閔德權(quán) 崔琪 趙瓊

【摘 要】 為促進(jìn)我國郵輪產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，選擇廈門郵輪母港作為出發(fā)港，將東南亞10個(gè)國家的港口作為備選掛靠港，運(yùn)用熵權(quán)法和灰色關(guān)聯(lián)分析法等定量方法計(jì)算各個(gè)港口的客觀權(quán)重。選取3種船型，分別以單航次航線成本最小化和郵輪掛靠港口組合競(jìng)爭(zhēng)力最大為目標(biāo)建立雙目標(biāo)規(guī)劃模型，并設(shè)計(jì)粒子群算法對(duì)模型進(jìn)行求解，最終得出3種船型的廈門―東南亞郵輪航線最優(yōu)解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用粒子群算法求解郵輪航線設(shè)計(jì)模型，搜索最優(yōu)解的速度快且效果好。

【關(guān)鍵詞】 郵輪航線;熵權(quán)法;灰色關(guān)聯(lián)度分析;貼近度;粒子群算法

0 引 言

目前，我國人均消費(fèi)水平逐步提高，人們的旅游消費(fèi)觀念逐漸增強(qiáng)，郵輪旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到我國政府的高度重視。廈門自然地理環(huán)境優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)水平已達(dá)到休閑度假旅游產(chǎn)業(yè)初級(jí)發(fā)展階段的要求[1]，且政府對(duì)廈門郵輪母港的發(fā)展也給予了政策支持。2019年福建省發(fā)展改革委等10個(gè)部門印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)郵輪經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)施方案》，要求到2035年開通東北亞、東南亞、環(huán)臺(tái)灣海峽、港澳航線和環(huán)南?！耙怀潭嗾尽笔降泥]輪航線;積極促進(jìn)廈門郵輪母港以海峽郵輪經(jīng)濟(jì)圈為基礎(chǔ)，向北輻射東北亞國家和地區(qū)，向南輻射東南亞國家和地區(qū)。

本文就廈門―東南亞郵輪航線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用定量分析法中的熵權(quán)法及灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)港口的評(píng)價(jià)權(quán)重進(jìn)行確定，并設(shè)計(jì)粒子群算法對(duì)郵輪航線設(shè)計(jì)模型進(jìn)行求解。

1 港口評(píng)價(jià)方法與計(jì)算

1.1 港口評(píng)價(jià)指標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

本文從港口設(shè)施條件、港口腹地旅游資源環(huán)境、港口城市游客接待能力、港口城市交通靈活性及港口經(jīng)濟(jì)政治條件等5個(gè)方面選取指標(biāo)變量來評(píng)價(jià)備選掛靠港口，下設(shè)18個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)作為港口評(píng)價(jià)的依據(jù)。選擇東南亞國家的10個(gè)港口作為備選掛靠港，以廈門郵輪母港為出發(fā)港，考慮香港旅游資源豐富，且地理位置優(yōu)越，將香港港也作為郵輪備選掛靠港口。12個(gè)港口的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。

1.2 港口客觀評(píng)價(jià)權(quán)重計(jì)算

1.2.1 熵權(quán)法

（1）初始數(shù)據(jù)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化

設(shè)有m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象、n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)成評(píng)價(jià)系統(tǒng)的初始數(shù)據(jù)矩陣，其中，xij? （i=1，2，3，…，m; j=1，2，3，…，n）表示第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)值。

由于各指標(biāo)的量綱單位均存在差異，需要對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理。公式如下：

公式（1）適用于正項(xiàng)指標(biāo)，公式（2）適用于負(fù)向指標(biāo)。

本文有12個(gè)待評(píng)價(jià)港口、18個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中C11、C12、C13和C14為負(fù)向指標(biāo)。以Di表示第i個(gè)評(píng)價(jià)港口，Cj表示第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則由式（1）和式（2）得標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣。

（2）計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)

第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息熵值ej為

式中： K=，為非負(fù)常數(shù)，且0≤ej≤1;當(dāng)yij =0時(shí)， ln yij =0。

第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重為

根據(jù)式（3）、式（4）、式（5），求得18個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值如下：w1=0.118 5; w2=0.033 3; w3=0.029 6;w4=0.057 5; w5=0.075 1; w6=0.098 4; w7=0.047 4;w8=0.063 2; w9=0.051 0; w10=0.083 9; w11=0.018 8; w12=0.026 5; w13=; w14=0.025 3; w15=0.081 4; w16=0.086 3; w17=0.031 1; w18=0.037 4。

1.2.2 灰色關(guān)聯(lián)分析法

在初始數(shù)據(jù)矩陣無量綱化后，各評(píng)價(jià)指標(biāo)值介于0～1，將理想方案x*={}={1，1，…，1}作為最優(yōu)參考數(shù)列，則第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)與第j個(gè)最優(yōu)指標(biāo)因子的關(guān)聯(lián)度系數(shù)為

采用歐式貼近度作為各評(píng)價(jià)方案客觀權(quán)重的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行優(yōu)劣排序。歐式貼近度 %jHi表示為

根據(jù)式（6）、式（7）、式（8）計(jì)算各個(gè)港口的貼近度，將其作為12個(gè)掛靠港的客觀評(píng)價(jià)權(quán)重。12個(gè)港口權(quán)重見表2。

2 郵輪航線設(shè)計(jì)模型構(gòu)建

2.1 問題假設(shè)

（1）將郵輪從廈門母港離岸到再次抵達(dá)廈門母港這一行程作為一個(gè)航次，在廈門港的?？繒r(shí)間不計(jì)入航次時(shí)間。

（2）郵輪船型有3種，每個(gè)船型的航行速度均設(shè)置為平均航速22 kn。

（3） 3種船型在不同港口的平均進(jìn)出港及等待時(shí)間相同，取均值2 h。

（4）各個(gè)船型的郵輪實(shí)際載客量=額定載客量。

（5）郵輪上的工作人員分為船員和海乘。

（6）郵輪單航次成本主要包括郵輪單航次折舊費(fèi)、員工成本、燃油費(fèi)及港口使費(fèi)等，其中郵輪的物資采購成本和維修成本未予考慮。

（7）假設(shè)本文不考慮現(xiàn)存的東南亞郵輪航線的影響。

2.2 相關(guān)變量及參數(shù)設(shè)置

%R為所有候選港口的集合，%R={1，2，…，i，…，j，…，m}; S為郵輪船型集合，S=3;s為船型s的郵輪數(shù)量，任意s∈S; Cs為船型s的郵輪單航次總成本; Ms為船型s的郵輪造價(jià)或租用成本; Ns為船型s的郵輪航行年限; N為郵輪的年航行天數(shù); 為船型s的郵輪單航次每日固定總成本; 為船型s的郵輪單航次平均每日船舶折舊費(fèi)用; 為船型s的郵輪單航次平均每日員工成本; Cij為港口i到港口j的郵輪運(yùn)營成本; Dij為表示港口i與港口j之間的距離;V為船舶的航行速度; tij為郵輪從港口i到港口j的航行時(shí)間，tij=; K為所有可能郵輪航線網(wǎng)絡(luò)的集合;k為各條郵輪航線，k∈K;Hs為船型s的郵輪實(shí)際載客量; Qs為船型s的郵輪額定載客量; Ti為郵輪進(jìn)出港口i總的平均等待時(shí)間; ti為郵輪在港口i的?？繒r(shí)間（?？繒r(shí)間根據(jù)各港口的綜合權(quán)重而設(shè)定，綜合權(quán)重越高則?？繒r(shí)間越長，i∈%R）; 為船型s的郵輪在港口i的港口使費(fèi); 為船型s的郵輪日均消耗重油量; 為船型s的郵輪日均消耗輕油量; F為重油的單價(jià); f為輕油的單價(jià);為船型s的郵輪第k條航線的顧客滿意度; 選擇船型s的郵輪第k條航線時(shí) %j為1，否則為0;船型s的郵輪從港口i航行到港口j時(shí)為1，否則為0;船型s的郵輪?？扛劭趇時(shí)為1，否則為0。

2.3 構(gòu)建模型

根據(jù)已知條件建立雙目標(biāo)航線優(yōu)化模型，該模型目標(biāo)函數(shù)Ⅰ為郵輪單航次成本最小化;目標(biāo)函數(shù)Ⅱ是保證船型s的郵輪選擇的第k條可行航線的競(jìng)爭(zhēng)力最大。

其中：式（9）為目標(biāo)函數(shù)Ⅰ，表示郵輪航線的利潤最大化;式（10）為目標(biāo)函數(shù)Ⅱ，表示郵輪航線的競(jìng)爭(zhēng)力最大化;式（11）表示郵輪的實(shí)際載客量等于額定載客量;式（12）表示航線的航行時(shí)間限制在6～8天;式（13）表示除郵輪出發(fā)港口廈門以外，其余備選港口被船型s的郵輪掛靠的次數(shù)均不超過1次;式（14）表示船型s的郵輪掛靠港口的數(shù)量不超過港口總數(shù);式（15）表示確保航線從初始點(diǎn)出發(fā)又回到初始點(diǎn);式（16）、式（17）表示郵輪?？扛壑g連接成環(huán)繞航線，即每個(gè)?？扛圻M(jìn)向和去向分別都有且僅有一個(gè)停靠港與之相連;式（18）表示從船型s的郵輪可行航線中選出一條最優(yōu)航線。

3 模型計(jì)算結(jié)果

已知3種船型的具體數(shù)據(jù)見表3。

各港口的停靠時(shí)間根據(jù)表3的港口權(quán)重設(shè)定，本文廈門港的?？繒r(shí)間不計(jì)入航次時(shí)間，因此設(shè)置為0。各港口停靠時(shí)間見表4。

基于以上數(shù)據(jù)運(yùn)用Matlab軟件設(shè)計(jì)粒子群算法求解，設(shè)置種群規(guī)模n=15、初始權(quán)重w=1、迭代次數(shù)50、學(xué)習(xí)因子c1=1.5、c2=1.5，計(jì)算結(jié)果見表5、算法評(píng)價(jià)函數(shù)見圖1。

由表5可以看出：

（1）船型1 6～7天的最優(yōu)航線為廈門―香港―菲律賓―峴港―廈門，7～8天的最優(yōu)航線為廈門―菲律賓―柬埔寨―廈門;

（2）船型2 6～7天的最優(yōu)航線為廈門―峴港―文萊―廈門，7～8天的最優(yōu)航線為廈門―香港―峴港―柬埔寨―廈門;

（3）船型3 6～7天的最優(yōu)航線為廈門―香港―菲律賓―峴港―廈門，7～8天的最優(yōu)航線為廈門―香港―峴港―柬埔寨―廈門。

由圖1可知，粒子群經(jīng)多次搜索后最終收斂，搜索能力較優(yōu)，利用該算法求解本文模型具有很好的效果。

4 結(jié) 語

本文基于各郵輪備選掛靠港口的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，定量化分析各港口的競(jìng)爭(zhēng)力，為今后東南亞郵輪航線的布局提供支撐;以3種船型為例，設(shè)計(jì)單航次航線成本最小化、掛靠港口組合競(jìng)爭(zhēng)力最大化的郵輪航線，為郵輪公司運(yùn)營廈門―東南亞郵輪航線提供參考。在郵輪航線設(shè)計(jì)模型的求解上采用粒子群算法，算法設(shè)置參數(shù)簡(jiǎn)單，求解速度快，具有很好的效果。我國郵輪業(yè)在許多方面的研究仍為空白，今后可以將廈門港郵輪航線拓展至“一帶一路”沿線更多更遠(yuǎn)的國家，或?qū)B門郵輪母港的郵輪物資供應(yīng)鏈體系進(jìn)行研究。