（交通运输规划与管理专业论文）市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究.pdf

上海海事大学硕士论文 y1 0 0 8 0 g 8 市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 摘要 集装箱运输自诞生之日起，己走过5 0 年的历程。5 0 年来，集装箱运输模式与概念 发生了翻天覆地的变化，集装箱运输系统、制度与配套设施早被班轮公司发挥的淋漓尽 致，令人眼花缭乱。 集装箱运输市场常常受到世界政治经济贸易环境、政策法规的改变、港口码头设施 建设等因素的影响，这些影响因素常常具有突发性、不可预见性的特点，共同对集装箱 运输市场产生随机或非随机的影响，这给班轮运输企业船舶调度和航线优化增加了风险 和困难。 因此，在市场机制条件下，各大班轮公司如何把船舶安排到最佳航线上，使有限的 船舶资源创造最大的经济效益，成为各大公司、高校研究的课题。本文主要针对随机市 场条件下，如何进行航线优化展开初步探讨和研究，希望能对班轮运输企业航线优化有 所帮助。本文内容结构如下： 第一章，绪论。介绍国内外关于航线优化的有关文章内容，讨论建立市场随机情况 下集装箱班轮航线优化的可行性和必要性；第二章，集装箱班轮运输市场分析。通过对 集装箱班轮运输市场供需分析，得出集装箱班轮运输市场的随机性特点，并分析了市场 随机性对集装箱班轮航线优化的影响；第三章，随机规划理论概述，简要介绍随机机会 约束的有关知识，并根据机会约束有关理论知识，分析了如何求解市场随机情况下航线 优化问题；第四章，建立集装箱班轮网络随机规划模型：第五章，以一个实际的算例来 验证网络随机规划模型的正确性，并与运量确定情况下模型结果进行分析比较，得出该 模型的优越性和适用性；最后，第六章，结论部分。给出本文的结论及今后的研究方向 和有待解决的问题。 【关键词】集装箱运输，随机规划，航线优化 上海海事大学硕士论文 市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 a b s t r a c t i th a sb e e nf 咐y e a ms i n c et h en a i s s a n c ed a t eo fc o n t a i n e rt r a n s p o r tw h o s e m o d ea n dc o n c e p ta l s oh a v et a k e nt r e m e n d o u sc h a n g e s a n dt h ee f f e c to ft h es y s t e m a n ds u p p o s i n gf a c i l i t i e so ft h ec o n t a i n e rt r a n s p o r tc a l li n t oi n c i s i v e l ya n d v i v i d l yp l a y 。 c o n t a i n e rt r a n s p o r tm a r k e to f t e na f f e c t e db yw o r l dp o l i t i ce v e n t s ，e c o n o m i c f l u c t u a t i o n p o r t & d o c kc o n d i t i o n sa n d s oo n s ot h ei n f e c t i o ni sw i t ht h ep a r o x y s m a l u n p r e d i c t a b l ec h a r a c t e r i s t i c ，s om a n yi n d e t e r m i n a t ef a c t o r s a f f e c tt h ec o n t a i n e r t r a n s p o r tm a r k e ta tr a n d o mo ru n c e r t a i n t y t h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l yr e s e a r c h e sh o wt oo p t i m i z et h ec o n t a i n e rs h i p p i n gr o u t e s i nt h es t o c h a s t i cm a r k e t i ti n c l u d e st h ef o l l o w i n gc h a p t e r s ： c h a p t e r1 i n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n da n dv a l u eo ft h er e s e a r c h ，t h ec u r r e n t r e s e a r c hs i t u a t i o nb o t ha th o m ea n da b r o a d ，a n dt h es t r u c t u r eo ft h i sd i s s e r t a t i o n c h a p t e r2a n a l y z e st h ec o n t a i n e rt r a n s p o r tm a r k e t ；i tm a i n l ya n a l y s e st h es u p p l y a n dd e m a n do fc o n t a i n e rt r a n s p o r tm a r k e t ，w eg e tac o n c l u s i o nt h a tt h ec o n t a i n e r s h i p p i n gm a r k e ti ss t o c h a s t i c ，a tl a s tw ea n a l y z et h ea f f e c t i o nt oc o n t a i n e rs h i p p i n g r o u t eo p t i m i z a t i o n c h a p t e r3i n t r o d u c e ss t o c h a s t i cp r o g r a m m i n gt h e o r ya n dc o n v e r t st h ec a r g o q u a n t i t yc o n s t r a i n ti n t od e t e r m i n i s t i cc o n s t r a i n tb a s i s o nt h e t h e o r y c h a p t e r4w es e tu pam a t h e m a t i c a lm o d e lo fc o n t a i n e rl i n e rs h i p p i n gn e t w o r k s t o c h a s t i cp r o g r a m m i n gb a s e do ns o m em o d e lh y p o t h e s i s ，a n di nc h a p t e r5 ，w eg i v e ag o o de x a m p l eo ft h i sm o d e la n da n a l y s i sw i t hc e r t a i ns i t u a t i o n c h a p t e r6 ，ag e n e r a lc o n c l u s i o no ft h ed i s s e r t a t i o nr e a c h e si sg i v e n ，a l o n gw i t h t h ed i r e c t i o no ff u r t h e rr e s e a r c h e si nt h i st o p i c j i nx i n d a o ( t r a n s p o r t a t i o np l a n n i n g & m a n a g e m e n o d i r e c t e db yp r o f z h a og a n g 【k e yw o r d s c o n t a i n e rt r a n s p o r t ，s t o c h a s t i cp r o g r a m m i n g ，c o n t a i n e rs h i p p i n gr o u t e 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或者其他机构 已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献 均已在论文中作了明确的声明并表示了感谢。 作者签名越日期：2 盟扣 论文使用授权声明 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布 论文的全部和部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论 文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名：师签名： 上海海事大学硕士论文市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 1 1 选题意义及背景 1 1 1 选题背景 第一章绪论 众所周知，运输本身并不创造新的物质财富只产生物质位移，但是物质位移过 程中也存在着技术、营运和经济上的要求，以便降低该过程的物质消耗。技术、营运上 的要求主要是根据客观条件及实际经验来判断和解决；经济上的合理性则存在一个优化 的问题。因此，在物质的位移过程运输中，组织、计划和管理起着重要的作用，它 们是运输过程优化的主要手段，也是研究怎样提高经济性的主要内容。 当前开展的前沿科学研究，需要变革传统思维方式并具备方法论基础知识，能够超 越传统确定性科学方法，进入不确定性科学研究领域。集装箱运输市场是一个随着供需 不断变化而变化的市场。受到世界经济政治贸易环境、国内外政策法规制度和企业内部 决策管理能力等多方面因素的影响，市场的变化直接影响着船舶调度优化决策，因此， 有必要研究在多变的市场环境下，利用现代优化方法对集装箱班轮航线进行整体研究， 本文正是基于这点而展开研究。 1 1 2 选题意义 随着国际贸易和经济不断发展，世界各国往来日益频繁。世界交通系统变得更为复 杂庞大，海运成为联系国际贸易的重要手段。传统的杂货班轮运输已逐渐退出竞争的舞 台，取而代之的是更加经济快捷的集装箱运输，其诞生到现在经历了大约半个世纪的时 间。自从集装箱一出现，其装卸方便、转运便捷、货运质量高等优点被广泛认同，而后 的发展如火如荼，从当初小型改装船到如今的大型集装箱专用船，其发展速度惊人，而 随着人类社会的不断进步，国际贸易间的大部分件杂货物越来越多采用集装箱运输，可 1 上海海事大学硕士论文 市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 以说集装箱运输是班轮航运发展的方向。集装箱运输的高速蓬勃发展，适应了当今社会 对运输安全、高效、迅速、经济的要求，短短几十年问从第一代到第六代，再到超大型 集装箱船的不断建造也带来了集装箱运力供给和运输市场需求不能很好协调的问题。 集装箱海运市场的变化取决于供求两个方面，即世界集装箱船队规模和集装箱海运 量，虽然集装箱海运量直保持较高的发展速度，但这并不意味着集装箱运输有一个良 好的航运市场。因为运输需求是一种带有随机特征的需求，它常常是国内和国际贸易的 派生需求和潜在需求，随经济贸易的改变而改变，且在时间和方向上都带有不平衡性。 面对多变的市场因素，如何合理配置航线上的船舶? 如何选择挂靠港口? 如何取得良好 的航线效益? 成为各大公司、专家关注的问题，因为航线上微小的优化也将带来巨大的 经济效益。作为供给的集装箱运力因运量需求的波动、造船时间的延迟和各航运公司之 间竞争等原因也呈现出随机性特征。当今世界集装箱运输供需因它们都存在着一定的随 机性而长期处于动荡之中，这也就是运力的增长并没有和运量需求的波动保持致。在 运力需求大的时候集装箱船不能满足增长需要，而当运力需求小的时候，过量的运力供 给又造成了巨大的经济浪费，这不仅会带来大量资源的浪费而且也会通过供求关系影响 到集装箱运输市场的稳定发展，使得集装箱航运市场处于长期振荡之中，这对于集装箱 班轮公司的发展是极为不利的，所以如果哪一家集装箱班轮公司能抓住机遇，用系统的 方法提高航线效率或调度水平就有可能获取巨额的经济利润。可见，在船公司的经营管 理中，如何在市场波动和随机环境下，对航线进行优化调度是值得去研究和探讨的。 班轮是指按照固定的航班和挂靠港口在固定的航线上组织运输的一种营运方式，且 由于班轮的运价是公开的，各大班轮公司的经营一般受服务而非价格的限制。因此，班 轮公司主要以提供有规律、可靠的服务来满足客户的需要，即运输需求。由于某集装箱 班轮航线一旦选定，在定时期内一般不易改变，所以最初的决策是非常重要的。通常 班轮公司管理人员主要基于经济估计和有限方案的比选而做出决策，这种比选是通过直 觉和个人操作经验选择的，有时做出选择并不难，因为此时船队规模较小，而且航线分 配也是由船舶的特性所决定的，只有有限可行方案可以选择，根据经验选择最优方案即 可。然而，当你面对庞大的集装箱船队，可行方案的数量急剧增大，此时通过分析选出 最佳答案就不那么容易，所以面对庞杂、大型的经济活动，光靠经营者个人的经验和才 能是很难做出正确选择，只有依靠科学研究手段，才有希望概括所有的可能方案，并在 其中选出最优方案，这种手段就是计划和管理的数学方法。所以通过定量方法对整个航 2 上海海事大学硕士论文市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 线系统做出一定的调整，以适应市场和环境的改变如运量的改变，装卸速率的改变，或 国际规章的改变是有必要和值得去研究和探讨的。 1 2 国内外研究现状 航运业是非常古老的行业，长久以来，相关从业人员和研究学者，针对船舶调度 优化问题进行了非常深入的研究，一大批的优化模型得以提出，相当的研究成果已被应 用到实际工作中，并且取得了很好的经济效益。以下主要回顾一下国内外在航线优化方 面的研究成果，其中主要介绍班轮航线优化的最新研究和应用情况。 1 2 1 国外研究现状 在过去的研究中，有许多有关路线选择和调度问题的研究，如著名的“邮递员问题” ( t s p ) 和“运输问题”( v s p ) 。用于汽车和火车的较多，而对涉及巨额资本和经营费用 的海上运输而言，船舶调度和航线优化研究的相对较少，特别表现在班轮运输上。这可 能是由于影响这种类型公司的决策变量的不确定性，例如运量的变化、气候条件、机械 问题、政府规定、补贴、需要的最小服务频率等，阻止了人们对运输系统的分析和进行 尝试。种种原因使得班轮航线优化和船舶调度比其他运输方式更难建立模型。 在已有的海上运输的航线优化问题的研究中，主要针对杂货船和油船的。d a n t z i g 和f u l k e r s o n 【1 】设计第一个线性规划模型，用来求解在一定装卸条件下满足需要的最 小油船数，这可归结为只有一种船型的小型船队规划问题：f l o o d 通过应用运输方法， 解决了给定船型的最小压载距离，这两个模型可说是对远洋航线调度进行研究应用的先 驱。 近年来，针对班轮航线优化和船队规划的研究，主要运用了船舶运行图法、动态 规划法、线性规划法等方法。例如，d a v i dr o n e n ( 1 9 8 6 ) 2 j 研究了单一装载港，多 目的港的船舶调度模型优化问题。问题涉及到不同船型，不同货种的搭配运输，船舶在 同一时间只能运输单一货物，但船上所运货物可以有多个卸货港，至于卸货港数则取决 于货运合同，由于此文涉及船舶没有回程货，在完成一个航次任务后，其会返回装载港， 等待下个航次命令，作者将优化目的定位于运输成本最小化，文章将运输成本分为船舶 3 上海海事大学硕士论文市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 的时间成本和港口使费，使用了三种不同的方法求得最优解：1 ) 精确求解法；2 ) 有偏 随机求解法( b i a s e dr a n d o mg e n e r a t o ra l g o r i t h m ) ；3 ) 启发式单步成本最小法 ( h e u r i s t i cs i n g l e s t e pc o s tm i n i m i z a t i o na l g o r i t h m ) ，最后作者还将三者所得最 优解与经验方法( r u l eo ft h u m b ) ，即“大船配大线”的结果相对比，发现四种算法中 有偏随机求解法所得最优解最佳；c h o 和p e r a k i s ( 1 9 9 6 ) 【3 】研究了一家集装箱班轮公 司的船队大小问题并进行了班轮航线优化，对不同船舶预选一些候选航线，然后用线性 规划模型进行求解分析，此后c h o 和p e r a k i s ( 2 0 0 1 ) 1 4 1 扩展了这个模型为混合整数规 划模型并考虑扩大船队规模的几种方案。b a n d a l l 和s t e n t ( 2 0 0 1 ) 1 5 1 设计了个决 定船舶最优数量和在集装箱枢纽港船队调度计划的模型；f a g e r h o l t ( 1 9 9 9 ) 【6 】研究 围绕挪威海岸周班服务的集装箱班轮船队优化问题。通过采用分割法( s e tp a r t i t i o n i n g f o r m u l a t i o n ) ，预先通过动态规划产生船舶航线。但是，这种方法只能处理航速相同的 船舶，所以，f a g e r h o l t 和l i n d s t a d ( 2 0 0 0 ) 7 1 提出一个新的算法以解决不同航速的 船舶优化问题。该算法在实际的航运实践中得到了验证，与原先相比，每年可节约七百 万美元；p e s e n t i ( 1 9 9 5 ) 【8 】研究了集装箱船队的资源管理问题，涉及到购买船舶并 投入使用以满足顾客需要的决策。现已开发出解决这一问题的层次模型和具有启发意义 的技术，并在不同决策层上解决了这个问题； 此外，运用数学方法还可以对班轮航线优化和配船进行整体研究。例如，k r i s h a n r a n a n 和r g v i c k s o n ( 1 9 8 8 ) 1 9 1 研究了集装箱船舶在一系列港口间选择航线问题， 建立了以利润最大为目标函数，以运量运力时间为约束的非线性规划，并提供拉格朗日 松弛解法和计算机求解程序，该模型比较成果的解决了集装箱船在这一系列港口中选择 基本港和非基本港以及航线方案；但针对的只是一条航线而且求解比较复杂：而后 k r i s h a nr a n a n 和r g v i c k s o n ( 1 9 9 2 ) 【1 0 1 运用拉格朗日松弛分析法对集装箱班轮航 线网络进行优化研究，建立了多船舶、多港口集装箱航线优化网络模型，并给出了3 条 船、5 个港口情况的一个算例。该模型成功的解决了运量确定情况下，集装箱多航线整 体优化问题，为适应市场随机变化的特点，本文对此模型进行改进，引入随机规划知识， 建立适应市场要求的集装箱班轮航线网络随机规划模型并通过算例分析和确定性情况 进行对比，说明网络随机模型的适用性和优越性。此外，用数学规划方法解决班轮航线 规划与配船问题的另一个典型例子是韩国学者赵诚哲和a n p e r a k i s ( 1 9 9 1 ) 【1 1 】合作 设计的集装箱船队航线优化的整数线性规划模型，通过货流航线矩阵，以系统的方 4 上海海事大学硕士论文 市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 式把港口、货流、航线、船舶联系在一起，具有普遍性和一般性，在理论研究上做出了 一定的贡献。 这些方法简便、易行，长期以来被班轮运输企业计划部门广泛采用。但这些方法受 到计算量限制，当用于变量较多航线优化时，难于求得真实最优解，且其工作量的大小 和结果的优劣同计划人员的经验理论知识直接相关。随着计算机应用的普及和不断开 发，这些方法更容易方便了。例如，线性规划的数学方法在国内外已经成功地应用于解 决航线优化与船队规划问题。利用线性规划方法解决航线优化和船队规划问题的优点是 数学模型和解法具有通用性，计算速度快，使用方便。但主要缺陷是这些模型都没有考 虑到航运环境的复杂性和航运市场的不确定性。 1 2 2 国内研究现状 在国内，针对航线优化问题的著作和论文不是很多，主要有吴长仲教授在航运管 理【1 2 1 一书中对航线配船、船舶营运与调度、船型论证、船队规划等一系列问题作 了系统的论述；赵刚教授在国际航运管理【1 3 1 一书中对班轮航线论证、航线配船、 船舶管理等问题建立了大量的数学模型，提出了多种论证方法和实例分析，并在班轮 航线配船模型的分析与改进 1 4 1 一文中，结合航运生产实际，对传统的班轮航线优 化模型进行了改进并提出迭代求解法，改进后的模型更符合班轮运输的实际情况；谢新 连教授在船舶调度与船队规划方法【1 5 1 一书中，应用线性规划、非线性规划、动 态规划等多种方法研究船舶调度、航线配船、船队规划等问题进行分析研究，最后用 f o r t r a n 语言编写了大型线性规划求解软件f p s 系统。 国内对班轮航线优化的论著主要基于实际层面进行。例如赵刚、祁斌( 2 0 0 5 ) 1 6 1 上海电煤长江运输系统规划就是结合上海电力股份公司所属电厂的长江煤炭需求状况， 运用优化模型对上海电煤长江运输系统航线进行规划，得出上海电煤长江运输调运航线 优化方案并取得实际经济利益；徐大芳，胡丽娜( 2 0 0 0 ) 【1 7 1 国内班轮航线配船研究 在分析了我国国内集装箱运量、运力的现状和发展趋势在基础上提出了国内集装箱了两 点往返型航线、环型航线和钟摆型航线运量、运力平衡优化模型，为沿海集装箱运输公 司投放运力提供了参考。赵刚，陈舜( 2 0 0 5 ) 【1 8 1 采用大型投资项目可行性论证的方法 研究了班轮航线优化模型。模型以反映资金时间价值的净现值指标作为目标函数，对班 5 上海海事大学硕士论文 市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 轮航线挂港方案、班期方案、船型方案同时进行优化。文章详细分析了目标函数的计算 过程，研究了决策变量和货运量( 市场份额) 的关系，一定程度上克服了传统论证方法中的 缺陷。最后给出了模型的求解方法等等。 但这些研究基本上是以运力和运量限制为约束条件，并且目标函数一般为成本最低 或运量最大，且所有模型是对港口间对开船舶的研究，这同实际班轮航线优化还有较大 的差距。总的来说，大多数研究都是针对不定期杂货船，而对集装箱班轮航线优化的研 究不多，因为对于集装箱班轮而言，通常需要停靠一系列的港口，模型不仅要考虑总的 经济效益还要考虑停靠港口以及班期等要求。 1 3 主要内容和技术路线 1 3 1 主要内容 本文主要研究市场随机情况下集装箱班轮运输航线优化问题。首先根据实际数据和 影响因素分析，得出集装箱班轮航线运输需求和供给的随机性特点；然后根据随机机会 约束规划和集装箱航线网络优化模型的有关知识，建立集装箱班轮航线网络随机规划模 型：最后通过实际算例说明网路随机规划模型的优越性和适用性。 本文的主要内容如下： 第一章绪论，介绍国内外关于班轮航线优化研究有关内容，讨论建立市场随机情 况下集装箱班轮航线优化的可行性和必要性； 第二章集装箱班轮运输市场随机性分析，通过对集装箱班轮运输供需影响因素的 分析，得出集装箱运输市场的随机性特点，并结合算例分析了市场随机性对集装箱班轮 航线优化的影响； 第三章随机规划理论概述简要介绍随机规划理论知识，并分析了随机规划理论知 识应用到航线规划中的可行性和运量机会约束转化过程； 第四章是本文的重点，随机市场情况下集装箱班轮航线优化模型的建立，通过把 随机规划知识引用到集装箱网络模型中，建立集装箱航线优化网络随机模型，然后给出 网络随机模型的矩阵形式并进行了简要分析； 6 上海海事大学硕士论文 市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 第五章以一个实际的算例来验证模型的正确性，并同运量确定情况下模型结果进 行分析比较，得出班轮航线优化网络随机模型的优越性和适用性。 第六章结论，得出本文的相关结论及今后研究方向和有待解决的问题。 1 3 2 技术路线 通过主要内容的介绍，我们知道本文主要是从经济合理的角度出发，结合研究现状 和市场的随机性，针对随机市场条件下集装箱班轮航线优化展开研究，具体论文框架如 图1 1 ： 集装箱班轮运输市场随机性分析 赢藏翥丽陌磊赢赢 随机规 划理论 响 集装箱班轮航线优化 集装箱航线 七化网络模i 市场随机情况下集装箱班轮航线优化模型 算例分析 图1 1 论文框架图 7 l i n g o 眨解软1 ：1 上海海事大学硕士论文 市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 第二章集装箱班轮运输市场随机性分析 集装箱运输是交通运输中的一场重大变革，它不仅具有“快速、安全、优质、价廉” 的优势，而且通过综合利用铁路、公路、水路和民航等运输方式，实现“门到门”运输， 深受货主欢迎，显现了强大的生命力和广阔的发展前景。在世界经济一体化与贸易全球 化、区域化的发展趋势下，集装箱班轮运输市场发生了深刻的变化，成为国内外学者的 研究对象。所谓集装箱班轮运输市场就是指以集装箱运输服务为对象的需求者和供给者 的交易关系，下面我们分析一下集装箱运输供需的随机性及其随机性对班轮航线优化的 影响。 2 1 集装箱班轮运输供给的随机性分析 集装箱班轮运输市场和其他市场一样，其运行过程中的涨落是一种周而复始的循 环。其运力供给不仅受到世界经济政治科技等环境的影响，而且受到集装箱造船市场、 集装箱租船市场、集装箱拆船市场等相关市场的影响，导致集装箱运力供给处在长期不 断的变化中，从而体现出其随机性特点。 2 1 1 集装箱班轮运输供给的含义及特点 1 集装箱班轮运输供给的含义【1 9 市场供给是指在一定时期内、一定价格水平下，生产者愿意出售某种商品或劳务的 数量。其具体表示方法有三种：供给表、供给函数、供给曲线。 航运供给是指在一定时期内、一定运价水平下，拥有运输船舶的全体船舶所有人能 够并愿意提供的船舶运力数量即船舶吨位量。形成航运供给必须具备两个条件：航运生 产者提供航运服务的愿望和提供航运服务的能力，这两者缺少哪一个均不能形成有效的 航运供给。 集装箱班轮运输供给是指在一定时期内，拥有集装箱船吨位的全体船舶所有者( 承运 8 上海海事大学硕士论文市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 人1 ，在各种运价条件下能够而且愿意提供的船舶吨位量( 或船舶载箱量) 。具体而言， 就是一定时期内集装箱班轮营运船舶的总净载重吨或总载箱量( t e u ) 。 2 集装箱班轮运输运输供给的特征 集装箱班轮运输供给作为一种特殊的服务产品，其主要具有如下特征： ( 1 ) 运输产品的不可储存性 集装箱班轮运输企业的生产活动与其他物质生产部门是不同的，其产品不是有形的 物质产品，而是通过集装箱船运输使运输对象发生空问位置的变化，也就是说，集装箱 运输产品的生产和消费是同时进行的，运输产品不能脱离生产过程而独立存在，这特 性决定集装箱运输储备无法采取产品的形式，只能通过集装箱运力的增长或减少来适应 市场需求的变化。但是集装箱运力的增减需要较长周期，这必然要求集装箱运输供给具 有一定的储备以适应市场的变化。因此，集装箱运力供给的储备既为适应集装箱班轮运 输需求增长提供了机遇，又可能导致集装箱运输市场供求不平衡、尤其是供大于求而产 生的风险。 ( 2 ) 集装箱班轮运力供给在时空上的差异性 这是指集装箱运输供给相对于其需求而言，存在时间与空间上的差异性，即船舶获 得货载或货物交由船舶载运不是随时随地可以实现的，如在港口有货物待运时，不一定 有相应的船舶可供营运；或在港口停有较多船舶时却不一定有相应的货物。而供给的提 供和需求的满足是在集装箱船的位移过程中同时实现的。这一要求便与上述的供给时空 差异性产生矛盾，并最终造成集装箱班轮运输供给必须承担运力损失甚至空载航行的经 济风险。所以，集装箱运输活动的经济效益取决于供需在时间与空间的恰好结合上。为 此，集装箱航运企业一方面应经常研究与分析集装箱航运需求的变化，把握未来需求的 趋势；另一方面，通过市场信息及时调整航线及供给布局，保持集装箱船队的生产经营 活动一直处于最佳状态。当然，要达到这一水平，不仅需要提高航运经营管理水平，而 且需要运用科学的现代优化管理方法。 ( 3 ) 集装箱班轮运力供给的可替代性和不可替代性 在集装箱运输的某些航线上，当存在着可分别由多种运输方式的多个运输生产者完 成同一运输对象的时空位移时，集装箱海运同公路、铁路和航空等运输方式之间就存在 着可替代性；当某货物可以通过集装箱进行运输，也可以不通过集装箱而进行件杂货运 输时，集装箱运输就同件杂货运输之间存在着一定的运输替代性。替代性构成了运输业 9 上海海事大学硕士论文市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 者之间的竞争基础。集装箱运输产品具有时间上的规定性、空间上的方向性、对运输船 舶的适应性、对运输服务的经济性及方便程度等方面的要求，这使得集装箱航运服务与 其他运输方式的运输服务又产生差异，这种差异性可能在集装箱运力供给上形成一定程 度的垄断。因此，集装箱运力供给的替代性和不可替代性是同时存在的，而且是有条件 限制的。所以集装箱航运与其他运输方式之间既存在竞争，也存在垄断。 目前，主要国际航线上的散杂货集装箱化比重已达到相当高度，一些传统散货运输、 托盘运输或裸运的货物，如粮食、矿石、棉花、方木甚至饮料、酒类、油料、废品、废 钢铁、垃圾等等，已经开始用集装箱运输，集装箱船有逐渐替代1 5 2 万吨的散杂货船 的趋势；在冷藏货运输中，冷藏箱已取代冷藏船占主导地位，且比重仍在扩大中；液体 化工原料罐式集装箱的比重正在上升；轿车专用集装箱已推出。集装箱运输越来越体现 其出运输速度快、经济效益高、储存能力强、交接便利等不可替代的优越性。 2 1 2 集装箱班轮运输供给影响因素的随机性 1 集装箱班轮运输供给的影响i 司素 集装箱班轮运输运输供给受到许多因素影响，如运价、成本、新船建造量、旧船拆 解量以及经营环境等等。将集装箱供给与各影响因素之间的关系用函数形式描述，可以 表示为： d ，= i ( p i , 口。，口：，口，a 。) ( 2 1 1 ) d 。集装箱班轮运输船舶供给量( 单位t e u ) ； p ，集装箱海运运价； 日集装箱运输成本： 口z 集装箱新船竣工量； 日，集装箱拆船量； 口。其他影响因素a 可见，集装箱班轮运力供给量受各种各样内部外部因素的影响，每一因素的变动和 l o 上海海事大学硕士论文 市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 变化都会对集装箱运力供给量产生影响，其中最重要、最直接的因素是集装箱运价和集 装箱运输成本。无论是运价和成本的变化或其他影响因素的改变，都因时间、地点的不 同而分别对集装箱运输供给产生不同的影响。从而导致集装箱运输供给的随机性。 2 集装箱班轮运输供给影响因素的随机性 ( 1 ) 经济因素 经济方面的因素，包括世界经济发展前景，也包括各个国家的经济状况。世界经济 发展的前景将刺激航运总供给能力的变化，各国的经济状况是航运需求与供给发展的基 本条件。各国经济类型的不同导致其发展的方向也不同， 资源的不平衡、各国发展的不均衡等种种因素影响着世界经济的发展，使世界经济 的发展出现一定的周期性和不确定性。从而对贸易集装箱运输供给产生不确定的影响。 ( 2 ) 政治因素 世界经济贸易的发展，使航运业成为独立的物质生产部门，但是，国际航运业是连 接世界各不同经济类型、不同发展水平、地理位置与自然环境以及不同社会制度国家的 主要纽带，它处在极其复杂和激烈竞争的国际环境中，面对着国家、地区和集团的各种 矛盾和厉害冲突，因此，航运企业依赖于政府的支持和保护，虽然各国都竭力保护本国 的船队，但支持的力度和对航运业的管制都会随着时间的推移而不断变化。从而使得其 对集装箱运输供给的影响不断变化。 ( 3 ) 科学技术因素 科学技术是推动社会经济发展的第一生产力，也是推动航运发展的第一生产力。科 学技术的革命加速了船舶的改造与船型的革新。从1 9 5 6 年开始集装箱运输以来，集装 箱船舶己历经了五代发展，1 9 9 7 年投入的超级超巴拿马型集装箱船的载箱量是第一代集 装箱船舶的十几倍之多，航速较第一代集装箱船舶已大为提高。此外，随着信息化时代 的到来，信息技术对集装箱的运输和经营具有划时代的意义，集装箱运输经历了从电子 数据交换i ) 到信息技术o t ) ，使得集装箱运输实现了同世界经济同步的全球一体化。现 在世界上发达国家船公司的集装箱运输服务系统已具备了在全球范围内进行订舱、空箱 调配、集装箱实时跟踪的能力。以上这些都极大地降低了集装箱运输的成本，改善了集 装箱运输的质量，使得集装箱航运市场的容量不断扩大。 科学技术本身的发展带有很大的不确定性，对集装箱运输发展的影响自然也就是随 机的。 1 1 上海海事大学硕士论文市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 ( 4 ) 相关市场因素 集装箱造船市场、集装箱船舶买卖市场、集装箱拆船市场等相关市场是为集装箱运 输服务的市场，它们是影响集装箱运力供给的重要因素，同集装箱运输供给量有非常重 要的联系，某一时期的集装箱运输供给量可由下式表示： s 。= z 。一工。( 2 1 2 ) 其中， s 。：表示某一时期集装箱班轮运输船舶供给量( d w t 或t e u ) ； z 。：表示该时期集装箱班轮运输船舶保有量( d w t 或t e u ) ； i 。：表示该时期集装箱班轮运输船舶闲置封存量( d w t 或t e u ) ；而集装箱船的保有量 的变化主要体现在新建交付船舶和拆解船舶的变化上，因此有： z 。= z 。+ a 。一d 。 ( 2 1 3 ) 式中， z “：表示上一时期集装箱班轮运输船舶保有量( d w t 或t e u ) ； a n ：表示该时期内新建并交付的集装箱班轮运输船舶量( d w t 或t e u ) ： d 。：表示该时期内集装箱班轮运输船舶拆解量( d i t r 或t e u ) ； 从集装箱船舶的订造到集装箱船舶的交付需要一段时间，订造量的变化领先于交付 量的变化，所以船舶的交付量主要取决于船舶的订造量。而且建造一艘船舶一般需要大 量的资金，一般情况下班轮公司都是在认真进行技术经济论证以后，才会去订造集装箱 新船，其订造的时间和数量，都是根据市场来判断和决策的，必然是不确定和随市场改 变而改变，其对集装箱运输供给量的影响当然也就呈现出髓机性的特点。 旧船拆解的原因主要是由于船舶船龄太大、安全性能降低，己不适应继续使用，必 须退出市场，但有些集装箱船也会由于其他种种原因进入拆船市场，如由于旧船设备老 化、营运成本太高、拆船市场的拆船价格比较高等原因，集装箱班轮公司也会选择让旧 船提前退出营运，进入拆船市场，可见拆解量的大小也因市场而变，其对集装箱运输供 给量的影响当然也就是不确定的。 船舶的闲置量指某段时间内整个集装箱班轮运输市场内封存、闲置的集装箱船净载 1 2 上海海事大学硕士论文市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 重量，单位为净载重吨或t e u 。该指标反映了整个集装箱班轮运输市场运力供给的调整 能力，闲置量的增加一方面意味着市场竞争的激烈和市场行情的不景气，另一方面也对 市场行情产生更大压力。而船舶封存闲置量主要取决于集装箱班轮运输市场的市场行情 状况。当集装箱班轮运输市场行情不景气时，集装箱海运量下降，运价下跌，运力供给 竞争激烈，可能会导致船舶经营亏损，但只要船舶的亏损程度没有到达封存点，集装箱 班轮公司还是会让船舶继续营运的。如果船舶的亏损程度超过了封存点，集装箱班轮公 司就有可能会选择性让船舶封存闲置。当航运市场行情好转时，运输量增加，对运力的 需求上涨，集装箱班轮公司再让封存的集装箱船舶重新投入营运。船舶的闲置量的大小 直接反映了集装箱运力供给随市场变化的结果。 因此，集装箱班轮运输市场的运力供给除主要受集装箱运输市场需求、集装箱运价 等因素的影响外，也受到集装箱相关市场中新船交付量、旧船拆解量和船舶闲置量等因 素的影响。进五年来世界集装箱船队运输供给总量发展变化情况见表2 1 ： 表2 12 0 0 0 - - 2 0 0 6 年世界集装箱船队发展情况表 时间新造船舶拆解船舶船队拥有量增长率 ( 千t e u )( 千t e u )( 千t e u )( ) 2 0 0 0 焦4 8 11 8 4 7 9 9 1 0 7 0 2 0 0 1 正5 4 53 35 3 1 11 0 7 0 2 0 0 2 焦7 3 27 55 9 6 81 2 4 0 2 0 0 3 年5 9 33 26 5 2 99 4 0 2 0 0 4 焦 6 8 5 4 07 1 7 49 9 0 2 0 0 5 焦8 0 76 0 7 9 2 1 1 0 4 0 2 0 0 6 * 芷9 1 06 78 7 6 4 1 0 6 0 2 1 3 集装箱班轮运力供给的随机性 ( 数据来源：德鲁里2 0 0 6 4 ) 综上所述，船舶运力供给不仅受经济、贸易、政治等宏观因素的影响，也受造船市 场、拆船市场等相关市场影响，这些影响都是不确定和未知的，从多方面不同程度的影 响着集装箱运力供给量( 图2 1 ) ，从而使集装箱运输供给在时间和空间上呈现出一定 的不可预测性，即随机性的特征。 1 3 上海海事大学硕士论文 市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 图2 1 集装箱运力供给随机性分析图 随着时间的推移，集装箱运输供给同其他运力供给一样，都呈现出一定的规律性， 即其随时间推移而不断增长，但并不是说其是按照直线增长的，在增长过程中的增减反 映了集装箱运力供给的波动性和发展随机性特点。 2 2 集装箱班轮运输需求随机性分析 2 2 1 集装箱班轮运输需求的含义及特征 1 集装箱班轮运输需求的含义【z 3 1 需求是指在一定时期内，一定价格水平下，消费者愿意并且能够购买的某种商品或 劳务的数量。这种需求可以通过需求表格、需求函数、需求曲线来表达。 航运需求是指在一定时期内、一定的运价水平下，地区和国家之间的贸易对海上运 输能力和劳务的需求，用货物吨数与运距的乘积来表示，习惯上称为需求吨位。 集装箱班轮运输市场需求是指在一定的时期内，一定运价水平下，进出口货物适箱 货物的货主或托运人对集装箱海上运输服务的需求总量。 2 特性 集装箱班轮运输需求作为一种特殊的劳务需求，同一般的市场需求相比有以下几点 自己的特性。 1 4 上海海事大学硕士论文市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 ( 1 ) 集装箱班轮运输市场需求具有派生性、潜在性 国际航运市场的需求是由国际贸易派生出来的，市场需求分为本源需求和派生需求 两种。本源需求是指消费者对最终产品的需求，而派生需求则是由于对某一最终产品的 需求引起的对生产它的某一生产要素的需求，集装箱班轮需求的源泉在于世界经济的发 展变化。因此，世界经济的发展所引起的适箱货物进出口贸易在数量、运距、价值和商 品结构上的变化都对集装箱班轮运输市场需求产生深刻影响。而且，世界经济的兴衰反 映在国际贸易上，有一定的潜伏性，国际进出口贸易有相当部分是未来时间的贸易，它 对航运需求存在着滞后性。 ( 2 ) 集装箱班轮运输市场需求具有不平衡性 集装箱班轮运输市场需求是由国际贸易派生出来，国际贸易的格局决定了集装箱市 场的格局。由于世界经济的发展不平衡、各国的资源分布及各国的经济结构不同，造成 了国际贸易的必然不平衡，从而产生了适箱货物集装箱班轮运输需求的不平衡性。 一般而言，这种需求的不平衡性反映在时间和空间两个方面。在时间上，运输活动 有旺季、淡季的不同，旺季需要一定的运输能力，而到了淡季运输能力就会多余，势必 造成一定的浪费，反之毅然。班轮运输企业的运力浪费必然会影响其经济效益，因此， 一个航运企业如何适时的调节自己船队的运力规模与结构，合理安排生产，尽量减少各 种各样的运力浪费现象是至关重要的。 就我国而言，原材料及初级产品的流向是从我国运至发达国家，价值低，数量多； 而从西方发达国家运至我国的往往是技术含量高，附加值高的工业制品，其流量的大小 受到我国的工业生产规模和发展速度、人口数量及居民消费水平等各种因素的影响。这 是产生我国集装箱班轮运输供需不平衡问题的根本原因。 ( 3 ) 集装箱班轮运输市场需求具有同一性、整体性 航运需求的同一性指所有的航运需求都表现为运输对象的空间位移，并没有实物形 态。 集装箱班轮运输市场同一性体现在适箱货物集装箱班轮运输需求没有改变适箱货 物的实物形态，却同一地实现了适箱货物这一运输对象的位移。而且，当某一种集装箱 货物产生了运输的要求以后，只有在其能和现有的运输工具、运输条件相结合的情况下， 该要求才真正成为需求，否则只能称其为潜在需求。也就是说，只有当整个流通条件合 适时，集装箱班轮运输市场需求才能形成实际的运输活动。 1 5 上海海事大学硕士论文市场随机情况下集装箱班轮航线优化研究 ( 4 ) 集装箱班轮运输市场需求具有个别需求的特殊性 航运需求的特殊性是指根据货物的不同、运输需求的不同、地区和国家的不同、运 输性质不同等因素组合的个别需求具有各自特殊性，在运输组织过程中必须采取相应的 技术措施，必须分析和掌握运输需求的各自特性。 集装箱班轮运输市场需求是各不相同的，对于不同时间、空间的集装箱班轮运输需 求是不同的，它们之间不存在相互替代的关系。集装箱班轮运输中的“个别需求”是指 具体的各种货物由于在物理性质、质量、体积、形状和包装等方面各有特点、必须在运 输过程中采取相应的技术措施，方能满足这些需求。在经济上，集装箱班轮运输的各种 货物的要求也是各不相同的，有的对运输速度和运输时间有特殊要求，有的对运价的高 低很敏感。所以，个别需求是具有多方面特点的需求，研究和掌握集装箱班轮运输需求 的这种特殊性是搞好集装箱班轮运输经营的重要条件。 ( 5 ) 集装箱班轮运输市场需求具有一定的规律性 国际集装箱班轮运输市场虽然在个别上呈现异质性，但在总体上却有一定的规律 性。这种规律性反映在时空两个方面：在时间上，它表现为每隔若干年这种需求就有一 次峰值出现，这种峰值是伴随着世界贸易和国内经济形势的起伏而相应产生的；在空间 上，它表现了一定时期内货物流向的规律性，如原材料大多由发展中国家和地区运往发 达国家和地区，工业成品和半成品则反之。由于这种不平衡性，往往给航运企业造成一 定的运力浪费。 综上所述，可知集装箱班轮运输需求是国内和国际贸易的派生需求，任何影响国内、 国际贸易的因素，都会对集装