考慮時(shí)間因素的錨地規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

于磊

摘 要：隨著進(jìn)港船舶的數(shù)量不斷增加，港口錨地如今面臨巨大的考驗(yàn)，越來越多的船舶到港錨泊作業(yè)，使得港口錨地空間緊張。因此提高錨地的利用率，最大化錨地使用面積以容納更多的船舶的錨位分配問題變得尤為重要。合理的錨位分配可以提高錨地的有效利用面積，降低海上交通擁堵。通過構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系定量分析錨地使用狀況，同時(shí)引入時(shí)間因素使錨地規(guī)劃問題更貼合實(shí)際。

關(guān)鍵詞：錨地規(guī)劃;錨固圓;評(píng)價(jià)指標(biāo)

中圖分類號(hào)：U651 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2020）07-0091-03

隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展，如今國內(nèi)港口的吞吐量不斷增加，海上交通擁堵情況日益嚴(yán)重。錨地作為緩解海上交通擁堵以及提升海運(yùn)質(zhì)量的重要區(qū)域，其使用情況對(duì)錨泊船舶的錨泊安全、錨地附近航行船舶的安全、港口運(yùn)營效率、海事的安全監(jiān)管等有著至關(guān)重要的作用。由于目前部分港口仍存在錨地利用率低、錨地安全性差的問題，造成錨地資源浪費(fèi)，而且嚴(yán)重影響了進(jìn)出錨地的船舶以及錨地附近其他正常航行船舶的航行安全。

在之前的研究中，F(xiàn)an[1]等提出了一種可應(yīng)用于一般錨地的錨地容量模型。Huang[2]等提出了利用仿真以及MHDF-WALLPACK方法對(duì)錨地進(jìn)行規(guī)劃。Oz[3]等在Huang的研究基礎(chǔ)上引入多目標(biāo)優(yōu)化進(jìn)一步分析該問題。

本文以港口內(nèi)的錨地區(qū)域作為主要的研究對(duì)象，在查閱國內(nèi)外學(xué)者的研究成果后，充分考慮了影響錨地空間利用率以及錨地安全性的因素[4-5]，對(duì)錨地評(píng)估指標(biāo)體系進(jìn)行了構(gòu)建，旨在提高錨地的利用率的同時(shí)減少錨地安全隱患，降低錨泊風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)錨地區(qū)域進(jìn)行合理規(guī)劃。

1 錨地規(guī)劃以及錨點(diǎn)規(guī)劃

1.1問題描述

錨地是指在港口區(qū)域，專為船舶提供停泊、避風(fēng)、海關(guān)檢查、過境檢疫、裝卸作業(yè)的水域，也稱為錨泊地、泊地。根據(jù)錨地形狀，可以將錨地簡化成多邊形水域空間，如下圖為三種簡化后的錨地

在船舶到港后，根據(jù)船舶需求以及錨地使用情況，由港口為船舶提供錨泊區(qū)域，即按照一定的錨地規(guī)劃策略，為到港船舶指定相應(yīng)的錨泊位置。為減少船舶在錨地內(nèi)的航行距離，降低船舶之間的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，部分港口要求船舶按照與錨地的進(jìn)入側(cè)相垂直的路線，參照指定的錨泊位置，由錨地入口駛?cè)脲^地，離開時(shí)按照相同路線駛出錨地。而在船舶進(jìn)入錨地后，多采用拋單錨的錨泊方式。由于可能會(huì)受到的風(fēng)、浪、潮汐等影響，同一艘船舶在相同的錨點(diǎn)拋錨，其在錨地中的位置也可能不同。同時(shí)在上述條件的影響下，隨著時(shí)間的推移，船舶在錨地中可能圍繞著錨點(diǎn)緩慢移動(dòng)。因此在單錨的錨泊方式下，每艘船舶在錨地中的錨泊區(qū)域如圖，可以將其看作是以錨點(diǎn)為圓心的錨固圓，其半徑R通常采取以下計(jì)算方法：

因此錨地的規(guī)劃可以看作是在固定的港口錨地區(qū)域內(nèi)，向錨地內(nèi)配置更多的錨固圓，即在錨地中停泊更多的船舶的問題。

1.2到港船舶錨點(diǎn)規(guī)劃

2 錨地評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建原則與影響因素

2.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

指標(biāo)體系構(gòu)建是由若干存在內(nèi)在聯(lián)系的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)組成的，以研究內(nèi)容為目的的體系構(gòu)建過程。在構(gòu)建指標(biāo)體系的過程中應(yīng)遵循以下原則：

（1）目的性原則，即指標(biāo)體系的設(shè)計(jì)建立以評(píng)價(jià)目標(biāo)為中心，有確定的評(píng)價(jià)目的，以達(dá)到評(píng)價(jià)指標(biāo)的切實(shí)性;

（2）科學(xué)性原則，即選擇指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)體系時(shí)完全依照科學(xué)依據(jù)，以確保指標(biāo)的真實(shí)性、客觀性，保證指標(biāo)的可信性;

（3）整體性原則，即指標(biāo)體系的構(gòu)建過程中要考慮到研究內(nèi)容的各個(gè)方面，從各個(gè)角度體現(xiàn)研究對(duì)象的狀況與特征;

（4）客觀性原則，保證指標(biāo)選擇的客觀性;

（5）可操作性原則，即在保證評(píng)價(jià)指標(biāo)精度的情況下，評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)定義明確、概念清楚，便于數(shù)據(jù)的收集以及評(píng)價(jià)尺度的確立;

（6）定性與定量相結(jié)合原則，在對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行定性分析的基礎(chǔ)上，對(duì)研究內(nèi)容盡可能地進(jìn)行量化分析，達(dá)到定量和定性相結(jié)合。

2.2錨地使用情況的影響因素

錨地的使用情況及安全隱患等影響因素包括很多，本文在遵循客觀性與科學(xué)性的基礎(chǔ)上列舉了以下幾個(gè)因素：

（1）自然條件。受到自然環(huán)境的影響，船舶停泊在錨地中的位置是一個(gè)不斷變化的動(dòng)態(tài)過程，同時(shí)自然環(huán)境也會(huì)對(duì)進(jìn)港船舶的行駛操作難度帶來一定影響。常見的影響錨地使用的自然條件包括風(fēng)、潮流、浪等。

（2）船舶密度。船舶密度為在某一時(shí)間，單位水域面積內(nèi)停泊的船舶數(shù)量。船舶密度在一定程度上反映出了港口錨地的擁擠狀況與使用情況，也反映出港口內(nèi)錨地的利用率。

（3）船舶航行距離。船舶航行距離為船舶到港后在行駛至港口指定的錨泊位置的過程中所需要經(jīng)過的航行距離。船舶的航行距離越長，可能要經(jīng)過的已在錨地中停泊的船舶越多，碰撞風(fēng)險(xiǎn)越大。

（4）錨地有效使用面積。錨地有效使用面積是指錨地停泊船舶的面積。錨地的有效利用面積在錨地滿載時(shí)可以反映出錨地的利用率。

（5）船舶間距。船舶間距為港口錨地的某一錨泊船與距離其最近的另一艘錨泊船之間的距離。船舶間距影響錨地內(nèi)的安全系數(shù)，船舶間距越大，錨地安全系數(shù)越高。

（6）船舶類型。船舶類型主要包括集裝箱船，散貨船、客船以及危險(xiǎn)品船等，船舶類型在一定程度上影響錨泊船對(duì)錨地帶來的安全隱患。

3 錨地評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇

3.1時(shí)間因素對(duì)錨地的影響

在以往的研究中，通常將錨地規(guī)劃過程假設(shè)為一個(gè)不斷有船舶進(jìn)入不考慮船舶離開的過程，而在實(shí)際中的錨地規(guī)劃問題中，船舶在錨地內(nèi)的停泊時(shí)間是有限的，在新船到港的同時(shí)也不斷地有船舶離港，因此本文將時(shí)間因素代入錨地規(guī)劃問題，在對(duì)錨地的規(guī)劃中每一艘船舶的錨點(diǎn)選擇都可能會(huì)對(duì)即將離港的船舶以及后續(xù)到港船舶產(chǎn)生影響。

時(shí)間因素的引入對(duì)于錨地規(guī)劃的合理性及現(xiàn)實(shí)性都具有十分重要的意義。

3.2錨地規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)

結(jié)合指標(biāo)體系的構(gòu)建原則、錨地使用情況的影響因素以及錨地規(guī)劃方法，本文將從安全性和錨地利用率兩個(gè)方向共三個(gè)指標(biāo)構(gòu)建錨地規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.2.1錨地利用率

錨地利用率是指當(dāng)錨地達(dá)到承載上限狀態(tài)，即無法再容納任何規(guī)模的船舶時(shí)，錨地內(nèi)所有錨泊船的錨固圓面積之和與錨地面積之比。該指標(biāo)可以有效分析錨地的規(guī)劃情況，即錨地利用率越高，對(duì)錨位的分配越合理，錨地的有效利用程度越高。錨地利用率公式如下：

式中N為船舶總數(shù);Si為船舶i的錨固圓面積;SA為錨地總面積。

3.2.2平均有效面積利用率

該指標(biāo)是指平均每艘船所占有的有效錨固面積，可以有效衡量錨地規(guī)劃的過程中對(duì)錨地區(qū)域的利用程度。與錨地利用率不同的是該指標(biāo)無須滿足錨地達(dá)到承載上限，可以在任何情況下對(duì)錨地規(guī)劃策略進(jìn)行分析。公式如下：

式中SAE為錨地有效面積;j為錨地中當(dāng)前船舶數(shù)量;N為船舶總數(shù)。

錨地有效面積為包含所有錨固圓的最小區(qū)域邊界面積。

3.2.3平均錨泊經(jīng)過系數(shù)

該指標(biāo)為平均每艘船舶到達(dá)自己的指定錨點(diǎn)所需要穿過的錨固圓數(shù)量。

如圖3從左至右三艘船的錨泊經(jīng)過系數(shù)分別為3，1，0。

qj為第j艘船到達(dá)指定錨泊位置所需要經(jīng)過的船舶數(shù)

3.2.4 平均離港船舶經(jīng)過系數(shù)

由于引入時(shí)間因素，船舶會(huì)在時(shí)間到達(dá)后離開錨地，因此對(duì)于每一艘新到港船舶，其駛?cè)胫付ㄥ^點(diǎn)后可能對(duì)其他船舶的離開操作難度產(chǎn)生影響。因此引入離港船舶經(jīng)過系數(shù)，即其他船舶在駛出時(shí)經(jīng)過該船的次數(shù)。

qj為駛出錨地時(shí)經(jīng)過第i艘船的船舶數(shù)。

4 結(jié)論與展望

本文分別從錨地利用率和安全性兩個(gè)方面構(gòu)建了錨地規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為錨地規(guī)劃的合理性以及科學(xué)性提供了量化分析思路，對(duì)減少錨地的安全隱患，提高錨地的有效利用具有十分重要的意義。同時(shí)在錨地的規(guī)劃策略上還有很大的研究空間，在之后的工作研究中可以在此基礎(chǔ)上對(duì)錨地規(guī)劃策略進(jìn)行補(bǔ)充研究，該問題將作為筆者今后的重點(diǎn)研究方向。

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