港口航道系统调度优化与锚地规模仿真研究
摘要：随着我国经济飞速发展，部分港口已出现进出港口拥堵问题，这一问题逐渐成为我国港口面临的一大课题。为迎接挑战适应新经济市场条件下的环境，港口航道系统应成为港口管理经营者和建设设计者着力研究的对象。本文通过对锚地规模进行研究，从排队论角度探讨锚地规模动态评价问题，分析影响港口航道系统的主要因素，得出：应合理归化建设新的码头泊位、航道以及锚地，合理调配港口资源，最大限度提高现有港口规模的通过能力和服务水平，只有这样才能使港口航道系统的运营更加科学和稳定。
关键字：港口航道系统；锚地规模；排队论；港口航道；通过能力
随着我国经济的不断发展与进步，航运事业日趋完善，很多沿海区域的港口规模也逐渐增大，建设的速度也不断加快。水域中的船舶交通问题已逐渐成为港口的主要问题。因此，港口锚地的合理分布和优化就是港口规划和建设的重点，是港口航道系统调度优化的合理途径之一，直接影响着港口的经济效益和船舶锚泊的安全。
一、对锚地规模的研究
目前，锚地已经逐渐成为进出港船舶汇集的中心，是港口运行管理中不可或缺的中心环节，它掌控着船舶停留在港时间，对船舶进行调度等作用。对锚地规模的研究主要依据占据水域的大小面积来进行核算。现在在锚地规模模型中有两个问题：第一，海域到港的船舶时间不可能相同；第二，锚地占用时具有不定性。所以，这两个因素不能收锚地规模的影响。下面，文章将会结合排队论分析锚地规模的基本研究。
1、在新建、扩建港口中，锚地规模的推算。
在新建港口的锚地中，依据港口的重要程度来判断其数据，按照现港口船舶保证率的90%－95%来推算锚位的数量；在扩建中的港口项目中，我们可以将其当作新建港口来计算。
2、锚地的数量应该根据到港船舶的多少、密度、环境一级到港的水域及人
工作业等因素相结合考量。在日常作业中，会出现某些港口只有一个锚地，但却有承担着不同锚地不具备的功能和作用，此外，航道的吞吐能力及水深条件等因素都会影响专用的锚地。
二、排队论
排队论又叫做随机服务系统理论，是研究系统随机聚散现象和随机服务系统工作过程的数学理论和方法，它通过数量的指标比如排队长度、等待的时间等的统计规律，根据这些规律进行服务系统的建构和重新组织被服务的对象。它通过研究各种服务系统在排队等待中的概率特性，来解决系统的最优设计和最优控制。
1、排队系统的阐述
某人或者某物有需求想得到特定的某种服务。在排队论中把这些有需求服务的对象叫做顾客；把人或组织机构提供服务的称为服务台；在随机的顾客拜访和服务的时间里具有随机性，服从分配。
不同的顾客与服务组成了各式各样的服务系统。顾客为了获取到某种所需服务，继而到达，如果不能马上得到需要的服务然后又愿意在这里排队等侯，就选择加入等待的行列中，因此获得服务后离去。顾客到在到达服务台后，会出现拥挤的现象，因此顾客的排队时间长短跟服务设施的规模构成了服务系统的一对矛盾，这一矛盾具有随机性。那么，在为了确保服务质量的前提下，又要节省设施和服务费用，就要更合理的解决顾客排队的时间及设施服务费用多少应当亟待解决的首要问题，这一问题也是排队论研究的问题之一。
2、在排队系统中，排队系统的基本构架。
在排队系统中，包含三个部分：输入过程、服务原则、服务台。
（1）输入过程，是指有需求服务的顾客按照什么养的规律来到排队系统的过程，在此也被成为顾客流。
顾客综合整体数，是指顾客的来源，顾客的来源可以是有限的亦可是无限的。他们是如何来到这个系统的，而且到达的方式是什么，是单独前来还是结伴成群到达这里的。顾客流量的概率分布也就是顾客相机来到这里的时间间隔。这是排队系统中进行有关运行的标准时需要确定的。首先，要在一定时间间隔内计算到达的顾客所间隔的时间，并且在这个时间内到达的N 个顾客的概率有多大。
（2）服务的原则，即规则。是指服务台在排队的队伍中选取顾客给予服务的序列。一般情况下分为：
流失制，假设顾客在来到排队系统的时候，所以的服务台都有接受服务，那么顾客选择自动离开，而不在系统中留下或者再来；等候制，当顾客到达系统时，服务台的位置全部占满，顾客此时需要加入排队队伍中去等候服务。等侯时，服务台在对要求接受服务的顾客中进行选择，选择常遵循几个原则：
1）为先到服务台的顾客服务，即按照顾客到达服务台进行服务的先后顺序来对顾客进行服务。
2）后来加入队伍中的顾客先得到服务。
3）随机选择服务，就是说，在服务台没有空闲的时候，在没有按照队列排序的顾客中选择不指定的顾客接受服务。
4）优先权服务。
（3）混合制，是等候制与流失制相结合的一种服务规则，是指在排队过程中，可以排队，但却不许队列没有限制的排下去。其中包括三个方面：
1）排队的队列有限制，在排队等候接受服务的客户人群中超过一定数量时，继而到达的顾客选择自动离开，也就是说在系统中，能够等待的空间有限。
2）在顾客等待中，时间是有限的。顾客到达系统后，所需等待的时间有限，不超过特定的长度，当等待的额时间超过这个长度时，顾客选择离去，不再回到系统。
3）停留的时间受限制。
结合以上排队论信息，根据不同的情况，锚地船舶的具体情况有所不同，在不同泊位数量不同船舶到达的概率与时间不同，接待的速率下等待停靠的船舶数量也不同。但需要注意的是，船舶在码头或锚地平均停留时间受到较大限制。
三、加快港口航道通过能力是港口航道系统优化的首要任务。
航道的通过能力是以传播的服务流程为基础，包括了传播到达港口、进入锚地排队、驶入泊位、装卸作业、离开港口等。港口航道系统中存在着影响港口航道通过能力的因素，主要包括：
1、自然条件
航道的自然条件包括环境、地理位置以及跨航道的建筑物等；其中，天气、
水深、水位变化是影响船舶停靠、航行、装卸作业等；进出港跨航道的建筑物，如过江电缆的位置、数量等影响最高通航水位以上的净高和净跨；航道的登记、水深、码头、进出港航道的地形等属自然条件决定。
2、港口分布位置
港口码头的布置，如仓库的位置、码头前、堆场等；到港内的交通是否便利；航道长度、泊位的数量、单双航道等。
3、技术装备和作业条件。
泊位的设备决定了装卸作业的效率，影响着船舶在泊作业的时间，对航道的通过能力造成影响。此外，在进行作业中要求人员的技术水平和态度，比如，是否具有高度的积极性以及体力支配是否合理等。
4、船舶的特征。
主要包括船舶的尺度、吨位、速度、舱口数、舱口卸货的不平衡程度、以及船上装卸设备的类型、数量等；装载的货物类型、货物包装形式等都会影响码头泊位的装卸效率。
5、经济运行环境
包括港口周边地区的工农业发展状况，港口各项设施和设备的造价等都会对港口通过能力产生影响。
港口航道系统船舶的影响因素具有随机、动态及离散的特点, 对系统产生不同程度的扰动。但在科学的规划设计与研究、综合评估港口同行能力的同时，给予排队论的数学分析法，可以从静态和动态两方面分析，通过分析对航道通过能力提出有效的解决对策，使港口航道系统的运营更加科学、稳定, 从而增强港口竞争力。
结论：
合理规划与设计港口航道通过能力，有助于提高港口系统的服务质量和作业效率。随着国际贸易的迅速发展，港口吞吐量的需求也逐渐增长，这就需要充分挖掘码头的潜力，提高码头的作业效率，开展港口航道通过的能力，对航运规划、交通管理、运营等提出有效方案，确保港口作业顺利进行，使港口航道系统的运营更加科学、稳定, 从而增强港口竞争力。
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