的船队规模。然后基于模型RP，可以得到模型P的最优解。　　(4)从某班轮航运公司搜集了四条不同情况的班轮航线，以这些数据为基础对上文推导得出得解析解以及理论结果进行验证分析，证明其最优性与合理性。并且本文的算例分析表明，在大多数实际情况下，最短的航行路径为最优航路。
作者：	戚美玉
专业：	交通运输规划与管理
导师：	郑建风
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2021