基于随机动态规划的排放控制区政策下国际班轮调度优化研究

《Marine Pollution Bulletin》：Stochastic dynamic programming model for liner international scheduling optimization under ECA policies

　　本文针对排放控制区（ECA）政策下国际班轮运营的复杂挑战，提出了一个集成班轮配置、加油港选择、加油方式、加油量与速度优化的随机动态规划模型，并设计了定制化蒙特卡洛优化算法。研究表明，动态加油策略能有效提升运输效率，燃料价格波动促使运营商采用海上加油，为航运企业绿色转型提供了新思路。

　　

文献综述

排放控制区（ECA）政策的颁布要求对航运活动进行调整。本节讨论三个文献流（如表1所示）：速度策略、燃料价格分析和加油策略。

问题与建模

班轮运输公司通常在不同航线r∈R上运营多艘班轮v∈V，并利用沿线多个加油港。港口分为两种类型：服务港口N^S和基础加油港口N^B。服务港口便利装卸作业和燃料加注，而基础加油港口则专门用于燃料加注。ECA政策显著影响了航运运营，特别是在燃料加注等方面。

策略与方法论

我们提出了一系列关于燃料加注和速度优化的命题，并附有相应的理论证明。

引理1 凸性

成本函数C = f^cn + p_t^bQ_t^b + p_t^oQ_t^o + c_tⁱS_t + c_t^p(d_t/v_t - t_t^a + ξ)⁺，是关于变量v_t, Q_t^b, Q_t^o, S_t和n的凸函数，其中速度变量v_t被限制在有界区间v_min ≤ v_t ≤ v_max内，且v_min > 0。（详细证明见附录A）

定理1

根据引理1，在此模型中，成本函数C关于变量n, v_t, Q_t^{b, Q_to是凸的。}

模拟实验

为了验证理论性质和提出的策略，我们进行了数值模拟实验。实验结果被可视化以分析演化趋势。参数配置基于实验结果验证理论性能，并进一步总结了关键见解。我们在基于全球班轮运输网络的亚欧大洋洲网络上应用计算实验。参考...

结论

为了解决海上活动硫排放造成的环境污染，国际海事组织（IMO）实施了一系列排放控制区（ECA）政策。这些政策迫使航运公司对其运营进行重大调整，特别是在航线规划、加油策略和速度优化方面。为了应对ECA政策对海上活动的影响，我们提出了一个全面的国际班轮...