摘 要

随着我国经济与对外贸易的蓬勃发展，绿色环保、节能高效的集装箱多式联运得到我国的重视和支持。国家相继出台一系列政策措施，用于推进我国集装箱多式联运的发展。长沙市作为湖南省政治、经济、文化、交通中心，同时是华中及长江中游地区主要的中心城市和经济中心之一，要把握“一带一路”机遇，发展集装箱多式联运，提高运输效率，促进经济发展。根据我国《海商法》中关于多式联运的概念和多式联运实情，本文主要针对长沙铁水联运进行分析，发现长沙集装箱多式联运发展过程中存在水运区位优势不足、联运基础设施存在短板、法律法规不适用、技术装备落后等问题。在此背景下，需要从集装箱多式联运量、运输路径与运输方式优化、对策等方面为长沙优化集装箱多式联运提供意见。

论文首先分析了长沙集装箱多式联运发展现状，揭示长沙港发展中存在的问题。为探究长沙港发展集装箱多式联运的空间，建立GM(1,1)-加权马尔科夫链模型对未来长沙港集装箱吞吐量进行预测。根据国际上铁水联运的比例，结合我国运输现状、国家政策，计算铁水联运集装箱的数量。结果表明，长沙港在未来几年集装箱吞吐量稳步提升，且增长速度逐年加快，至2025年，长沙港集装箱铁水联运将超过5万TEU。

其次构建长沙集装箱多式联运组合优化模型，以运输费用最低、时间最短、碳排放量最少作为目标，运用遗传算法求解得出长沙至上海的集装箱运输路径与方式组合。最终得出6个Pareto最优解。结论表明，在集装箱运输中采用多式联运在一定程度上提高成本，但是减少了运输时间和碳排放，起到了节能高效的作用。此外在最优的运输路径与方式的选择上，决策者可以根据运输货物的数量、价值进行综合判断。最后论文从规划、基础设施、服务模式、中欧班列、智能环保等角度为长沙集装箱多式联运优化提供建议。

论文从长沙集装箱多式联运现状出发，分析长沙开展联运的问题，计算得出未来集装箱联运量，构建集装箱多式联运组合优化模型得出长沙至上海的最优运输方式及路径，得出长沙集装箱多式联运优化对策。研究结论可为长沙运输部门制定运输政策提供参考。

关键词：集装箱多式联运；GM(1,1)-加权马尔科夫链模型；组合优化模型；遗传算法；

Abstract

With the vigorous development of China's economy and foreign trade, the green, environmentally friendly, energy-efficient and efficient container multimodal transport has received the attention and support of China. The state has successively issued a series of policy measures to promote the development of China's container multimodal transport. As the political, economic, cultural and transportation center of Hunan Province, Changsha City is also one of the main central cities and economic centers in the middle reaches of Central China and the Yangtze River. It is necessary to grasp the opportunity of “One Belt, One Road” to develop container multimodal transport, improve transportation efficiency and promote economic development. According to the concept of multimodal transport and the multimodal transport in China's Maritime Law, this paper mainly analyzes the combined transport of railway and water in Changsha. However, in the development process of container multimodal transport in Changsha, there are problems such as insufficient water transport location advantages, short-term infrastructure of intermodal transport, inapplicable laws and regulations, and backward technical equipment. Under this background, it is necessary to provide reference for Changsha to optimize container multimodal transport from the aspects of container multimodal transport volume, transportation route and transportation mode optimization and countermeasures.

Firstly, the paper analysis the status quo of the development of multi-modal container transport in Changsha,and summarizes the problems in the development of Changsha Port. In order to explore the space for the development of container multimodal transport in Changsha Port, a GM (1,1)-weighted Markov chain model was established to predict the future container throughput of Changsha Port. According to the proportion of international iron and steel combined transport, combined with China's transportation status and national policies, the number of iron and steel intermodal containers is calculated. The results show that the container throughput of Changsha Port will increase steadily in the next few years, and the growth rate will accelerate year by year. By 2025, the container iron-water combined transport of Changsha Port will exceed 50,000 TEU.

Secondly, the Changsha container multimodal transport portfolio optimization model is constructed. With the lowest transportation cost, the shortest time and the least carbon emission as the goal, the genetic algorithm is used to solve the container transportation path and mode combination from Changsha to Shanghai. Finally, six Pareto optimal solutions are obtained. The conclusion shows that the use of multimodal transport in container transportation increases the cost to a certain extent, but reduces the transportation time and carbon emissions, and plays an energy-saving and efficient role. In addition, in the choice of the optimal transportation route and mode, the decision makers can make a comprehensive judgment based on the quantity and value of the transported goods. Finally, the paper provides suggestions for the optimization of multi-modal transport of Changsha container from the perspectives of planning, infrastructure, service mode, CEIBS, and intelligent environmental protection.

Based on the current situation of container multimodal transport in Changsha, this paper analyzes the problems of intermodal transport in Changsha, calculates the future container transport volume, and constructs a container multimodal transport portfolio optimization model to obtain the optimal transportation mode and path from Changsha to Shanghai. Multimodal transport optimization strategy. The conclusions of the study can provide a reference for the transportation policy of Changsha Transportation Department.

Key Words：Container multimodal transport; GM (1,1)-weighted Markov chain model; Combined optimization model; genetic algorithm

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外集装箱多式联运研究综述 2

1.3 研究方法及技术路线 4

1.3.1 研究方法 4

1.3.2 技术路线 4

第2章 长沙集装箱多式联运现状及发展趋势 6

2.1 国内外集装箱多式联运现状 6

2.1.1 国外集装箱多式联运 6

2.1.2 国内集装箱多式联运 6

2.2 长沙集装箱多式联运发展现状分析 7

2.2.1 长沙货物运输现状 7

2.2.2 长沙集装箱多式联运的现状及条件分析 8

2.3 长沙集装箱多式联运存在的问题 12

2.3.1 水运区位优势不足 12

2.3.2 联运基础设施短板 12

2.3.3 法律法规标准不适用 12

2.3.4 技术装备水平落后 13

2.4 长沙集装箱多式联运发展趋势 13

第3章 长沙集装箱多式联运量预测 14

3.1 灰色GM(1，1)与Verhulst模型建立与求解方法 14

3.1.1 GM(1，1)模型 14

3.1.2 Verhulst模型 15

3.1.3 模型精度的检验 15

3.2 马尔科夫链建模过程 16

3.2.1 状态的划分 16

3.2.2 建立状态转移概率矩阵 16

3.2.3 修正预测值 17

3.3 基于GM（1，1）—加权马尔科夫链的长沙集装箱吞吐量预测 17

3.3.1 长沙集装箱吞吐量现状分析 17

3.3.2 对比分析GM(1,1)与Verhulst模型 18

3.3.3 建立GM（1，1）—加权马尔科夫链模型 21

3.3.4 至2025年长沙集装箱吞吐量预测 24

3.4 长沙港进行多式联运的集装箱量 25

第4章 基于遗传算法的长沙集装箱多式联运组合优化研究 26

4.1 集装箱多式联运组合优化模型 26

4.1.1 问题描述 26

4.1.2 假设条件 26

4.1.3 符号说明 27

4.1.4 模型建立 28

4.2 遗传算法简介与步骤 28

4.2.1 遗传算法简介 29

4.2.2 基于遗传算法的集装箱多式联运组合优化的编码步骤 29

4.2.3 Pareto适应度 30

4.3 长沙集装箱多式联运组合优化分析 31

4.3.1 长沙集装箱多式联运问题描述 31

4.3.2 相关参数与符号数值 33

4.3.3 代码计算与Pareto最优集 33

第5章 长沙集装箱多式联运优化建议 38

5.1 做好多式联运规划工作 38

5.2 加快集装箱多式联运基础设施建设 38

5.3 强化联运服务模式的创新 38

5.4 充分发挥长沙中欧班列的优势 38

5.5 推进建设智慧化、生态化港口 39

第6章 结论与展望 40

6.1 研究结论 40

6.2 展望 41

参考文献 42

附录A：灰色预测模型 44

附录B：集装箱多式联运组合优化模型代码 48

致 谢 62

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

中国加入世界贸易组织以来，对外贸易持续发展。2017年，中国成为120多个国家和地区的主要贸易伙伴，在全球货物贸易进口和出口总额中所占比重分别为10.2%和12.8%。二十一世纪以来，中国货物贸易进口额年均增长率为13.5%，比全球平均水平高出6.9%，成为世界第二大进口国。伴随着高速的对外贸易增长，我国远洋集装箱运输得到了快速的发展。进入21世纪后，随着我国公路交通拥挤问题与环境污染问题日益严重，绿色环保、节能高效的多式联运受到我国的重视，相继出台了《关于进一步鼓励开展多式联运工作的通知》、《“十三五”铁路集装箱多式联运发展规划》等一系列政策措施，用于推进我国集装箱多式联运的进一步发展。

目前，我国已有三批批复实施的多式联运实施示范工程项目。其中第一批多式联运示范工程项目着重于驮背运输（公铁联运），第二批与第三批多式联运示范工程项目从水、陆、空三方面，对集装箱、商品车等货物运输进行研究，交通运输部和国家发展改革委员会加强对多式联运示范工程项目实施的监管与指导，掌握项目进度、发现工程中存在问题以推动示范工程顺利实施。湖南省在多式联运中进行突破与创新，湖南城陵矶新港水公铁集装箱多式联运示范工程，传化智联商品车及集装箱铁水公联运示范工程分别在第二批和第三批多式联运示范工程项目中通过申请。

湖南坐落于长江中游、洞庭湖以南，地理面积辽阔，是我国东南腹地。其中长沙作为湖南省的省会，北达岳阳、益阳，南接株洲和湘潭，东临江西省宜春、萍乡，西抵娄底。是湖南省政治、经济、文化、交通中心，在促进湖南省区域发展中具有重要的战略地位，是华中及长江中游地区主要的中心城市和经济中心之一。2017年，长沙市实现地区生产总值10535.51亿元，占湖南省地区生产总值30.46%；货物周转量为448.79亿吨公里，相比2016年增长15.8%。

十三五规划以来，长沙市积极响应湖南省交通运输厅关于《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》的要求，通过不断完善公路、铁路、水运、航空等基础设施建设，构建综合交通运输体系，为长沙市多式联运发展奠定基础。建设长株潭城际铁路，优化铁路网络布局，建设长沙港集装箱码头泊位项目，强力打造枢纽机场等举措进一步拉动了长沙多式联运的发展。此外长沙港作为全国28个内河主要港口之一，具有成熟集疏运体系，辐射全省GDP达60%以上，是国家规划的长沙综合交通枢纽的重要组成部分，同时也是全省经济最活跃的地区，要把握“一带一路”机遇，优化综合运输方式，提高运输效率。

然而长沙在建设集装箱多式联运的过程中存在港口联动发展动力不足，港口端衔接配套有待加强，铁路运营机制不适应，车辆多、设施偏少、基础设施分布不协调等一系列问题。因此本文以长沙市作为研究对象，通过掌握该市集装箱多式联运现状以及存在的问题，提出促进长沙集装箱多式联运发展进程的对策。针对长沙市现有的交通运输方式以及运输路径，建立多目标组合优化模型，为长沙市集装箱多式联运路径优化提供参考建议。

1.2 国内外集装箱多式联运研究综述

全球经济一体化以来，集装箱多式联运已成为国际贸易的重要桥梁，受到了国内外众多学者的讨论与研究。对于集装箱多式联运的研究主要在于集装箱多式联运发展现状、存在的问题、必要性、对策等，也有不少学者在集装箱多式联运网络，路径、运输方式优化，信息、装卸运输一体化、评价指标体系、竞争力等问题上做调查和分析。

在集装箱多式联运发展现状的研究上^[1-5]，李洋在分析国际多式联运发展现状的基础上，结合我国现状提出我国多式联运发展存在的问题，提出建议和策略^[1]。杨靓以汉江为例进行水水联运经济性论证，为武汉港加快集装箱多式联运发展提供建议^[2]。柳艳娇对南通集装箱多式联运从点、线、货三个方面进行分析，得出其发展现状及短板，认为应从节点、线路、货源、服务四个方面构建集装箱多式联运发展环境^[3]。孟范范分析了安徽省多式联运发展现状与存在问题，提出发展多式联运的必要性和针对性对策^[4]。张宜民分析了辽宁省集装箱货运特征，以营口港为例，分析港口运输现状，并提出多式联运发展战略^[5]。