1.一种考虑环境污染和运输效能的集装箱班轮运输调度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采集船舶公司服务的每条航线上的入港集装箱数量、需要出港的集装箱数量、每种类型的船舶数量、每种类型船舶在运营时产生的船舶损耗以及污染排放量；

S2：基于船舶公司服务的航线数量以及每条航线需要服务的港口，构建同质船舶的集装箱班轮运输部署与调度控制模型一 ，根据采集的数据计算获得船舶公司在每一条航线上需要投入的船舶类型、船舶数量以及每一个航段的航速方案；

通过公式 获得船舶公司在每一条航线上需要投入的船

舶类型、船舶数量以及每一个航段的航速方案；其中， 表示本公司船舶分配给其它船舶公司使用所产生的价值， 表示船舶公司因现有船舶数量不满足运力而向其他公司租船的损失， 表示船舶公司高效运输集装箱带来的价值， 表示船舶在运营过程中产生的船舶损耗， 表示污染排放量， 表示船舶公司不能够自己运输集装箱而产生的惩罚，表示船舶类型，表示船舶服务的航线；

对于污染排放量 由公式 计算，采用线性化公式 计算，

船舶航行完航段 所需要的时间通过公式 计算，有以下约束：

，其中， 表示航段上切线的斜率，表示船舶航

行完航段排放的污染量， 表示切线与y轴的交点，表示以 时间完成航段所需要消耗的燃油量，i表示航线中的航段，表示燃油量的割线， 表示r号航线上 k 型船舶从 i号港出发的时间， 表示r 号航线上 k 型船舶到达 i‑1号港口的时间， 表示r 号航线上 k 型船舶在i号港口的停留时间， 是一个二进制变量，如果 i 号港口是 r 号航线的起始港口，则为 1；否则为 0， 表示单位燃料量产生的污染物排放量；

对部署在每条航线上的船舶类型进行约束，约束条件为： 以及

，其中， 是二进制变量，若k型船只部署在r号航线上则为1，否则为0，代表航线的集合，M是一个极大数；

对部署在每条航线上的船舶数量进行约束，即需要满足下述约束：

其中， 代表在航线r上第i个航段的距离， 代表在航线r上的第i个航段行驶的速度，代表k型船舶在r号航线上i号港口的停靠时间， 代表在r号航线上部署的k型船舶的数量，该约束并不是线性约束，引入一个决策变量 ，上述的约束条件将变为下面的式子：其中， 代表在航线r上的第i个航段行驶的速度的倒数；

S3：在控制模型一 的基础上增加不同船舶类型的约束，不同类型的船舶根据其规格统一约束航行速度区间，在控制模型一 的基础上构建考虑不同规格船舶的集装箱班轮运输部署与调度控制模型二 ；

根据船舶的容量数据，将多种类型的船舶分成三种规格：若船舶的容量小于 ，则;若船舶的容量大于 小于 ，则 ；若船舶的容量大于 ，则 ，其中，为最小的中型船舶的容量，为最小的大型船舶的容量， 表示船舶规格为小型船的二进制决策变量， 表示船舶规格为中型船的二进制决策变量， 表示船舶规格为大型船的二进制决策变量，表示船舶类型；

将控制模型一VDS1中关于速度的约束重写为以下约束：

其中， 表示在 型船在航线 中第个航段的航速， ， ， 分别表示小型船、中型船以及大型船的最低航速， ， ， 分别表示小型船、中型船以及大型船的最高航速；

模型设置了对变量 、变量 、变量 的非负性约束，以及每种类型的船舶只允许是一种船舶规格的约束： 以及 ；

S4：根据建立的集装箱班轮运输部署与调度控制模型，结合设计的七种算法进行求解，对比分析后得到最优方案。

2.根据权利要求1所述的一种考虑环境污染和运输效能的集装箱班轮运输调度控制方法，其特征在于：所述S2中，涉及船舶公司自己拥有的k型船舶的数量 、船舶公司需要租用的k型船舶的数量 、租出的船舶数量 、船舶公司部署在r号航线上自己拥有的k型船舶的数量 、船舶公司部署在r号航线上需要租用的k型船舶的数量 以及部署的k型船舶的数量 ；

对于船舶公司需要租用的k型船舶的数量 设置了以下约束： ，其中， 表

示允许租用的k型船舶的最大数量，由公式 计算 ，其中， 表示租入一艘k型船给第三方船舶公司带来的价值；

租出船舶的数量 由公式 计算，由公式 计算 ，其

中， 表示租出一艘k型船可以给船舶公司带来的价值；针对船舶公司部署在r号航线上自己拥有的k型船舶的数量 设置了以下约束用于限制部署在r号航线上自己拥有的k型船舶的数量不能超过船舶公司拥有的k型船舶的总数： ；针对船舶公司部署在r号航线上需要租用的k型船舶的数量 设置了以下约束： ，用于限制部署在r号航线上租用的k型船舶的数量不能超过船舶公司租用的k型船舶的总数；对 的约束为：，进一步的计算出船舶在运营过程中产生的船舶损耗 ，由公式

计算，其中，K表示所有可用船舶的类型集合， 表示在r号航线上

一艘k型船舶在运营时产生的船舶损耗。

3. 根据权利要求1所述的一种考虑环境污染和运输效能的集装箱班轮运输调度控制方法，其特征在于：所述S2中， 由购买非本公司运营船舶的集装箱槽位产生的，购买非本公司运营船舶的集装箱槽位数量 由公式 ，并有以下约束： ， 由公式 计算，其

中， 代表在r号航线上需要从港口o运到港口d的集装箱数量， 代表每单位集装箱从o港到d港的槽式采购量， 表示 k型船舶在r航线上从港口o运到港口d的集装箱数量，o和d代表在r号航线上的港口，V代表所有港口的集合；

由公式 计算，其中， 表示沿r号航线实际从港口o运输到目

的港口d的集装箱数量， 表示在r号航线上从始发港 o 到目的港 d 运输一单位集装箱给船舶公司带来的价值。

4.根据权利要求1所述的一种考虑环境污染和运输效能的集装箱班轮运输调度控制方法，其特征在于：在同质船舶的集装箱班轮运输部署与调度控制模型一 中，设置关于集装箱的流量守恒约束以及服务变量的流量守恒约束，集装箱的流量守恒约束具体如下：以及

，其中， 表示由o号港口始发的k

型船在r号航线上的第i‑1段航行的船舶上存放的集装箱数目， 表示起始于o号港口的k型船并在r号航线上的第j个停靠港装载的集装箱数量， 表示起始于o号港口的k型船并在r号航线上的第j个停靠港卸载的集装箱数量， 表示r号航线中指向特定港口d的港口索引的集合；

服务变量的流量守恒约束服从： 以及

，其中， 是二进制变量，如果k型船舶从 

o 号港口航行到 d号港口，则为 1；否则为 0，将船舶到达港口i的时间与船舶到达港口i+1的时间联系起来，具体约束为： ，其中， 表示r 号航线上 k 型船舶到达 j号港口的时间， 表示r 号航线上 k 型船舶在 j号港口的停留时间， 表示r 号航线上 k 型船至 j 港的航行时间；

在航速方面，具有以下约束： ， ，其中，

表示船舶在r号航线上第i个航段上的最快航行速度， 表示船舶在r号航线上第i个航段上的最慢航行速度， 表示船舶在r号航线上第i个航段上的航行速度，表示r号航线上所有港口的集合；

最后，针对其它的所有决策变量做出了以下非负性的约束：

 。

5.根据权利要求1所述的一种考虑环境污染和运输效能的集装箱班轮运输调度控制方法，其特征在于，通过遗传算法来求解控制模型一VDS1和控制模型二VDS2：首先，遗传算法采用实数编码，随机生成染色体，该编码方式如下：使用一个基因代表一个可行的船舶部署方案，其中每个子编码记作 ，代表第 个部署方案，每个基因由三个部分组成，其中， 是基因的第一部分，用于控制服务的航线序号，部署在航线上的船舶的数量以及部署在航线上的船舶的类型； 是基因的第二部分，用于控制船舶公司服务的某一个航线到达港口的顺序；第三部分是 ，用于描述船舶在航线上的航行速度，将这些部分重复，只重复功能，数值不重复，直到所有的航线部署方案都生成完毕为止；

其次，在适应度函数的计算过程中，首先对随机生成的基因进行解码，以获取每种船型对第i条航线的服务数量以及船舶在每个航段的航速；一旦确定了航线上部署的船舶数量，就能判断出租入船舶的数量，以及是否存在租出的船舶；若存在租出船舶，则可利用模型中的公式计算租出船舶给船舶公司带来的价值；利用模型中的计算公式，根据已知船舶的航速以及港口访问顺序计算污染排放量，同时，根据每个港口运输的集装箱数量能够计算出通过高效运输集装箱可以给船舶公司带来的价值；最后，根据给定港口间的货物需求量，计算每个港口是否存在惩罚的部分，从而得到该基因的适应度值；在选择操作方面，选用轮盘赌的方法设计遗传算法选择算子。

6.根据权利要求1所述的一种考虑环境污染和运输效能的集装箱班轮运输调度控制方法，其特征在于，通过模拟退火算法来求解控制模型一VDS1和控制模型二VDS2，具体实施方法如下：在模拟退火算法中，编码与解码过程是确定要访问的港口的顺序以及服务该航线的船舶的数量和类型的过程，假设在1号航线上部署了12艘船舶，并选择类型为2的船舶来服务该航线，若该航线上的港口号分别为：2，5，11，9，8，在合理范围内初始化各路段的随机速度值，那么编码就是[1,2,12,5,9,2,8,11,22,25,20,19]；

新解生成规则包括两部分：第一个部分是服务港口的顺序，在这个部分采用的策略是随机选择该航线上的若干个港口的顺序进行对换；第二个部分是每个航段上航速的生成，选择让部分航段的航速基于距离在某一个合理的区间随机生成；

模拟退火算法选择Metropolis准则作为接受函数：

其中， 表示新计算出的船舶公司在每条航线上的船舶类型和数量的分配方案，表示上一次计算出的船舶公司在每条航线上的船舶类型和数量的分配方案，当时，代表当前方案船舶类型和数量的分配更加合理并且货物的运输效率更快则采取当前解，反之若 ，则说明当前方案中船舶类型和数量的分配或者是货物的运输效率不如上一个解，那么就会产生 ,若 ，则采用当前解，即采用较差解；

退火策略为指数退火是指温度以指数方式下降， ，其中，是第次迭代后的温度， 是设置的初始温度，是退火因子且 ；模拟退火算法即采用这种方式构造退火函数，即 ,其中 ；

模拟退火算法的结束策略选择设置最大迭代次数，即达到终止温度则结束。

7.根据权利要求1所述的一种考虑环境污染和运输效能的集装箱班轮运输调度控制方法，其特征在于，通过分支定界算法来求解控制模型一VDS1和控制模型二VDS2：采用Gurobi求解器作为预处理，通过分支定界算法求解，或者将分支定界算法与启发式算法相结合求解；

在第一种采用Gurobi求解器作为预处理的方法中，采用了Gurobi求解器来解决松弛模型，这个过程在使用分支定界算法之前进行，对模型的松弛集中在船舶类型的选择，将其从二进制决策变量 松弛为实数决策变量，这也是分支定界算法将要去分支的部分之一，其中， 表示若采用k类型的船舶服务航线r则为1，否则为0；在船舶类型部分，只需要对这些非整数的船舶类型进行分支即可；

对于分支定界算法与启发式算法结合的算法中，将启发式算法获得相对优化解作为分支定界算法的初始解，然后再通过分支定界算法求解；在分支定界算法中，使用的搜索策略是深度优先搜索策略，然后对编码中船舶选择的部分进行整数判断，如果是非整数那将更新上界的值，否则更新下界；接着判断模型中的约束，针对速度的约束，如果上述条件没有满足，算法将会采取剪枝；在计算目标值后，对其相应的编码部分进行整数判断，若其都为整数，并且目标值小于下界，则再分支下去也不会出现更好的解决方案，所以将其剪枝，从而停止这个分支。