摘 要

随着航运业的飞速发展，船舶尺寸和性能趋向于大型化、高速化，受限航道数量也不断增加。航道交通效率低下以致出现交通拥挤的现象时有发生，交通调度涉及的状况也越来越复杂。为了减少交通拥挤，提高船舶交通效率，提供更加简单的船舶交通调度策略，船舶交通效率评价方法的研究亟待进行。

本文以受限水域为研究对象，研究受限水域船舶交通效率低下的问题，旨在得出受限水域船舶交通效率评价方法，为海事部门采取合理的交通调度策略提供一定的参考依据。本文基于蒙特卡罗方法，通过分析单向直行航道中的船舶交通物理过程，定义船舶延滞时间的概念，选取船舶等待代价作为评价船舶交通效率的重要指标，并运用MATLAB程序语言模拟船舶进入航道的航行过程和交通调度过程。最终得出船舶在有调度的情况下航行比在无调度的情况下其等待时间更少，等待代价更小，船舶交通效率更高以及船舶等待代价随其各影响因子的变化趋势。

关键词：蒙特卡罗；船舶延滞时间；船舶交通调度；MATLAB仿真；

Abstract

With the rapid development of shipping industry, ship’s size and performance tend to large-scale, quick running and number of limited channel is also increasing. Channel traffic efficiency is so low that the phenomenon of traffic congestion occurs frequently. In the meantime, traffic scheduling becomes more and more complex. In order to reduce traffic congestion and improve the efficiency of vessel traffic and provides simpler vessel traffic scheduling strategy, the research of methods that evaluate vessel traffic efficiency is urgently needed.
Based on limited water, this paper researches in the problem of low efficiency of water transportation and aims to get methods that evaluate vessel traffic efficiency, and then provides maritime sectors certain reference basis to take reasonable traffic scheduling strategy. This paper is based on Monte Carlo method and by analyzing physical process of vessel traffic in one-way straight channel ship’s delay time is defined. Ship’s wait cost are selected as an important indicator that evaluates efficiency of vessel traffic and MATLAB language is used to simulate the ship’s navigation and traffic scheduling process. Finally it is concluded that the average velocity and ship’s wait cost influence vessel traffic efficiency. What’s more, compared with the ship sailing in the case of no scheduling, ship in the case of a scheduling has less waiting time, wait cost and faster ship's average speed, that’s to say vessel traffic efficiency is higher.

Key Words：Monte Carlo principle; ship’s delay time; Vessel traffic scheduling; MATLAB simulation;

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 主要研究内容 3

第2章 船舶交通效率模型构建 4

2.1 船舶交通物理过程分析 4

2.2 船舶延滞时间 5

2.3 船舶交通效率模型 9

2.4 船舶交通调度策略 9

2.5 本章小结 10

第3章 船舶交通仿真系统构建 11

3.1 MATLAB介绍 11

3.2 框架及功能模块 11

3.3系统实现 13

3.4系统测试 14

3.5 本章小结 14

第4章 基于蒙特卡洛方法的船舶交通效率分析 15

4.1 蒙特卡洛方法概述 15

4.2 实验场景 15

4.3 结果分析 17

4.4 本章小结 23

第5章 结论与展望 24

参考文献 25

致谢 26

绪论

1.1 研究背景

现代社会有很多的运输方式，其中水路运输已经发展了很长一段时间。它有很多的优点，例如:它花费的成本不高、装载货物的容量非常可观、投入不高，但是它也有一些缺点，比如说，它连续操作能力差。它在一些投入低、货物体积非常大、货物密度比较大以及各式各样的散装货物的运输中比较适用。在运输业现在大多采用海上运输方式来进行进出口贸易。水路运输是一种非常方便有效的运输方式，它的运输量在运输业中占有非常高的比例，海上运输对经济发展有着非凡的意义。

目前航运业有很好的前景，船舶的尺寸在不断增大，船舶速度也在逐渐提高，也开辟了很多新的航线，致使水上船舶密度变大，使得水上发生越来越多的事故，产生一系列不良的后果，例如：财产破坏，水上生态系统的平衡被打破。并且，由于事故越来越多，受限水域被不断地扩大。受限水域是指限制一些船舶经过的地方，比如港口、进港航道、运河等水域。船舶在受限水域中航行时受到各方面条件的限制，在通过受限水域时船舶的交通流密度增加，船舶交通效率和船舶通过能力降低，容易发生拥挤乃至碰撞事故。

在当前水上交通的严峻现状下，受限水域由于其特殊性，更应该引起我们广泛的注意。受限水域船舶交通效率评价方法的研究对水上交通安全、高效和快速发展具有重要价值。然而我们的工作重心要放在对现实状况的研究，通过选取一些可以量化的指标，对船舶交通效率进行量化研究，在研究中发现更为方便有效的评价方法。为水上交通主管部门了解目前受限水域交通运行状况提供数据支持和理论指导，尽快提升受限水域船舶交通效率，并能够将其运用于其他更加广泛的水域。

对于受限水域船舶交通效率的研究在各方面均有着重要的意义：

（1）可促进受限水域的交通安全。受限水域船舶交通效率评价方法的研究与受限水域通航安全的保障密切相关，对船舶在船舶交通限制区域的航行情况进行研究，找到一些行之有效的对策，改善船舶交通状况，为海事部门进行调度作业提供一些帮助。

（2）可提高水域船舶交通效率。通过对受限水域船舶交通效率参数的研究，找出船舶交通效率与船舶交通效率参数之间的联系，以得出优化的船舶交通方案，最终实现提高受限水域船舶交通效率的目标，对于提高受限水域船舶交通效率至关重要。

（3）通过对受限水域船舶交通运行状况的分析，发现受限水域交通发展的不足，对完善水上交通网络、提高航道效率起到一定的推动作用，同时优化现有的水上交通结构，降低交通设施中的不合理因素，充分发展交通系统的功能，促进水上交通安全、高效、快速地发展。

（4）对水上交通经济发展和环境保护有一定的促进作用。受限水域因其特殊性更应该引起我们的注意，应聚焦于受限水域船舶碰撞以及效率低下的问题。减少经济损失及环境污染。

1.2 国内外研究现状

目前世界各国学者针对船舶交通流的探讨越来越成熟，但是有关船舶交通效率课题并不多见。在国外，很多交通运输方面的专家致力于海上交通实况的仿真。