《港口水域突發(fā)事件下航道通過能力的仿真模型構(gòu)建研究16000字（論文）》

第第頁港口水域突發(fā)事件下航道通過能力的仿真模型構(gòu)建研究摘要復(fù)雜的通航環(huán)境會(huì)使港口水域發(fā)生不同程度的突發(fā)事件，對比船舶進(jìn)出港口作業(yè)流程而言，港口航道是至關(guān)重要的通道，研究突發(fā)事件下的航道通過能力有助于對航道擁堵規(guī)律進(jìn)行歸納分析。船舶進(jìn)出港口是一個(gè)動(dòng)態(tài)、隨機(jī)的過程，體現(xiàn)了排隊(duì)論的特征，本文利用了、排隊(duì)模型，對該模型中排隊(duì)系統(tǒng)平均到達(dá)率、港口服務(wù)率、航道等待船舶數(shù)量公式進(jìn)行推導(dǎo)，并將上述排隊(duì)論計(jì)算指標(biāo)應(yīng)用于洋山港主航道仿真建模中，研究了洋山港主某段主航道在不同等級的突發(fā)事件下的通過能力以及其變化趨勢。關(guān)鍵詞：航道通過能力；排隊(duì)論；突發(fā)事件目錄TOC\o"1-3"\h\u26491承諾書 27123摘要 3223811緒論 7192661.1研究背景與研究意義 7193651.1.1研究背景 753841.1.2研究意義 8324311.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 8163771.2.1港口水域突發(fā)事件研究現(xiàn)狀 8210691.2.2航道通過能力研究現(xiàn)狀 9260921.3研究內(nèi)容與方法 1091312相關(guān)概念及理論基礎(chǔ) 12141502.1港口水域突發(fā)事件 12127702.1.1港口水域突發(fā)事件概念 1235732.1.2港口突發(fā)事件的類別與分級 1244672.1.3港口突發(fā)事件特征 1334592.2港口水域與航道基本理論 13237212.2.1港口水域的組成及功能 13246812.2.2航道的概念與分類 1441012.2.3港口航道通過能力概念 15259283港口通過能力仿真模型的構(gòu)建 17151443.1排隊(duì)論基本理論 17293733.3.1排隊(duì)論概述 17127503.3.2排隊(duì)過程的一般表示 17201913.3.3排隊(duì)系統(tǒng)的數(shù)量指標(biāo) 1814913.3.4M/M/C排隊(duì)模型 2081093.2航道通過能力計(jì)算模型 2167643.2.1港口船舶航行作業(yè)系統(tǒng) 2110163.2.2船舶到港規(guī)律及占用泊位時(shí)間分布 23250643.2.3航道通過能力的排隊(duì)論模型 24165244洋山港主航道通過能力分析 2788884.1洋山港主航道概況 2729744.1.1航道 27178164.1.2泊位 2843124.2洋山港船舶到港統(tǒng)計(jì)分析 29322604.3洋山港通過能力計(jì)算 30231464.3.1參數(shù)取值 30264714.3.2非突發(fā)事件下的航道通過能力計(jì)算結(jié)果 32286894.3.2突發(fā)事件下的航道通過能力分析 33175694.3.3洋山港主航道通過能力的結(jié)果分析 37171435結(jié)論與展望 3915573參考文獻(xiàn) 4030155附錄 4119571.排隊(duì)論模型求解代碼 41190932.排隊(duì)論模型求解代碼 41

1緒論研究背景與研究意義研究背景港口是國家綜合運(yùn)輸體系的重要樞紐，是主要交通基礎(chǔ)建設(shè)和資源，也是發(fā)展對外貿(mào)易的橋梁，同時(shí)還是物資交換的重要場所，在對國家的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展方面有著舉足輕重的作用。在近十年來中國港口的管理體系的不斷改進(jìn)，中國港口綜合實(shí)力和競爭力明顯提升，港口吞吐量總和已經(jīng)連續(xù)多年位居全球第一，發(fā)展成就令世人矚目，因此港口的貨物吞吐量、港口的基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)強(qiáng)度、船舶數(shù)量與尺度、泊位數(shù)量都在迅猛增長。由于航道水域的自然條件和通航條件變得復(fù)雜，航運(yùn)貨物的種類變得豐富，船舶數(shù)量的增加和船舶的大型化、高速化，船舶通航密度大，錨地和泊位眾多，鄰近港口的水域是航運(yùn)安全事故多發(fā)地段，在一些國際性的大港口的航道時(shí)常出現(xiàn)船舶交通擁擠現(xiàn)象，船舶航行風(fēng)險(xiǎn)不斷提高，常常導(dǎo)致航道中的事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響港口通航效率。由此可見，如何避免港口水域發(fā)生安全事故，建立與港口吞吐量水平相匹配的航道設(shè)施，通過研究港口航道通過能力來最大限度的利用錨地、泊位、航道尺度，是航運(yùn)從業(yè)者需要研究的問題。研究意義港口水域常見的突發(fā)事件有惡劣天氣、船舶碰撞事故、船舶爆炸事故等。難以預(yù)料的港口水域突發(fā)事件不僅對港口正常的生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生巨大負(fù)面影響，也有可能會(huì)造成人員傷亡、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的損失。近年來全球許多港口開始計(jì)劃對航道開展疏浚和拓寬工程，以此滿足大型船舶或者在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)的航行需求，但航道通過能力仍有待提升。所以需要對港口水域突發(fā)事件對港口航道通過能力影響規(guī)律進(jìn)行歸納與分析，收集各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析，找出目前航道工程存在的問題和不足，提出有針對性的對策和措施，才能有效避免港口航道水域的船舶交通事故，提高通航的安全性和高效性，促進(jìn)港口航運(yùn)交通的可持續(xù)發(fā)展。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀港口水域突發(fā)事件研究現(xiàn)狀近年來，港口水域突發(fā)事件頻繁發(fā)生，為能以最快高效組織和實(shí)施應(yīng)急救援，國內(nèi)外學(xué)者對港口水域突發(fā)事件的的研究逐漸深入。在港口水域突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案存在的問題與對策分析方面，朱中華REF_Ref12358\r\h[1]等對港口水域安全面臨的問題和特點(diǎn)，系統(tǒng)分析了目前的港口水域突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案存在的不足，進(jìn)一步構(gòu)建了的完善的經(jīng)費(fèi)保障制度和應(yīng)急物資保障體系，加強(qiáng)了應(yīng)急設(shè)施的建設(shè)、改進(jìn)了預(yù)防預(yù)警機(jī)制，全方位提高了港口水域突發(fā)事件應(yīng)急處置能力以及相關(guān)部門的應(yīng)急能力，為港口提供了安全的生產(chǎn)組織環(huán)境。在航道突發(fā)事件處置方法研究方面，曹瑋REF_Ref12655\r\h[2]以長江下游航段為研究背景，結(jié)合航道尺度的指標(biāo)和軟件應(yīng)用的結(jié)果，統(tǒng)計(jì)分析了近些年來典型的長江下游航道突發(fā)事件的各類事故產(chǎn)生的原因，以及事故發(fā)生所占的比例和特點(diǎn)，對泊位和錨地的基礎(chǔ)設(shè)施提出了深入優(yōu)化靠泊方案。同時(shí)針對長江下游航道突發(fā)事件制定了四類突發(fā)事件處置流程、信息傳輸?shù)霓k法。在突發(fā)事件對鄰近泊位的交通影響方面，杜鵬程REF_Ref14232\r\h[3]收集并分析集裝箱港區(qū)有一定概率發(fā)生的突發(fā)事件的數(shù)據(jù)、港口突發(fā)事件類型、解析其事件鏈結(jié)構(gòu)和影響因素，對集裝箱港區(qū)產(chǎn)生的交通影響，從而影響到鄰近泊位的交通。采用數(shù)值仿真的方式，分析確定突發(fā)事件下船舶分流情況對交通量指標(biāo)的影響程度和對鄰近港區(qū)主要道路交通量指標(biāo)的變化，通過計(jì)算岸橋裝卸效率得到對交通量的影響程度，為更好地規(guī)劃集裝箱港區(qū)道路布局和港區(qū)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。航道通過能力研究現(xiàn)狀目前針對航道通過能力的研究主要分為三類，一類是通過經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，諸如西德公式、長江公式、川江公式等，以上公式主要用于針對內(nèi)河或運(yùn)河的航道通過能力計(jì)算，且計(jì)算結(jié)果多為靜態(tài)，對海港航道的交通運(yùn)行狀態(tài)不能準(zhǔn)確反映。另一類是利用理論模型求解，基于船舶交通流特征的航道通航能力理論模型研究主要集中在利用排隊(duì)論、交通波理論、元胞自動(dòng)機(jī)模型等方法對航道交通運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行建模。曹興飛REF_Ref14291\r\h[4]采用了排隊(duì)論模型，推導(dǎo)了排隊(duì)系統(tǒng)中平均隊(duì)長、平均等待隊(duì)長、平均到達(dá)率、服務(wù)機(jī)構(gòu)服務(wù)率、顧客等待時(shí)間和逗留時(shí)間公式。將離散系統(tǒng)仿真理論與排隊(duì)論計(jì)算指標(biāo)相結(jié)合，建立了港口航道通過能力仿真模型。在港航仿真模型中，結(jié)合了港口航道通過能力的概念分析出影響航道通過能力的各種因素，針對航道容量公式進(jìn)行了修正。劉宗楊REF_Ref14494\r\h[5]等為研究海港進(jìn)出港航道的通過能力，運(yùn)用了元胞自動(dòng)機(jī)理論對海港進(jìn)出港主航道進(jìn)行離散化建模，分析不同曲直性的航段下的船舶運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在條件約束下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)計(jì)算出航道船舶瞬時(shí)流量、航道的最大船舶通過能力，最后通過分析航道的飽和度狀態(tài)從而對航道服務(wù)水平進(jìn)行直觀評價(jià)。馬峰REF_Ref14588\r\h[6]利用交通波理論研究了在單向通航和能見度不良的情況下，超大型船舶在進(jìn)港過程中的航道通過能力。結(jié)合交通波產(chǎn)生原理建立了擁堵時(shí)空影響模型，通過定量分析計(jì)算出航道擁堵情況下的船舶最大排隊(duì)長度、最長排隊(duì)時(shí)間及船舶等待數(shù)量，提供了提高航道通航效率的相關(guān)解決措施和數(shù)據(jù)支撐的理論依據(jù)。研究內(nèi)容與方法當(dāng)前已經(jīng)有部分學(xué)者對港口航道通過能力計(jì)算方法的研究取得了一定進(jìn)展，然而由于港口航道環(huán)境和港口水域交通較為復(fù)雜，影響港口生產(chǎn)活動(dòng)效率的因素呈現(xiàn)多樣化，導(dǎo)致目前的港口航道通過能力的計(jì)算方法尚統(tǒng)一系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)。本文以目前的港口航道通過能力研究現(xiàn)狀及成果為基礎(chǔ)，參照了道路交通通過能力的基礎(chǔ)理論和研究方法，在港口服務(wù)作業(yè)系統(tǒng)中對港口航道通過能力問題進(jìn)行研究和分析。近年來由于港口水域船舶通航密度不斷上升，船舶交通擁擠現(xiàn)象愈來愈嚴(yán)重，航道中的事故發(fā)生率逐漸增大，嚴(yán)重影響港口通航效率，所以本文對突發(fā)事件下航道通過能力進(jìn)行了研究。考慮到港口船舶進(jìn)出港口是一個(gè)動(dòng)態(tài)、隨機(jī)的過程，離散的船舶進(jìn)出港口的規(guī)律和過程體現(xiàn)了排隊(duì)論的特征，因此在港口航道通過能力的分析和計(jì)算中，利用排隊(duì)論構(gòu)建了港口航道通過能力仿真模型，對船舶等待時(shí)間、船舶等待數(shù)量、船舶到港率、港口服務(wù)率等指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，為進(jìn)一步提高港口航道通過能力提供數(shù)據(jù)支撐。本文技術(shù)路線圖1.1圖1.1本文技術(shù)路線2相關(guān)概念及理論基礎(chǔ)2.1港口水域突發(fā)事件2.1.1港口水域突發(fā)事件概念港口水域突發(fā)事件是指由自然的或人為的不可預(yù)見因素造成的航道通航能力降低的非正常事件。在港口水域突然發(fā)生的事件，具有導(dǎo)致航道通航條件受到不良影響的可能性，同樣也會(huì)造成航道通航尺度達(dá)不到通航標(biāo)準(zhǔn)、航標(biāo)等助航導(dǎo)航設(shè)施不能正常使用、航道內(nèi)出現(xiàn)礙航物等問題，影響航道、航行船舶、以及港口航道工程安全，需要采取一些應(yīng)急措施應(yīng)對的公共安全事件。常見的港口水域突發(fā)事件有惡劣天氣、航道交通管制和船舶交通事故等。REF_Ref29972\r\h[7]2.1.2港口突發(fā)事件的類別與分級港口突發(fā)事件的分類按照以下表2.1.REF_Ref28467\r\h[8]表2.1港口突發(fā)事件的分類分類標(biāo)準(zhǔn)港口突發(fā)事件類型事故成因自然性突發(fā)事件社會(huì)性突發(fā)事件危害性輕度危害中度危害重度危害可預(yù)測性可預(yù)測的不可預(yù)測的防控性可防可控不可防影響范圍地方性區(qū)域性國家性世界性國際性發(fā)生的機(jī)理、性質(zhì)和過程自然災(zāi)害事故災(zāi)難公共衛(wèi)生事件社會(huì)安全事件本文主要研究港口水域，港口水域突發(fā)事件根據(jù)影響程度和處理的程序，可分為航道維護(hù)尺度突發(fā)事件、航道礙航突發(fā)事件、航道設(shè)施突發(fā)事件、整治建筑物突發(fā)事件、船舶交通事故等。REF_Ref28735\r\h[9]《中華人民共和國突發(fā)事件應(yīng)對法》和《國家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》，按照突發(fā)事件的性質(zhì)、嚴(yán)重程度、可控性和影響范圍等因素由高到低可統(tǒng)分為特別重大（Ⅰ級）、重大（Ⅱ級）、較大Ⅲ級）、一般（Ⅳ級）四個(gè)級別（表2.2）。表2.2突發(fā)事件分級原則突發(fā)事件級別性質(zhì)嚴(yán)重程度可控性影響范圍特別重大突發(fā)事件非常復(fù)雜嚴(yán)重不能大范圍重大突發(fā)事件復(fù)雜比較嚴(yán)重難控轄區(qū)較大范圍較大突發(fā)事件比較復(fù)雜較嚴(yán)重可控轄區(qū)一定范圍一般突發(fā)事件比較簡單一般可控轄區(qū)較小范圍2.1.3港口突發(fā)事件特征不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以將突發(fā)事件分為不同類別，但是它們自身仍然有存在共同的特性?？梢詫⑼话l(fā)事件的共同特性歸納為如下幾點(diǎn)突發(fā)性、危害性、不確定性、衍生擴(kuò)散性和社會(huì)性。突發(fā)性：突發(fā)事件一般是在事發(fā)前毫無明顯預(yù)兆的情況下瞬間發(fā)生的，或者僅有一些預(yù)兆但難以預(yù)報(bào)或難以左右它的發(fā)生。危害性，不同程度對公眾生命構(gòu)成威脅、對公共財(cái)產(chǎn)造成損失、對各種環(huán)境產(chǎn)生破壞、對社會(huì)秩序造成紊亂和對公眾心理造成障礙。不確定性，突發(fā)事件爆發(fā)的地點(diǎn)、具體時(shí)間、實(shí)際規(guī)模、具體形式和影響深度等都帶有一定的隨機(jī)性，事態(tài)變化的不確定，在突發(fā)事件發(fā)生后，公眾或政府根據(jù)形勢的判斷采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，這些主觀的決策判斷會(huì)對事態(tài)的發(fā)展造成影響，許多不確定因素隨時(shí)在變化。衍生性，指原生突發(fā)事件的產(chǎn)生而導(dǎo)致其他類型突發(fā)事件的發(fā)生。社會(huì)性，突發(fā)事件的社會(huì)性是指其會(huì)對整個(gè)社會(huì)系統(tǒng)的基本價(jià)值觀和行為準(zhǔn)則構(gòu)架產(chǎn)生影響，此影響涉及的主體是公眾，而不僅僅是社會(huì)的個(gè)體。2.2港口水域與航道基本理論2.2.1港口水域的組成及功能港口水域廣義來講是指在港界范圍內(nèi)所包含的全部水域面積。港口水域包括船舶進(jìn)岀港航道，船舶掉頭水域、制動(dòng)水域，水上過駁作業(yè)和船舶停泊錨地港池及碼頭前沿水域等。在此范圍內(nèi)所有船舶航行、系泊和作業(yè)都要遵守港口管理和監(jiān)督部門的規(guī)章并接受其指揮。港口水域按所處的位置又可分為港外與港內(nèi)兩個(gè)部分。一般說來港外水域是指港界至港口口門區(qū)域范圍內(nèi)的水域，但往往也包括港界外的引航和檢疫錨地。港外水域通常包括進(jìn)出港航道和港外錨地兩個(gè)重要組成部分，有時(shí)還布設(shè)一些專用碼頭和水深較大的泊位（開敞式碼頭），在港外水域布置航道應(yīng)考慮到逐漸發(fā)展的船型尺度對航道的寬度、深度要求。海港港內(nèi)水域按其功能可劃分為船舶制動(dòng)水域船舶回旋水域、泊位前停泊和碼頭前船舶靠離岸的操作水域、港池與航道的連接水域以及港內(nèi)裝卸錨地等，如圖2.1所示。1——口門；2——回旋水域；3——連接水域；4——泊位前停泊水域；5——順岸碼頭前沿操作水域；6——港地：7——制動(dòng)水域圖2.1港內(nèi)水域功能劃分示意圖港口水域是經(jīng)中央和地方主管部門劃定的法定區(qū)域，它既要保證船舶航行作業(yè)的需要，又要保障港口合理的發(fā)展，因此在港口規(guī)劃、設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合該港的布局考慮今后的發(fā)展，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和特點(diǎn)確定港口水域。港口水域中的進(jìn)港航道和碼頭前沿水域?yàn)榱藵M足相應(yīng)噸級船舶吃水的要求必須具有足夠的水深；進(jìn)港航道走向的布置應(yīng)滿足船舶安全進(jìn)出港口的要求；航道和港池的維護(hù)性挖泥量應(yīng)盡量小。港口水域尺度應(yīng)能滿足船舶回旋、制動(dòng)、港內(nèi)航行、停泊作業(yè)等方面的要求。港口水域除應(yīng)滿足設(shè)計(jì)船型的航行、停泊所需的水域外，還應(yīng)考慮港口輔助船舶港作、工程、海事、邊防等的航行和停泊要求，在有小船運(yùn)輸?shù)母劭冢€應(yīng)考慮這部分船舶對水域的特殊要求，但在布置上應(yīng)盡量減少大小船之間的干擾。REF_Ref28095\r\h[10]2.2.2航道的概念與分類以組織水上運(yùn)輸為目的所規(guī)定或設(shè)置的船舶安全航行的通道，稱為航道。進(jìn)港航道是指海上航線或內(nèi)河主航道與港內(nèi)水域相連接的這部分航道。船舶在河流中行駛，并不需要整個(gè)河流寬度，而僅僅要求一條連續(xù)而暢通的航槽，所以航道是具有一定深度和寬度的長條適航水體，其彎曲部分呈合理的曲線，并與直線段順滑連接。航道尺度對船舶的吃水和長寬尺度起到直接限制的作用，并影響到航行安全，是航道條件中的關(guān)鍵條件。航道的航行條件，首先以航道的尺度來表示，但航道尺度較大時(shí)，可以通行吃水深、速度快的大船；反之，只能通行吃水淺、速度慢的小船。因此航道尺度的大小也直接影響客貨運(yùn)輸及其經(jīng)濟(jì)效益，制約航運(yùn)的發(fā)展。內(nèi)河航道按照以下幾種方法進(jìn)行劃分：表SEQ表\*ARABIC1.3航道等級的劃分航道等級ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ船舶噸級/噸300020001000500300100501.按級別劃分為7級（見表2.3），在我國，通航標(biāo)準(zhǔn)在Ⅰ~Ⅶ級的航道稱為等級航道，低于Ⅶ級的航道稱為等級外航道。2.按航道的管理屬性可將航道劃分為國家航道、地方航道、專用航道。3.按航道的通航時(shí)間長短可將航道劃分為常年通航航道和季節(jié)性通航航道。4.按航道形成因素可分為天然河流航道、渠化河流航道和限制性航道三類。5.按航道所處地域可將航道劃分為海船航道、內(nèi)河航道。6.按照航道的通航條件與密度可將航道分為單向航道、雙向航道。2.2.3港口航道通過能力概念港口航道通過能力指在船舶能夠在安全環(huán)境航行的情況下，在一定時(shí)間內(nèi)通過某一航道的最大船舶艘次數(shù)。港口航道通過能力是基于道路通行能力和內(nèi)河航道通過能力的基本理論，強(qiáng)調(diào)在特定時(shí)間下航道作為提高船舶排隊(duì)到達(dá)泊位的效率。如果對航道通過能力理論的有效利用，也許在提高航道交通安全、船舶通航效率、航道船舶進(jìn)港速度等方面有一定價(jià)值。REF_Ref98\r\h[12]港口航道通過能力其實(shí)就是船舶在航道內(nèi)通行的服務(wù)過程，對于一般的海上航道，如果存在雙向交通，可將該航道分成兩個(gè)分航道考慮其通過能力。這個(gè)服務(wù)過程包括船舶到達(dá)引航區(qū)、進(jìn)入錨地等待、駛進(jìn)港口泊位、裝卸作業(yè)、離開港口這五個(gè)過程。因此在計(jì)算港口航道通過能力的時(shí)候，要對以下指標(biāo)進(jìn)行建模分析：航道的靜態(tài)屬性，即航道長度、寬度及水深等；船舶的靜態(tài)屬性，即船舶尺度、噸位等；船舶動(dòng)態(tài)屬性，即船舶航速、船舶的會(huì)遇態(tài)勢等；交通流的特征，即船舶交通流量、流速、船舶密度等。

3港口通過能力仿真模型的構(gòu)建3.1排隊(duì)論基本理論3.1.1排隊(duì)論概述排隊(duì)論，同時(shí)也稱隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論，此項(xiàng)理論應(yīng)用范圍非常廣泛，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、生產(chǎn)組織、交通管理、通訊系統(tǒng)等各項(xiàng)有共同服務(wù)機(jī)構(gòu)的隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)中都有涉及，是應(yīng)用了隨機(jī)過程和計(jì)算機(jī)模擬等若干數(shù)學(xué)學(xué)科的分支。他的求解原理是通過統(tǒng)計(jì)服務(wù)對象的到來規(guī)律和服務(wù)時(shí)間的規(guī)律，建立模型計(jì)算出等待時(shí)間、排隊(duì)長度、忙期時(shí)間等數(shù)量指標(biāo)。并且根據(jù)以上規(guī)律，完善了服務(wù)體系結(jié)構(gòu)或者重新調(diào)整了服務(wù)對象，使得服務(wù)系統(tǒng)不僅能滿足服務(wù)對象的需要，而且能使組織成本最小化的理論。3.1.2排隊(duì)過程的一般表示盡管不同的服務(wù)系統(tǒng)的形式與內(nèi)容不同，但排隊(duì)論在排隊(duì)服務(wù)系統(tǒng)中的過程是一致的。圖2.2就是排隊(duì)過程的一般模型，虛線內(nèi)就簡要敘述了一個(gè)排隊(duì)系統(tǒng)，各個(gè)顧客從顧客源隨機(jī)到達(dá)服務(wù)機(jī)構(gòu)，按一定的排隊(duì)規(guī)則等待服務(wù)，在隨機(jī)的服務(wù)時(shí)間內(nèi)接受服務(wù)后離開排隊(duì)系統(tǒng)。圖3.1排隊(duì)系統(tǒng)的過程輸入過程排隊(duì)論的輸入過程即為顧客流。顧客流的輸入過程包含了三個(gè)方面：顧客源數(shù)，也就是顧客的來源，顧客的總體數(shù)量可能是有限的，也可能是無限的；顧客到達(dá)類型，指顧客到來的方式是單個(gè)到達(dá)或者是成批到達(dá)；顧客到達(dá)的時(shí)間間隔分布，也是顧客流的概率分布。顧客相繼到達(dá)的時(shí)間間隔可以是確定不變的，也有可能是隨機(jī)分布，常見的隨機(jī)分布有泊松分布、K階愛爾朗分布等。2.排隊(duì)規(guī)則排隊(duì)規(guī)則體現(xiàn)到來的顧客按怎樣的方式和順序接受服務(wù)。一般分為損失制，等待制和混合制三種。具體情況如表3.1表3.1排隊(duì)規(guī)則排隊(duì)規(guī)則具體描述損失制當(dāng)顧客到達(dá)時(shí)，所有的服務(wù)臺均被占用，顧客隨即離去等待制當(dāng)顧客到達(dá)時(shí)，所有的服務(wù)臺均被占用，顧客就按照排隊(duì)規(guī)律等待服務(wù)，直到接受完服務(wù)才離去?；旌现平橛趽p失制和等待制之間，即既有排隊(duì)等待又有顧客損失。包含隊(duì)列長度有限和排隊(duì)等待時(shí)間有限這兩種情況，在限度以內(nèi)就排隊(duì)等待，超過一定限度就離去。3.服務(wù)機(jī)構(gòu)服務(wù)機(jī)構(gòu)的組成包括排隊(duì)系統(tǒng)中服務(wù)臺數(shù)量、排列方式和服務(wù)形式。服務(wù)臺數(shù)量又分為單服務(wù)臺和多服務(wù)臺；排列方式分為串聯(lián)與并聯(lián)形式；服務(wù)形式分為對單獨(dú)的顧客進(jìn)行服務(wù)和對成批顧客進(jìn)行服務(wù)。3.1.3排隊(duì)系統(tǒng)的數(shù)量指標(biāo)英國數(shù)學(xué)家肯德爾根據(jù)排隊(duì)系統(tǒng)的組成，提出用三個(gè)字母組成的符號A/B/C來表示排隊(duì)系統(tǒng)。A指顧客相繼到達(dá)間隔時(shí)間分布函數(shù)，B指服務(wù)時(shí)間分布函數(shù)，Ｃ指示服務(wù)臺數(shù)目。然而隨著排隊(duì)理論科學(xué)性地發(fā)展，1971年肯德爾又在這三個(gè)字母后面加了字母X，Y，Z，分別表示排隊(duì)系統(tǒng)的容量，顧客源的數(shù)量和服務(wù)規(guī)則，后來一些學(xué)者在前面兩個(gè)字母A，B的右上角標(biāo)符號表示每次到達(dá)幾個(gè)顧客和每次能服務(wù)幾個(gè)顧客。依據(jù)這種表示方法，一個(gè)完整的排隊(duì)模型可表示為：該系列字母表示的排隊(duì)系統(tǒng)中Ａ和Ｂ的分布有：M——負(fù)指數(shù)分布；D——確定型；——階愛爾朗分布；G——一般服務(wù)時(shí)間分布；GI——一般相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的時(shí)間間隔分布；表3.2排隊(duì)論字母指標(biāo)顧客按個(gè)為一批到達(dá)服務(wù)機(jī)構(gòu)服務(wù)機(jī)構(gòu)每次能給個(gè)顧客同時(shí)提供服務(wù)Ｃ服務(wù)機(jī)構(gòu)中服務(wù)臺的數(shù)量Ｘ系統(tǒng)容量限制Y顧客源數(shù)量限制，其默認(rèn)值為Z服務(wù)規(guī)則，默認(rèn)為先到先服務(wù)規(guī)則解排隊(duì)問題首先要求出這些數(shù)量指標(biāo)的概率分布或特征數(shù)。這些數(shù)量指標(biāo)如下表3.2。表3.2排隊(duì)論的數(shù)量指標(biāo)數(shù)量指標(biāo)數(shù)量指標(biāo)的意義排隊(duì)系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)顧客數(shù)目期望值，也稱為顧客單位時(shí)間內(nèi)的平均到達(dá)率排隊(duì)系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)服務(wù)機(jī)構(gòu)服務(wù)顧客數(shù)的期望值，也稱為單位時(shí)間內(nèi)服務(wù)機(jī)構(gòu)的服務(wù)效率排隊(duì)系統(tǒng)中平均顧客數(shù)目，也稱為平均隊(duì)長排隊(duì)系統(tǒng)中排隊(duì)等待接受服務(wù)的顧客數(shù)目顧客在排隊(duì)系統(tǒng)中的停留時(shí)間，也稱為平均停留時(shí)間顧客在排隊(duì)系統(tǒng)中排隊(duì)等待的時(shí)間，也稱為平均等待時(shí)間服務(wù)機(jī)構(gòu)連續(xù)繁忙時(shí)間，也稱平均忙期（顧客到達(dá)空閑服務(wù)機(jī)構(gòu)起，到服務(wù)機(jī)構(gòu)再次空閑止的時(shí)間）長度的數(shù)學(xué)期望服務(wù)設(shè)施用于服務(wù)顧客的時(shí)間與總服務(wù)時(shí)間的比值，也稱服務(wù)強(qiáng)度表達(dá)系統(tǒng)狀態(tài)的概率是計(jì)算以上指標(biāo)的基礎(chǔ)，所謂系統(tǒng)的狀態(tài)即指系統(tǒng)中顧客數(shù)也就是系統(tǒng)的狀態(tài)，系統(tǒng)中若有n個(gè)顧客，就代表系統(tǒng)的狀態(tài)是n，則n可能的取值有：（1）隊(duì)長沒有限制時(shí)，0,1,2,…,（2）隊(duì)長有限制，最大數(shù)為時(shí)，0,1,…,,（3）損失制，服務(wù)臺個(gè)數(shù)是時(shí)，0,1,…,。這些狀態(tài)的概率隨著時(shí)刻的變化而變化，因此在時(shí)刻系統(tǒng)狀態(tài)為的概率用表示，在穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)為的概率用表示。3.1.4M/M/C排隊(duì)模型本文主要采用的排隊(duì)模型來研究沿海港口航道通過能力。排隊(duì)模型是一種多服務(wù)臺的、船舶到達(dá)規(guī)律呈泊松分布、港口服務(wù)時(shí)長分布呈負(fù)指數(shù)的等待制排隊(duì)模型，這種排隊(duì)模型記為。在此模型中，有個(gè)并列服務(wù)臺，系統(tǒng)容量無限大，其排隊(duì)規(guī)則為單獨(dú)排隊(duì)，先到先服務(wù)。設(shè)到達(dá)率（單位時(shí)間內(nèi)顧客平均到達(dá)數(shù)）為，服務(wù)率（單位時(shí)間內(nèi)平均服務(wù)顧客數(shù)）為，系統(tǒng)的服務(wù)強(qiáng)度。此模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為： （3-1）解差分方程，求得系統(tǒng)狀態(tài)概率為： （3-2）此模型的數(shù)量指標(biāo)計(jì)算公式如下：航道等待船舶數(shù)量： （3-3）航道船舶數(shù)量： （3-4）船舶待航時(shí)間： （3-5）船舶在港作業(yè)時(shí)間： （3-6）3.2航道通過能力計(jì)算模型3.2.1港口船舶航行作業(yè)系統(tǒng)在港口航行作業(yè)系統(tǒng)中，航道是必不可少的組成部分，所以研究港口航道通過能力需要對港口航行作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行分析。REF_Ref199\r\h[14]港口的航行作業(yè)系統(tǒng)包括了錨地、航道和泊位等，從船舶到達(dá)錨地開始到船舶離開結(jié)束是一個(gè)連續(xù)完整的服務(wù)。船舶航行作業(yè)系統(tǒng)基于船舶航行作業(yè)的過程建立的，它由船舶開始進(jìn)入錨地經(jīng)過錨地的待泊，船舶航道內(nèi)航行，船舶泊位裝卸過程和船舶離開港口泊位四個(gè)過程組成。船舶在港口航行作業(yè)系統(tǒng)內(nèi)接受服務(wù)的全過程如圖3.2。圖3.SEQ圖\*ARABIC1船舶在港口航行作業(yè)系統(tǒng)內(nèi)全過程船舶在港口航行作業(yè)系統(tǒng)內(nèi)的整個(gè)作業(yè)過程分析如下：（１）船舶隨機(jī)到港后進(jìn)入錨地等待，若港口內(nèi)有合適的空閑泊位且滿足通航條件則駛?cè)牒降溃环駝t繼續(xù)在錨地等待，直到有合適的空閑泊位并且航道滿足通航條件后再駛?cè)牒降馈＃ǎ玻┐榜傠x航道，在回旋水域掉頭后進(jìn)行靠泊作業(yè)。（３）判斷船舶是否需要輔助作業(yè)（如裝卸設(shè)備、燃油與物料供應(yīng)、辦理文件以及拖船隊(duì)的編解作業(yè)等），完成系纜后并且開始裝卸作業(yè)。（４）當(dāng)船舶裝卸作業(yè)完成后，若航道滿足通航條件則解纜離開泊位并且掉頭駛?cè)牒降溃环駝t就繼續(xù)等待直至航道滿足通航條件。（５）船舶航道駛離港口，當(dāng)船舶到達(dá)港口泊位時(shí)泊位已經(jīng)停滿，到港船舶則需要依次排隊(duì)待泊。具體流程圖見圖3.3圖3.SEQ圖\*ARABIC2船舶航行作業(yè)流程圖3.2.2船舶到港規(guī)律及占用泊位時(shí)間分布1.船舶到港規(guī)律船舶到港規(guī)律一般分為定期到港和不定期到港。不定期到港具有在不重合的時(shí)間內(nèi)，船舶的到達(dá)數(shù)量是互相獨(dú)立的且只與這段不重合時(shí)間的長短有關(guān)聯(lián)。到達(dá)的船舶不會(huì)在同一時(shí)間出現(xiàn)，這些特征都是滿足泊松流的基本條件。而且，目前大部分學(xué)者通過對船舶到港情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析一致認(rèn)可大多數(shù)港口的船舶隨機(jī)到港規(guī)律可用泊松分布來描述。因此在本文的港口系統(tǒng)中，單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)港口的船數(shù)采用泊松分布。 （3-7）式中：—t時(shí)段到達(dá)n艘船的概率；—t時(shí)段內(nèi)平均到船率，即單位時(shí)間（通常取一天）內(nèi)平均到船數(shù)，單位（艘/日）。根據(jù)泊松過程的分布特性，在泊松過程中，相鄰兩次事件間的時(shí)間間隔是相互獨(dú)立且具有同分布的負(fù)指數(shù)概率密度。當(dāng)在港口航道船舶航行作業(yè)系統(tǒng)中隨機(jī)到達(dá)港口的船舶數(shù)量服從泊松分布時(shí)，船舶到港的間隔時(shí)間服從負(fù)指數(shù)分布，其數(shù)學(xué)期望為平均到港時(shí)間間隔T，也是平均到船率的倒數(shù)，記作。船舶占用泊位時(shí)間分布船舶占用泊位的時(shí)間通常是指船舶到達(dá)港口后靠泊，再進(jìn)行裝卸作業(yè)到離泊的總時(shí)間，船舶占用泊位時(shí)間的影響因素具有一定的隨機(jī)性，包括港口氣象條件、裝卸貨物量、裝卸效率、船舶裝載情況等。大量統(tǒng)計(jì)資料分析表明，船舶占用泊位時(shí)間大體上符合負(fù)指數(shù)分布。當(dāng)裝卸一艘船占用泊位為t天的概率符合負(fù)指數(shù)分布時(shí)： （3-8）當(dāng)裝卸一艘船占用泊位為ｔ天的概率符合愛爾朗分布時(shí)： （3-9）—平均裝卸船效率，一天內(nèi)裝卸的船數(shù)，單位（艘/日）；K—愛爾朗分布函數(shù)的階數(shù)。船舶在停泊時(shí)符合二階的愛爾朗分布分?jǐn)?shù)，即3.2.3航道通過能力的排隊(duì)論模型結(jié)合港口的生產(chǎn)管理和裝卸工藝的特點(diǎn)，利用排隊(duì)論的相關(guān)理論將港口在整個(gè)過程中航行作業(yè)系統(tǒng)看作一個(gè)隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)。船舶就是排隊(duì)系統(tǒng)中的顧客，泊位及航道就是排隊(duì)系統(tǒng)中服務(wù)機(jī)構(gòu)，錨地相當(dāng)于排隊(duì)系統(tǒng)中系統(tǒng)容量。對于進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)，航道和泊位是整個(gè)航行過程中的服務(wù)機(jī)構(gòu)，進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)中船舶隨機(jī)到港過程為輸入過程，由3.1.2的分析顯然得出船舶到港過程規(guī)律分布為泊松流，船舶在航道內(nèi)的航行時(shí)間與在航道泊位作業(yè)時(shí)間的總和為服務(wù)時(shí)間，航道內(nèi)的航行時(shí)間是一個(gè)定值，船舶占用泊位時(shí)間分布服從服務(wù)率為的負(fù)指數(shù)分布；對于出港排隊(duì)系統(tǒng)，只有航道作為服務(wù)機(jī)構(gòu)，服務(wù)時(shí)間就是船舶在航道內(nèi)的航行時(shí)間。則進(jìn)港、出港排隊(duì)系統(tǒng)服務(wù)隊(duì)長總和即對應(yīng)海港航道通過能力。進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)和出港排位系統(tǒng)的服務(wù)臺數(shù)量根據(jù)航道容量和泊位數(shù)量確定，顧客源數(shù)量和系統(tǒng)容量均無限大，服務(wù)規(guī)則為先到先服務(wù)，船舶按照先后到達(dá)順序進(jìn)入航道。綜上所述，選用模型作為進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)的分析模型。對于出港排隊(duì)系統(tǒng)，輸入過程為同上述模型參數(shù)相同的泊松過程，而服務(wù)時(shí)間僅為船舶在航道內(nèi)的航行時(shí)間，選用排隊(duì)模型作為出港排隊(duì)的分析模型。1.在船舶到達(dá)率港口服務(wù)率以及服務(wù)器數(shù)量全部確定后，選用排隊(duì)模型作為進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)的分析模型，則一天內(nèi)系統(tǒng)中船舶數(shù)量、等待船舶數(shù)量和接受服務(wù)的船舶數(shù)量為： （3-10）其中泊位全部空閑的概率： （3-11）船舶平均在港等待時(shí)間：從船舶到達(dá)時(shí)刻到開始接受全部服務(wù)所經(jīng)歷的時(shí)間： （3-12）船舶平均在港時(shí)間：從船舶到達(dá)時(shí)刻到接收全部服務(wù)所經(jīng)歷的時(shí)間： （3-13）2.選用排隊(duì)模型作為出港排隊(duì)系統(tǒng)的分析模型，對于出港排隊(duì)系統(tǒng)，船舶到達(dá)過程為船舶進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)的輸出過程，服從參照為（>0）的泊松流，且每艘船舶所需要的服務(wù)時(shí)間為船舶的航行時(shí)間，服務(wù)臺數(shù)C≥1。則一天內(nèi)系統(tǒng)中船舶數(shù)量、等待船舶數(shù)量和接受服務(wù)的船舶數(shù)量為： （3-14）其中： （3-15）船舶待航時(shí)間： （3-16）船舶在港作業(yè)時(shí)間： （3-17）以上各式中：—港口服務(wù)率（艘/天）C—服務(wù)器數(shù)量—系統(tǒng)船舶數(shù)量—系統(tǒng)等待船舶數(shù)量—系統(tǒng)接收服務(wù)船舶數(shù)量—服務(wù)強(qiáng)度，—航道內(nèi)沒有船舶的概率—船舶平均在港等待時(shí)間—船舶平均在港時(shí)間

4洋山港主航道通過能力分析4.1洋山港主航道概況海洋山深水港位于\t"/item/%E6%B4%8B%E5%B1%B1%E6%B7%B1%E6%B0%B4%E6%B8%AF/_blank"杭州灣口外的崎嶇列島，由小洋山島域、東海大橋、\t"/item/%E6%B4%8B%E5%B1%B1%E6%B7%B1%E6%B0%B4%E6%B8%AF/_blank"洋山保稅港區(qū)組成，于2005年12月10日開港，在業(yè)務(wù)上屬于\t"/item/%E6%B4%8B%E5%B1%B1%E6%B7%B1%E6%B0%B4%E6%B8%AF/_blank"上海港港區(qū)，行政區(qū)劃屬于浙江省舟山市的嵊泗縣。洋山港港區(qū)規(guī)劃總面積超過25平方公里，包括東、西、南、北四個(gè)港區(qū)，洋山深水港位于杭州灣口、長江口外的浙江省嵊泗崎嶇列島，由大、小洋山等數(shù)十個(gè)島嶼組成，是中國首個(gè)在海島建設(shè)的港口，也是距上海最近的深水港。主港區(qū)西北距上海市南匯區(qū)蘆潮港30km（16.2nmile），其最西北端的小烏龜島（2.16nmile）距蘆潮港僅27.5km（14.85nmile）。大洋山地理概位30°34′58″N、122°04′19″E，距小洋山4km（2.16nmile）。小洋山與蘆潮港間建有雙向6車道大橋（東海大橋），大橋全長32.5公里，是連接上海國際航運(yùn)中心洋山深水港的交通大動(dòng)脈，也是全港水、點(diǎn)和通訊管線的唯一載體。臨港沿線北起大治河口31°00′N，西至杭州灣北岸121°40′E沿岸，岸線總長56.6公里，共有碼頭6個(gè)，水閘4個(gè)，沿岸包含南匯嘴觀海公園等公共設(shè)施，范圍廣、種類多，監(jiān)管難度相對較大。洋山港區(qū)及附近水域還處在建設(shè)發(fā)展期，海上工程多，如水上風(fēng)電場建設(shè)、碼頭水工作業(yè)等。洋山港客運(yùn)航線分布于小洋山與嵊泗、舟山各島嶼間，共有航線12條，各類運(yùn)營船舶42艘；目前，洋山港共有碼頭單位13家，泊位67個(gè)。REF_Ref32751\r\h[18]4.1.1航道洋山港主航道從黃澤洋燈船延伸至深水港區(qū)上海盛東國際集裝箱碼頭NO.9泊位前沿水域，是大型船舶進(jìn)出洋山港的專用航道。航道長51.1km（27.6n.m.），設(shè)計(jì)水深16.5m，航道寬度550~1000m。以中心點(diǎn)30°33′.57N/122°11′.48E為圓心，3.704km（2.0n.m.）為半徑的水域?yàn)檠笊礁壑骱降谰鋮^(qū)，進(jìn)出洋山港的東西向大型船舶交通流與經(jīng)過金山航道的南北向船舶交通流在警戒區(qū)內(nèi)交匯。洋山港主航道附近島嶼眾多，航道邊界緊鄰島礁區(qū)，與多股船舶交通流縱向交匯。洋山港區(qū)主航道及附近水域可分為5段，如下圖4.1圖4.1洋山港主航道4.1.2泊位目前，洋山港已建的集裝箱碼頭為一、二、三期工程，其中一期工程布置5個(gè)5~10萬噸級泊位，二期工程布置4個(gè)7~10萬噸級泊位，三期布置7個(gè)7~15萬噸級泊位。詳見表4.1表4.1洋山港集裝箱泊位情況統(tǒng)計(jì)碼頭名稱靠泊能力長度實(shí)際前沿水深洋山一期集裝箱泊位（5個(gè)）7-10萬噸320米-16米洋山二期集裝箱泊位（4個(gè)）7-10萬噸350米-16米洋山三期集裝箱1、2泊位7-15萬噸400米-16米洋山三期集裝箱3泊位7-15萬噸450米-16米洋山三期集裝箱4-6泊位7-15萬噸350米-16米洋山三期集裝箱7泊位7-15萬噸300米-16米4.2洋山港船舶到港統(tǒng)計(jì)分析根據(jù)洋山港海事局VTS系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，選取2013年洋山港進(jìn)出港船舶類型的數(shù)據(jù)如表4.2所示表4.22013年洋山港進(jìn)出港船舶類型數(shù)據(jù)船舶噸位99噸以下100~499總噸500~999總噸1000~2999總噸3000~9999總噸10000~49999總噸50000總噸及以上進(jìn)出港艘次2810905087155553120787297所占比例（%）0.184.602.1430.2122.358.7730.81表4.3中國船舶換算系數(shù)船舶總噸位（噸）船長（m）換算系數(shù)100以下30以下0.25100~50030~500.5500~300050~9013000~600090~1151.186000~10000115~1351.4110000~15000135~1551.715000~20000155~170220000~30000170~1952.2530000~40000195~2152.540000~60000215~2463600000以上246以上4洋山港主航道日平均流量達(dá)64.90艘次，進(jìn)出洋山港的主要船型為國際干線集裝箱船和內(nèi)支線集裝箱船，日平均流量分別為23.98和34.13艘次；其他船舶多數(shù)為占用主航道行駛的中小型貨船和漁船，占總流量70%以上。2013年主航道全年交通流量統(tǒng)計(jì)數(shù)量見表4.4表4.4洋山港主航道交通流量統(tǒng)計(jì)船舶類型國際航行集裝箱船舶內(nèi)支線集裝箱船舶油船LNG船舶其他船舶合計(jì)上行船舶/艘次6203431722123834913119下行船舶/艘次4314409118593327110568總計(jì)10517840840717162023687日平均/艘次28.8122.04064.90結(jié)合表4.2和表4.3的數(shù)據(jù)可確定洋山港主航道標(biāo)準(zhǔn)船的船長：L=0.18%×15+4.60%×40+32.35%×70+22.35%×112.5+8.77%×182.5+30.81%×315=162.6425≈163根據(jù)表4.4中2013年全年的進(jìn)出港船舶到港數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，其中主要為集裝箱船舶和內(nèi)支線集裝箱船舶，依據(jù)集裝箱船設(shè)計(jì)船型尺度的規(guī)定，將進(jìn)出洋山港的標(biāo)準(zhǔn)船型定為船長約為163米的15000噸級船舶。4.3洋山港通過能力計(jì)算4.3.1參數(shù)取值（1）船舶到達(dá)率船船到達(dá)率是指一年內(nèi)船舶的平均到港情況。根據(jù)表4.4統(tǒng)計(jì)2013年洋山港到港船舶數(shù)量為23687艘次，平均每天到港船舶為64.90艘/天，則船舶到達(dá)率為65艘/天。港口服務(wù)率洋山港主航道從黃澤洋燈船延伸至深水港區(qū)上海盛東國際集裝箱碼頭NO.9泊位前沿水域，是大型船舶進(jìn)出洋山港的專用航道。航道長51.1km（27.6n.m.），設(shè)計(jì)水深16.5m，航道寬度550~1000m。本文按12節(jié)航行速度，船舶在航道中的航行時(shí)間=2.3h=0.096d。根據(jù)集裝箱船設(shè)計(jì)船型尺度標(biāo)準(zhǔn)，可確定15000噸級的集裝箱船的載箱量約為1900TEU。已知洋山港現(xiàn)有集裝箱專用泊位16個(gè)，具體見表4.1，集裝箱裝卸橋吊共62臺，裝卸橋平均每小時(shí)裝卸50TEU。根據(jù)靠港集裝箱船的大小以及在港口裝卸箱的多少，安排2-6臺裝卸橋同時(shí)對其進(jìn)行裝卸作業(yè)，本文選擇6臺裝卸橋同時(shí)作業(yè)取單個(gè)裝卸橋作用效率的90%。則洋山港泊位作業(yè)時(shí)間（裝卸時(shí)間），則洋山港主航道船舶進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)的港口服務(wù)率，同理洋山港主航道船舶出港排隊(duì)系統(tǒng)的港口服務(wù)率為。服務(wù)臺數(shù)量C在4.2節(jié)已確定洋山港主航道的標(biāo)準(zhǔn)船型為15000噸級的集裝箱船，按照表4.5船舶換算系數(shù)表對15000噸級的集裝箱船進(jìn)行換算，得到洋山港一、二、三期泊位噸級換算表4.5。表4.5洋山港一、二、三期泊位噸級換算表碼頭名稱靠泊能力換算系數(shù)洋山一期集裝箱泊位（5個(gè)）7-10萬噸2.35洋山二期集裝箱泊位（4個(gè)）7-10萬噸2.35洋山三期集裝箱1、2泊位7-15萬噸2.35洋山三期集裝箱3泊位7-15萬噸2.35洋山三期集裝箱4-6泊位7-15萬噸2.35洋山三期集裝箱7泊位7-15萬噸2.35合計(jì)42.3根據(jù)上表的計(jì)算確定泊位的標(biāo)準(zhǔn)船型的船舶容量為=42，即為泊位所能提供的服務(wù)臺的個(gè)數(shù)。根據(jù)航道的面積S=L×W，參照4.1.1節(jié)洋山港主航道長51.1km（27.6海里），航道寬度550~1000m（取為775m=0.418海里），得到主航道的面積S=11.54平方海里。本文選取洋山港主航道的標(biāo)準(zhǔn)船型為162米15000噸級的集裝箱船，該船舶長軸長，短軸長。利用藤井模型計(jì)算出航道容量=67.74 （4-1）式中：—航道容量L—航道的長度W—航道的寬度—最大船舶密度航道容量充足時(shí)，服務(wù)臺數(shù)量受限于泊位數(shù)量，由上述計(jì)算結(jié)果得出洋山港主航道航道容量充足，故服務(wù)臺數(shù)量受泊位數(shù)量限制，最終可得洋山港排隊(duì)系統(tǒng)服務(wù)臺數(shù)量為C=42。4.3.2非突發(fā)事件下的航道通過能力計(jì)算結(jié)果利用排隊(duì)論模型，將上述船舶到達(dá)率，港口服務(wù)率以及服務(wù)臺數(shù)量代入排隊(duì)論模型進(jìn)行計(jì)算，通過運(yùn)行軟件MATLAB，得到港口的航道通過能力以及船舶在港口航道航行的重要參數(shù)。如下表4.4表4.4洋山港主航道排隊(duì)論計(jì)算表參數(shù)進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)出港排隊(duì)系統(tǒng)船舶到達(dá)率6544.9895港口服務(wù)率1.46610.417服務(wù)臺數(shù)量c4242一天內(nèi)系統(tǒng)船舶數(shù)量48.173148.1731等待船舶數(shù)量3.83480.0000接受服務(wù)船舶數(shù)量44.33834.6245船舶待航時(shí)間0.05900.0000船舶在港作業(yè)時(shí)間0.68210.0000由此表可知，在洋山港主航道進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)中，一天內(nèi)接受服務(wù)的船舶數(shù)量為=48.17艘/天，在船舶進(jìn)港過程中航道通過能力受到泊位數(shù)量的限制、航道尺度、船舶噸位和航速的影響，因此計(jì)算出航道內(nèi)正在接受服務(wù)船舶的數(shù)量是有必要的。在進(jìn)港過程中，正在接受服務(wù)的船舶包括了正在航道內(nèi)航行的船舶和泊位中正在進(jìn)行裝卸作業(yè)的船舶。結(jié)合兩者服務(wù)時(shí)間的不同，可以求得進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)中接收服務(wù)的船舶數(shù)量在泊位中的分布為=44.34艘/天，出港排隊(duì)系統(tǒng)中正在接受服務(wù)的船舶數(shù)量為=4.62艘/天，則瞬時(shí)交通流量為Q=48.96艘/天。洋山港主航道的通過能力為48.17艘/天。4.3.2突發(fā)事件下的航道通過能力分析若水域突發(fā)事件發(fā)生在相鄰航道，對其航道、港口及通航設(shè)施造成影響，導(dǎo)致其不同程度的作業(yè)停滯，原本計(jì)劃靠泊鄰近泊位的部分船只可能為了規(guī)避船舶等待成本增加的風(fēng)險(xiǎn)而分流至本航道泊位，分流的船只數(shù)量視突發(fā)事件的破壞程度而有所不同。本文將突發(fā)事件分成四個(gè)等級，各對應(yīng)的分流程度為使本航道日到港船舶數(shù)量分別增加25％、50％、75%、100%，而其他條件不變，對比分析不同情況下航道排隊(duì)情況，從而研究港口水域發(fā)生突發(fā)事件對航道通過能力。不同突發(fā)事件等級下航道排隊(duì)情況如下表4.5表4.5到港船舶數(shù)量增加25%參數(shù)進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)出港排隊(duì)系統(tǒng)船舶到達(dá)率8155.8926港口服務(wù)率1.46610.417服務(wù)臺數(shù)量c4242一天內(nèi)系統(tǒng)船舶數(shù)量59.05215.6688等待船舶數(shù)量3.79970.0000接受服務(wù)船舶數(shù)量55.25245.6688船舶待航時(shí)間0.04690.0000船舶在港作業(yè)時(shí)間0.68210.0000表4.6到港船舶數(shù)量增加50%參數(shù)進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)出港排隊(duì)系統(tǒng)船舶到達(dá)率9766.8070港口服務(wù)率1.46610.417服務(wù)臺數(shù)量c4242一天內(nèi)系統(tǒng)船舶數(shù)量69.94286.7143等待船舶數(shù)量3.77640.0000接受服務(wù)船舶數(shù)量66.16646.7143船舶待航時(shí)間0.03890.0000船舶在港作業(yè)時(shí)間0.68210.0000表4.7到港船舶數(shù)量增加75%參數(shù)進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)出港排隊(duì)系統(tǒng)船舶到達(dá)率11478.4港口服務(wù)率1.46610.417服務(wù)臺數(shù)量c4242一天內(nèi)系統(tǒng)船舶數(shù)量81.52157.8258等待船舶數(shù)量3.75890.0000接受服務(wù)船舶數(shù)量77.76267.8258船舶待航時(shí)間0.03300.0000船舶在港作業(yè)時(shí)間0.68210.0000表4.8到港船舶數(shù)量增加100%參數(shù)進(jìn)港排隊(duì)系統(tǒng)出港排隊(duì)系統(tǒng)船舶到達(dá)率13089.3329港口服務(wù)率1.46610.417服務(wù)臺數(shù)量c4242一天內(nèi)系統(tǒng)船舶數(shù)量92.42358.8724等待船舶數(shù)量3.74680.0000接受服務(wù)船舶數(shù)量88.67678.8724船舶待航時(shí)間0.02880.0000船舶在港作業(yè)時(shí)間0.68210.0000根據(jù)表4.4-4.8，可得到不同程度的突發(fā)事件下，到港船舶數(shù)量不同程度地變化時(shí)，船舶瞬時(shí)交通流量Q的變化具體值，通過前文2.2.3節(jié)的敘述可知，單位時(shí)間內(nèi)通過航道的特定航段或者是某一個(gè)截面的最大船舶艘次數(shù)叫做船舶瞬時(shí)交通流量Q。計(jì)算其到港船舶數(shù)量的增長率和洋山港主瞬時(shí)交通量的增長率，如下表4.9表4.9洋山港航道通過能力變化指標(biāo)船舶到達(dá)率65.00000081.00000097.000000114.000000130.000000Q48.96280960.92120672.88073785.58843597.549041?16.00000016.00000017.00000016.000000?Q11.95839811.95953112.70769811.960606?Q/?（‰）747.400747.471747.512747.53848.173159.052169.942881.512592.4235Q/(飽和度）1.01641.03171.04201.04991.0555根據(jù)此表繪制關(guān)于瞬時(shí)交通量Q隨著船舶到達(dá)率的變化量曲線與變化率曲線，由于瞬時(shí)交通量Q變化率不明顯，故在繪圖時(shí)選用小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)據(jù)，以便更為明顯地體現(xiàn)出規(guī)律和趨勢，如圖4.2和圖4.3。根據(jù)此表繪制關(guān)于航道通過能力飽和度隨著船舶到達(dá)率的變化量曲線與變化率曲線，如圖4.4和圖4.5。圖4.2瞬時(shí)交通量變化趨勢圖4.3瞬時(shí)交通變化率趨勢由圖4.2可得，隨著分流程度的增大，船舶到港數(shù)量的增加從而導(dǎo)致船舶到達(dá)率的增加，同時(shí)瞬時(shí)交通量顯著增加并與船舶到達(dá)率成線性的正相關(guān)，在95%的置信區(qū)間內(nèi)可以擬合為：Q=0.7475*+0.3756。由圖4.3可得，隨著分流程度的增大，船舶到港數(shù)量的增加從而導(dǎo)致船舶到達(dá)率的增加，同時(shí)瞬時(shí)交通量Q的變化速率也增加，擬合后瞬時(shí)交通量Q的增加速率隨著船舶到達(dá)率的增大逐漸放緩，擬合后呈現(xiàn)平滑參數(shù)為0.0020037819的平滑樣條曲線。圖4.4航道飽和度變化趨勢由圖4.4可得，隨著分流程度的增大，船舶到港數(shù)量的增加從而導(dǎo)致船舶到達(dá)率上升，同時(shí)航道飽和度S顯著增加并與船舶到達(dá)率成線性的正相關(guān)，在95%的置信區(qū)間內(nèi)可以擬合為：S=0.0005907*+0.9816。由圖4.3可得，隨著分流程度的增大，船舶到港數(shù)量的增加從而導(dǎo)致船舶到達(dá)率上升，航道飽和度的變化率逐漸減小且呈線性的負(fù)相關(guān)，在95%的置信區(qū)間內(nèi)可以擬合為：飽和度的變化率=-0.01219*+1.889。4.3.3洋山港主航道通過能力的結(jié)果分析從上述結(jié)果中可以分析出，若水域突發(fā)事件發(fā)生在相鄰航道，對其航道、港口及通航設(shè)施造成影響，導(dǎo)致其不同程度的作業(yè)停滯，原本計(jì)劃靠泊鄰近泊位的部分船只可能為了規(guī)避船舶等待成本增加的風(fēng)險(xiǎn)而分流至本航道泊位，同的分流程度對相鄰港口的航道通過能力產(chǎn)生不同程度影響。隨著分流到洋山港的船舶數(shù)量的增加，同時(shí)船舶到達(dá)率也升高，與瞬時(shí)交通量Q呈線性的正相關(guān)。但隨著船舶到達(dá)率的升高，其對瞬時(shí)交通量Q變化率的影響卻越來越小。也就是說，當(dāng)其他條件一定時(shí)，隨著船舶到達(dá)率的升高，瞬時(shí)交通量Q會(huì)升高，但升高的速度會(huì)越來越慢。通過對洋山港航道通過能力飽和度結(jié)果的分析（表4.9），洋山港在非突發(fā)和突發(fā)狀態(tài)下的航道通過能力的飽和度均在1<S<1.1的范圍內(nèi)，按照港口航道通過能力飽和度評價(jià)指標(biāo)體系，處于過飽和的狀態(tài)，表明洋山港主航道的服務(wù)水平仍有較大提升空間。結(jié)合全文分析，為了確保船舶的航行安全，保持航道的服務(wù)水平，對洋山港的航道規(guī)劃和發(fā)展提出以下建議：航道內(nèi)船舶等待數(shù)量與通航時(shí)間成正比，因此在保障安全航行的條件下應(yīng)減少超船舶在航時(shí)間，減少航道內(nèi)船舶和阻塞時(shí)間從而減緩擁堵情況。在同一航道條件下，如果運(yùn)輸船舶構(gòu)成不同，表現(xiàn)出的航道通過能力也會(huì)有所不同。因此優(yōu)化船舶結(jié)構(gòu)來提高航道通過能力是有必要的，例如逐步統(tǒng)一化通航船舶。船舶在航道上運(yùn)行時(shí)通常由于通航尺度等通航條件的限制，使航道潛在的通過能力不能得到充分發(fā)揮，這就需要采取工程措施來改善航道條件，例如擴(kuò)寬航道深度和寬度，提高航道在各種情況下的通過能力。

5結(jié)論與展望港口航道通過能力指在船舶能夠在安全環(huán)境航行的情況下，在一定時(shí)間內(nèi)通過某一航道的最大船舶艘次數(shù)，能夠體現(xiàn)出航道疏導(dǎo)水路交通的能力。在港口水域發(fā)生突發(fā)事件的情況下，對港口航道通過能力進(jìn)行系統(tǒng)性和科學(xué)性的研究，有助于解決航道中船舶因素和設(shè)施條件的不足，提高通航的安全性和高效性，促進(jìn)港口航運(yùn)交通的可持續(xù)發(fā)展。本文以上海洋山深水港為研究對象，隨著洋山港雙向航道的