1.1目的:

水路驳运是在各锚地、码头和各装卸公司之间，利用港口所属驳船在港区范围或者港口之间内接转、移动和运送货物的作业行为，是港口集疏货物的重要方法。以广州港“穿梭巴士”服务为例，该服务由是广州港股份有限公司下属船务公司具体经营，为客户提供定点、定班、定价的驳船运输服务。自2006年7月首次开通南沙－黄埔线后，至今网络已全面覆盖黄埔、东莞、中山、江门、珠海、肇庆、佛山、惠州、清远、梧州、洋浦、钦州等地区各主要码头，运输量从2007年的7万标准箱增长到2016年的135万标准箱,十年间运输规模翻了近20倍。由此可见，港口群水路驳运有着广阔的应用前景和发展空间。

近年来，随着港口产业升级，运输货物附加值增加，货主对运输成本敏感性降低，而对港口服务如航线的完备性、运输的时效性、通关手续的简化等要求提高，这也对驳运船舶的运行和运输效率提出了新的要求。

1.2现状:

由于水运费用大概为陆运费用的20%，目前，越来越多的进出口货物，都选择集装箱运输，我国形成了环渤海湾、长三角及长江流域、珠三角及珠江流域等三大主要集装箱支线驳船运输区域。集装箱运输可以实现标准化、规模化和自动化，同时很容易形成多式联运，不仅方便货物的集中单元化运输，而且对货物有很好的包裹性和保护性。目前我国集装箱码头自动化程度最高的——洋山四期自动化码头，基本实现了集装箱在堆场的全自动化运行，岸桥将集装箱运到堆场后，全部由AGV小车实现箱体的转运，大大提高了生产效率，对传统码头有划时代的转型意义。即便如此，集装箱的海上运输依然存在很多问题，不能够充分发挥其经济性。集装箱驳运路径优化问题，是各大港口无法避免但急需解决的问题，控制和减少集装箱运营成本是影响港口经营状况的关键因素，运输路线的选取直接影响企业的经济效益。很多传统的集装箱作业研究，着力于提高集装箱的装卸效率，减少船舶的靠岸时间，同时提升港区的服务效率，以此来实现效益的增收。但是，近几年随着经济的发展，外贸比例日益增加，很多集装箱业务涉及到报关手续，同时订舱、选港等因素也限制着集装箱运输的发展^[1]。航船费用有很大一部分是燃油费用，因此大幅度降低油耗，合理规划航线是亟待解决的问题。

参考国内外文献，国外也有不少研究班船航线的案例，而他们主要采用了船舶运行图法、动态规划法及线性规划法等方法；有关海上班轮运输的研究有很多，主要是针对船舶调度优化问题，空箱调度问题以及挂靠港选择、挂靠港的顺序选择问题等有关的研究。BANDLL和STENT设计了最优船队规模的模型与枢纽港船舶调度模型，FAGERHOLT通过分割法针对挪威海岸班轮运输服务的集装箱班轮公司的船队优化问题进行了研究，但该算法的前提是船舶的航速相同，后来FAGERHOLT和LINDSTAD提出新的算法以适应不同航速的船舶优化问题。集装箱船舶在多个港口间的航线规划问题，KRISHAN RANAN和R.G.VICKSON建立了以利润最大化为目标，运量、运力、时间为约束的非线性规划模型，并通过拉格朗日松弛算法和计算机程序求解，该模型主要解决了船舶在多个港口枢纽港与支线港选择的问题及其航线规划方案，但是在当时的条件下，求解过程过于复杂。后来，KRISHAN RANAN和R.G.VICKSON通过拉格朗日松弛分析法对集装箱航线网诺进行优化研究，建立多船舶多港口的集装箱航线优化模型，主要解决在需求量已知的前提下，驳运航线优化问题。韩国学者赵诚哲和A.N.PERAKIS建立了集装箱船队整数线性规划优化模型，通过货流一航线矩阵的模式，系统的将港口、货源流向、航线、船舶因素进行匹配，这一理论的提出，一定程度上弥补了航线优化研究的片面性。^[2] Monemi R N^[23]提出了一种考虑船队规划与空箱调运以及网络设计的建模框架，使用了Benders方法求解该模型，并基于实际的例子证明该方法解决此类问题十分有效。陈康^[24]等提出了基于承运人、货主和政府之间相互博弈的短途班轮航线优化模型，并设计了基于时空网络拓展以及Frank—Wolf算法的遗传算法进行求解。Meng^[25]等研究了带有空箱调度问题的班轮运输航线网络设计问题，建立了混合整数规划模型，并用亚洲一欧洲一大洋洲的实例对模型进行了验证，结果证明有效。Wang^[26]等研究了现存的航线网络中一系列航段的挂靠港被相同船型挂靠的班轮航线网络变更问题，建立了混合整数规划模型，结果证明优化后的网络能显著减少初始网络的总成本。

回望国内与航线路径优化相关的研究，比较具有代表性的是吴长仲^[3]教授编写的《航运

管理》一书,系统的论述了航线配船、船舶营运与调度、船型论证、船队规划等一系列问题；但是由于出版时间比较早，虽然很多理论是现在研究的基础，有些依然沿用至今，但是跟发展迅猛的现代航运业务多少有些脱节。但是，很多国内学者的研究，都是跟实际经营情况结合的，已经不只是单纯的理论层面，所以很有实际意义和参考价值。例如赵刚、祁斌^[16]对上海电煤长江运输系统规划中, 主要结合了上海电力股份公司所属电厂的长江煤炭需求状况，并运用优化模型对上海电煤长江运输系统航线进行了规划，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。近年来，自动化智能化技术发展态势一路高歌猛进，越来越多的自动化设备被应用到港口，系统仿真、遗传算法、最优化理论、神经网络等技术日益成熟。国内很多学者已经在自动化港口领域，取得了不错的研究成果，付博新^[17]老师针对现有规划指标与实际运营之间的差距所导致的港口运营决策的不确定性问题，基于船型、泊位、岸线利用率和百米岸线通过能力四项指标，研究集装箱港口岸线综合利用方法，为合理制定港口规划提供理论依据。

随着上海国际航运中心建设步骤的加快及长江流域经济的快速发展，以上海港为枢纽的长江支线驳船运输网络正不断成熟完善。可以说长江内河航线已成为上海港的生命线。上海港推动“长江战略”并发展壮大，主要基于两个方面优势。一是上海港处于沿海和长江的最好地理位置，可以更好地服务于区域经济和长江流域，助力中西部承接产业转移和流域经济的升级转型。二是通过上海港完整的港口物流链服务，可以更好的降低航运企业运输成本，提高航运效益。近年来，上海港实施“长江战略”，先后投资南京、江阴等城市的集装箱码头，以及武汉、九江的港口集团。此外，还控股和参股家航运公司。在整合资源基础上，成立长江港口物流公司，从单一的码头装卸业务，发展成给货主提供门到门的服务。上海港的集装箱吞吐量达到4000万标箱，连续三年排名世界第一。上海港通过积极构建集装箱集疏运网络体系，通过提供快捷的水上和陆上集装箱穿梭驳运服务，将三大港区连为一体。上海港的长江支线驳船运输属于内河港至沿海港的内河支线运输。其中洋山四期自动化码头，桥吊、轨道吊最大程度实现了自动化，AGV运载小车也遍布堆场作业区，大大提高港区作业效率的同时，也引发新的思考，自动化技术能否全面应用到驳船航线上，不光要削减岸侧支出，更要削减海上消费。