基于蚁群算法的集装箱港口选择与网络均衡分析

发布时间：2020-05-05 19:40

【摘要】： 改革开放30年来,港口作为对外开放的窗口,对国民经济发展呈现出越来越重要的推动作用。但是随着集装箱港口的迅猛发展以及货主码头的增加,使集装箱港口之间的竞争日趋激烈,造成了当前港口生产能力的部分过剩,一方面港口经营效益下降,另一方面也导致了港口资源的巨大浪费,影响了地区经济的可持续发展。为维持自身发展,在日益激烈的竞争中取胜,港口需要获得稳定、大量的货源。了解港口使用者对港口的评价过程和结果,做好港口网络的宏观结构与微观结构研究,建立和完善港口网络发展的理论基础,对于促进我国港口持续健康发展,增强国际竞争能力,使之更好地为国民经济和社会发展服务具有重要的理论价值和现实意义,是一个极为重要的课题。本论文以集装箱港口选择与港口网络均衡分析作为理论基础,结合智能算法建立优化模型,综合考虑货主港口选择的特性与港口市场竞争的特点,对货主如何进行港口选择以及如何在港口网络中进行货流分配等问题进行深入研究。论文主要研究成果概括如下: 1、本论文提出了全新的货主港口选择优化模型,其以货主港口选择几率最大化为目标,即几率越大的港口越容易被货主选择。该模型综合考虑了货主选择港口的三个主要因素,定性分析与定量计算相结合,具有良好的可操作性。由于该模型是多目标组合优化模型,结构复杂,传统方法求解困难。本论文采用了一种模拟进化算法——蚁群算法,来寻找网络中的最短路径;同时,为了提高蚁群算法的搜索效率,采用了一个新的信息素增量更新策略——ANT-weight策略。最后,通过实例对该模型和算法进行了检验,理论分析和运算结果一致,表明了模型和算法的有效性。 2、货主港口选择的依据是港口网络构成的基础,港口网络建立的是否合理将会直接影响货主的利益。本论文以货主港口选择几率最大化为目标函数所建立的静态港口网络,是以被选港口吞吐量无限大、港口费率相差不大为前提条件的,但在实际运输过程中,受港口吞吐能力的限制以及港口拥挤、阻塞现象越来越严重的影响,要求货物应按照一定的规则,符合实际地分配到港口网络中的各条航线上,这就形成了动态港口网络。为了解决货流量分配问题,本论文采用了交通分配模型中的增量分配法,将OD间货流量平分成若干等分,循环分配到网络中:因为寻找最短路径是货流量分配中最基本也是最重要的计算,所以提出基于粗粒度并行蚁群算法的增量分配模型,此模型实现了动态港口网络中货流的最佳配置,使建立的动态港口网络达到均衡。最后,运用该模型对某区域集装箱港口网络进行检验,得到了集装箱港口网络规划的优化效果。 3、港口网络作为运输网络的重要组成部分,服务于国家经济发展的需要,因此,分析港口网络协调发展对社会和经济带来的影响,避免紧缺社会资源的浪费,在提倡科学发展观的今天格外具有现实意义。本论文提出了基于集值统计方法的模糊综合评价模型,利用专家定性分析给出各指标的区间估计,从而形成一个集值统计序列,进一步定量计算出指标评价值,解决了具有不确定性特点的模糊评价问题,该方法用于评价港口网络协调发展具有可操作性和实用性。最后,通过实例对该模型进行了检验,结果表明可以得到更为可靠的评价。论文最后对全文进行了总结,并对有待于进一步研究的问题进行了展望。
【图文】：

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集装箱港口的年吞吐量均在200万TEU以上，其国际班轮航班数和干线班轮航班数一般均达300个以上和100个左右。以此为参照，对我国年吞吐量逾100万TEU的前5个主要集装箱港口的国际和远洋班轮航班数进行统计(见图2.4)，结果表明，上海、深圳两港的国际和远洋班轮航班数相对较多，基本上达到了集装箱枢纽港的临界指标;而青岛、天津、广州3港的国际班轮尤其是远洋班轮航班数明显偏少。图2.4还表明，上述5港的干线班轮航班数均偏低，排序最前的深圳、上海两港在3大干线上的挂靠次数也只相当于香港、新加坡、高雄等港的0.4一0.5左右。由此可见，九十年代末以来，在我国沿海各主要集装箱港口中，，上海、深圳两港己初步具备了国际集装箱枢纽港的一些基本特征，它们正处在由干线港向枢纽中心港过渡演变的过程之中。②空间集中化过程明显加快。通过对1995一2000年我国沿海集装箱港口体系中前1、2、3、5位港口吞吐量的比重变化的统计发现(表2.2)，除第一位港口所占比重随时间的变化并无显著上升趋势外，前2、3、5位港口所占比重随时间的延续出现了明显的上升趋势

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种选择路径的过程被称之为自催化行为 (autocatalyticbehavior)，由于其原理是一种正反馈机制，因此也可将蚁群的行为理解成所谓的增强型学习系统。下面以一个非常经典的例子来说明一下蚂蚁觅食的过程。图4.2描述的是蚁群从巢穴出来觅食并返回巢穴的过程。首先，假设巢穴和食物之间有两条可行的路径，这样，当蚂蚁到达“交叉口”时，就需要进行选择:是向左还是向右。最初，两条路径上都没有外激素(因为还没有蚂蚁走过)，因此，蚂蚁选择两条路径的概率相同，即两条路径上经过的蚂蚁一样多。由于走短路的蚂蚁会先到达目的地(食物)，并率先返回，这时长路的外激素还没有更新，这样它会优先选择短路返回。经过一段时间，选择短路到达食物的蚂蚁数量要明显多于选择长路的，因此，短路上的外激素强度更大
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：U695.21

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