第二届上海大学十大学术进展候选项目简介

（申报编号：XSJZ-202209)

一、学术进展名称及负责人

班轮集装箱运输服务舱位分配的两阶段随机非线性整数规划模型

汪挺松（上海大学管理学院管理科学与工程系教授）

二、项目背景：

班轮集装箱运输公司通常根据固定的行程和时间表提供定期运输服务。虽然此类服务有利于航运公司揽货，但依赖固定的时间表意味着集装箱船在离开港口时可能无法满载。因此，班轮集装箱航运公司需要为承包集装箱船的托运人制定有效的集装箱舱位分配方案。这种方案要求完成托运人的运输需求，同时实现货物运输利润最大化。该问题是班轮集装箱航运业的一个极为重要的运营问题。大多数班轮集装箱运输公司都依靠经验丰富的员工的判断或简单的“先到先得”（FCFS）原则来管理集装箱舱位。这种集装箱槽位管理方法很少或根本不使用决策支持系统，而且还远远不够全面、动态、计算机化或集成（Ting和Tzeng，2004）。因此，为托运人的请求做出合理的舱位分配决定对于班轮集装箱运输公司提高收入至关重要。

图1 班轮集装箱运输服务舱位分配的两阶段决策模型示意图

三、学术进展及创新点：

综合了航运需求不确定性、空箱重新定位和运价定价等问题，将集装箱班轮运输舱位分配问题用数学规划方法建立起优化数学模型；针对托运人市场属性不同，将托运人划分为长期合同托运人和短期临时托运人这一新的市场划分机制；基于该新的市场划分机制，在算例中对其与传统的无市场划分机制进行了比较，验证了该新市场划分机制在提高航运利润的有效性。主要创新点有：

1.在运营策略上，该研究针对托运人市场属性不同，将托运人划分为长期合同托运人和短期临时托运人，利用市场属性的不同建立新的集装箱舱位分配运营优化模型，与传统集装箱舱位分配运营模型有着本质的不同。

2.在学术理论上，提出了两阶段随机混合整数非线性规划（2SSMINP）模型新的求解算法，并且证明了算法的可收敛性。建模方法和求解算法均可推广运用于其他类似运营问题。

四、研究成果及应用情况、学术及社会影响：

1. 代表性成果（论著、专利及获奖）

（1）Wang, T.（汪挺松）*, Meng, Q., Wang, S., Qu, X., 2021. A two-stage stochastic nonlinear integer-programming model for slot allocation of a liner container shipping service, Transportation Research Part B-Methodological, 150, 143-160.

图2 Transportation Research Part B

（该论文以上海大学为第一通讯单位2021年发表于交通研究领域顶级期刊）

2. 学术及社会影响

（1） 提出了一个新的舱位分配问题，该问题综合了航运需求不确定性、空箱重新定位和运价定价等问题。

（2）所提出的班轮集装箱运输服务的舱位分配问题被表述为两阶段随机混合整数非线性规划（2SSMINP）模型。由于该模型难以使用文献中提出的求解方法，本文开发了一种求解算法来求解所提出的2SSMINP模型，并从数学上证明了其收敛性。求解算法中使用的方法是本文最重要的贡献。

（3）进行了大量实验以测试所提出的模型和求解算法。计算结果验证了所提出模型的适用性和求解算法的有效性，并评估了所提出的模型对利润增长的影响。

（4）提出了一个新的舱位分配策略，按照市场属性将托运人划分为长期合同托运人和短期临时托运人。

（5）基于托运人属性不同提出的集装箱舱位分配运营模型，能够显著提高航运公司的运营利润。算例表明，如果临时托运人货运信息完备，可以提高航运公司利润5.5%，这对航运公司而言是极有价值的管理启示。

图3 两阶段模型和期望值模型在不同方差水平下的平均利润对比