本文是一篇物流管理论文，本文着重分析了长江中游区域集装箱运输现状以及存在的问题，采用四阶段法建立了长江中游区域集装箱四阶段预测模型，并通过设计运输组织方案，分阶段构建了规划模型。然后经过算法分析和比选，采用蚁群算法和禁忌搜索算法相结合的混合优化算法，把算法代码代入 MATLAB软件中，得出了长江中游区域各线路的最优运输组织方案。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
从我国产业布局来看，长江处于重要的中轴线位置，同时也是东、西部商业贸易的交通要道和主干道。而长江航运是沿江综合运输通道的主动脉，连通了东西南北各种运输方式，具有十分重要的战略地位和意义。
从上世纪 80 年代起，集装箱就因其快速、安全、简便等多个优点而快速发展，成为一种高效、先进的运输组织方式，它可以结合多种运输方式，目前已成为国际间货物联运的主要运输工具。近几年来，长江流域集装箱运输搭乘“加快长江航运发展（国家战略）”的快车道，呈高速发展态势，尤其是外贸需求量，多式联运也在不断发展。
2018 年 6 月，长江经济带发展领导小组办公室印发《有力有序有效推进长江集装箱江海联运发展工作方案》，有序推进长江集装箱江海联运发展。同年 8月，交通运输部印发《深入推进长江经济带多式联运发展三年行动计划》，提出5 项主要任务和 16 项具体措施，要求以江海直达、江海联运、铁水联运等为重点，大力推进集装箱铁水联运，统筹推进江海直达和江河海联运发展，加快推进长江经济带多式联运发展。2019 年 9 月，中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》，明确提出推动铁水、公铁、公水、空陆等联运发展，推广跨方式快速换装转运标准化设施设备，形成统一的多式联运标准和规则。沿江省级交通运输主管部门抓好工作落实，纷纷制定出台了推进本地区多式联运发展的工作实施方案。
然而，长江中上游至上海洋山的外贸集装箱运输航线主要有两类，一类在上海外高桥港区中转；另一类在武汉新港（或岳阳港等）中转。由于中上游有卡脖子河段，集装箱货源不集中，船舶大型化趋势受阻，导致运输规模经济效益不显著。企业之间竞争激烈，通关手续繁杂，集疏运体系效率较低，多种运输方式间的衔接不畅通。因此，为充分发挥长江黄金水道的作用，充分发挥长江集装箱运输的经济效益和社会效益，需要深入研究长江中游集装箱运输组织方案间的差异，通过优化模型，提出长江中游集装箱运输组织优化方案，为运输企业和政府部门决策提供科学的依据。
1.2 国内外研究综述
1.2.1 运输需求预测相关研究
为构建集装箱多式联运组织优化模型，首先要准确预测集装箱运输需求量，这是本文计算工作的起点，对后续模型构建和优化算法起着十分重要的作用。
从国内外研究来看，集装箱运输需求预测主要分为外贸和内贸需求量预测。在外贸需求量预测方面，靳廉洁[1]等人在分析长三角集装箱外贸生成量和运输格局之后，分析生成量的影响因素与生成量之间的关系，采用多因素动态生成系数法构建预测模型，进而预测出 2020、2030 年长江沿线地区外贸集装箱生成量。詹萌[2]等人在分析湛江港集装箱业务发展现状后，根据腹地外贸集装箱生成量和吸引系数对湛江港运输需求进行预测。预测时，把外贸生成量分成直接腹地和间接腹地生成量，再利用综合系数法分别预测，加总即可得出湛江港集装箱外贸生成量。何英[3]等人分别采用生成系数法预测武汉城市圈内外贸集装箱生成量，结合武汉城市圈腹地的运输需求和运输方式的特点，综合预测武汉城市圈未来集装箱运输格局，并提出相关对策和建议。在内贸生成量预测方面，周全[4]首先提出我国内贸集装箱运输的背景，然后根据复杂网络理论对我国内贸集装箱运输网络进行构建和特征分析，之后运用时间序列趋势分析、模糊预测、灰色预测和BP 神经网络预测等方法对我国主要港口的内贸集装箱吞吐量进行组合预测，得到了较好的预测结果。
还有其他预测方法，比如王琦[5]以天津港集装箱海铁联运的 SWOT 分析为基础，依据 2005-2016 年天津港集装箱吞吐量时间序列数据，引入生物种群演化规律的 Logistic 模型进行预测，相关系数 R2达到 0.994，预测效果很好。万德香[6]在分析长江铁矿石运输现状的基础上，选取沿江主要的港口作为 OD 点，以1998-2007 年铁矿石运输数据为基础，采用四阶段法预测长江铁矿石运输量和航线分布。李娜[7]首先分析了船舶交通流的特征、内涵和影响因素等，然后基于四阶段法的四个阶段，构建了相应的预测模型，并以深圳港的铜鼓航道为实例进行预测；曾艳[8]在研究国内铁路集装箱运输现状的基础上，具体分析了铁路集装箱运量的影响因素和发展趋势，并在前人研究的基础上，提出了预测集装箱中心站运量的四阶段模型，以此构建组合生成模型、Fratar 模型和重力模型，预测出成都中心站未来年总运量，得到了较为满意的预测结果。Francesco Russo,Giuseppe Musolino[9]在分析海运集装箱需求影响因素的基础上，根据货物特征构建货运需求模型，模型参数通过聚合程序进行估计。
第 2 章 长江中游区域集装箱运输组织现状分析
2.1 水路运输组织现状分析
2.1.1 运输组织条件
集装箱船舶运输组织主要受到航道、港口、货源、船舶等因素的影响。长江中游区域集装箱运输组织的条件大体如下：
1）航道条件
据统计，截至 2018 年末，长江水系 14 省市内河航道通航里程 9.36 万公里，等级航道 4.71 万公里，占总里程的 50.3%，其中三级及以上航道 9079.5 公里，占总里程的 9.7%，提高 0.6 个百分点，分别占全国内河航道通航里程的 73.6%、70.9%和 67.3%。长江干线航道水深保证率、航标维护正常率、信号揭示正常率、信息发布准确率均达到 100%。长江口 12.5 米深水航道通航水深保证率 95%以上，南槽 5.5 米水深保证率达到 100%。全年最大设标数 6814 座天，完成航标养护 244 万座天。长江干线各河段航道维护尺度具体见表 2-1。
2.2 铁路运输组织现状分析
2.2.1 运输组织条件
目前，我国干线铁路网以北京为中心，各省以省会为中心不断往外辐射，形成了“五纵三横”的网络格局。除京包—包兰—太中银线外，其他 7 条干线均经过长江流域，经过中上游的干线有 4 条，分别是南北向的宝成——成昆线、焦柳线、京广线和京九线。京广线是一条连接北京市与广州市的国家Ⅰ级客货共线铁路，全长 2281 千米，设计速度（改造）160～250 千米/小时，列车最高运营速度250 千米/小时。它是我国经由省会城市最多、连接其它线路最多、运输最繁忙的干线铁路，是联通南北的铁路运输大动脉，对缓解运输紧张局面，促进湖北、河南在中部崛起等具有重要意义。而京九线是一条连接北京市至香港特别行政区的国铁Ⅰ级铁路，串联华北、华中、华东和华南地区，是我国当时仅次于长江三峡水电站的第二大工程，也是国内投资最多、一次性建成的最长双线铁路。我国铁路干线图如图 2-2 所示。
第3 章 长江中游区域集装箱运输OD 需求预测 ..................... 25
3.1 预测方法与思路 .................................... 25
3.2 社会经济趋势分析 ................................. 27
第4 章 长江中游区域集装箱运输组织优化模型构建 ................. 54
4.1 优化思路和原则 ................................ 54
4.2 运输组织方案设计 ..................................... 55
第5 章 长江中游区域集装箱运输组织优化模型求解及评价 ......................... 70
5.1 优化算法选择 .......................... 70
5.1.1 算法简介 ................................ 70
5.1.2 算法比选 ........................ 71
第 5 章 长江中游区域集装箱运输组织优化模型求解及评价
5.1 优化算法选择
5.1.1 算法简介
对于不同的问题，适用的智能优化算法往往也不同。常用的智能优化算法主要有遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法、蚁群算法和禁忌搜索算法等，对于本文要解决的问题，需要分析算法特征和适用领域等。下面分别对这五种算法进行简要介绍：
1）遗传算法
遗传算法（Genetic Algorithm，GA）以生物界的进化规律为基础，通过模拟自然界的自然选择、优胜劣汰遗传机制，在搜索过程中根据搜索空间累积知识自动调整搜索方向的一种随机搜索方法。1975 年，遗传算法由美国的 J.Holland 教授最先提出，本质上是一种并行、高效、鲁棒性强的全局搜索方法，其主要特点是引入生物进化机制，以一定概率调整搜索方向和速度，直至得到最优解。目前它已被人们广泛地应用于组合优化、机器学习和信号处理等领域。
2）模拟退火算法
模拟退火算法（Simulated Annealing，SA）源于物理热力学中的固体退火原理，由于一般优化问题与此过程相似性较高，进而建立起来的一种通用的优化算法。模拟退火思想最早是由 N.Metropolis 等人于 1953 年提出，是一种从蒙特卡洛迭代求解
