基于排队论的港口航道通过能力仿真研究

摘要

港口航道通过能力的计算是沿海港口航道规划建设的重要课题。确定一个科学、准确的计算分析方法能提高泊位装卸效率，降低船舶待泊成本。然而港口航道通过能力的计算具有随机因素多，船舶密度通常比较大，航道情况复杂多变等情况，因此采用传统的经验公式计算港口航道通过能力在准确性上还不成熟。本文引入排队论和离散仿真思想能够较真实、准确解决港口航道通过能力计算问题。
　　首先，介绍排队论相关基础理论和计算公式，详细阐述M/M/C排队模型，对该模型中排队系统平均到达率、服务机构服务率、平均队长、平均等待队长、顾客等待时间和逗留时间公式进行推导。同时介绍离散系统仿真理论，将上述排队论计算指标用于港口航道仿真建模中。
　　其次，仿真建模开始阶段提出港口航道通过能力的概念并分析其影响因素，修正了航道容量计算公式，以便计算仿真过程服务台数量。仿真实现阶段重点分析船舶到港规律和船舶在泊停时规律，利用离散仿真软件Rockwell Arena中的Input Analyzer验证船舶平均到达率服从泊松分布，修正船舶在泊停时服从二阶爱尔朗分布。然后，借助Arena软件可视化交互集成的特性，将其中的流程模块(Flowchart Module)、数据模块(Data Module)、实体(Entity)数据，队列(Queue)数据和资源(Resource)数据依据港口航道作业系统逻辑图构建港口航道通过能力仿真模型，分析船舶到达时间间隔，船舶等待时间，船舶等待长度以及泊位利用率，并通过MATLAB绘制它们之间的关系图，为航道规划、改扩建提供依据。
　　最后，将构建的港口航道通过能力仿真模型在具体港口常熟港进行应用分析。同时计算出评价港口航道通过能力的各项参数和港口服务水平(AWT/AST)，所建立的仿真模型可以实现动态的改变船舶到达规律，以期得到最佳航道容量和泊位利用率。并且模型输出结果和港口实际统计资料对比，证明本文利用排队论思想建立的仿真模型具有较好的真实性和准确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题选题背景和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 内河航道通过能力研究现状

1．2．2 港口航道通过能力研究成果

1．3 本文的研究方法和研究内容

第2章 排队论和离散系统仿真理论

2．1 排队论基本理论

2．1．1 排队论概述

2．1．2 排队系统

2．1．3 排队系统计算公式

2．2 离散事件仿真理论

2．2．1 系统仿真

2．2．2 离散系统仿真

2．2．3 离散系统仿真建模

2．3 本章小结

第3章 港口航道通过能力的仿真模型

3．1 港口航道通过能力概念

3．1．1 交通流

3．1．2 船舶领域和航道容量

3．1．3 港口航道通过能力概念

3．1．4 港口航道通过能力的影响因素

3．2 港口航道通过能力仿真模型的构建

3．2．1 船舶航行作业系统

3．2．2 航行作业系统组成

3．2．3 船舶到港规律及占用泊位时间分布

3．2．4 港口航道通过能力仿真模型

3．3 本章小结

第4章 港口航道通过能力仿真模型的应用

4．1 常熟港航道概况

4．2 船舶到港的统计分析

4．3 常熟港航道通过能力计算

4．3．1 排队论公式计算

4．3．2 仿真计算港口航道通过能力

4．4 结论分析

4．4．1 常熟港航道通过能力计算结果

4．4．2 常熟港航道服务水平分析

4．4．3 提高港口航道通过能力其他措施

4．4．4 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

附录

致谢

作者简介