基于Anylogic系統(tǒng)仿真方法的季節(jié)性旅游航道通過(guò)能力研究

母寶穎 劉壘 馬倩雯 李文超 盧立鑫 交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究所

1.季節(jié)性旅游航道研究背景

2017年交通運(yùn)輸部、國(guó)家旅游局等六部門(mén)聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)交通運(yùn)輸與旅游融合發(fā)展的若干意見(jiàn)》，其指導(dǎo)思想是落實(shí)創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享發(fā)展新理念，以深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線，著力完善旅游交通網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，創(chuàng)新旅游交通產(chǎn)品，提升旅游交通服務(wù)品質(zhì)，打造具有地方特色、平安綠色的旅游交通精品。2019年《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》進(jìn)一步要求加速新業(yè)態(tài)新模式發(fā)展，強(qiáng)調(diào)深化交通運(yùn)輸與旅游融合發(fā)展，推動(dòng)旅游專(zhuān)列、旅游風(fēng)景道、旅游航道等發(fā)展，完善客運(yùn)樞紐等交通設(shè)施旅游服務(wù)功能。

隨著旅游業(yè)和水運(yùn)管理智能化的迅速發(fā)展，旅游航道這一重要的水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施凸顯著越來(lái)越重要的作用。如何確定不同發(fā)展階段和發(fā)展環(huán)境下的旅游航道通過(guò)能力、明確季節(jié)性的客運(yùn)量變化對(duì)航道水平的影響，優(yōu)化通航規(guī)則和航道規(guī)模建設(shè)以滿足運(yùn)輸需求，成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

目前，航道通過(guò)能力多采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，尚無(wú)統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范。航道通過(guò)能力是指單位時(shí)間（多指一年）能夠通過(guò)港口航道某一斷面的最大運(yùn)輸量，一般以船舶艘次或運(yùn)輸貨物噸數(shù)表示。內(nèi)河航道通過(guò)能力應(yīng)用較廣泛的是德國(guó)公式和長(zhǎng)江公式?；诖祟?lèi)公式的航道通過(guò)能力與單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)船隊(duì)數(shù)量、全年可通航時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)船舶載重噸以及折減系數(shù)等經(jīng)驗(yàn)系數(shù)有關(guān)，相關(guān)系數(shù)多為根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到的經(jīng)驗(yàn)值。

從整個(gè)港航系統(tǒng)考慮，船舶在內(nèi)河航道與港池內(nèi)的航行作業(yè)系統(tǒng)受多重因素影響，有較大的隨機(jī)性和不確定，應(yīng)用傳統(tǒng)的排隊(duì)論或解析理論建立數(shù)學(xué)模型一般只能對(duì)系統(tǒng)中部分要素進(jìn)行計(jì)算與靜態(tài)分析。系統(tǒng)仿真技術(shù)可以盡可能多地考慮系統(tǒng)運(yùn)作工程中各要素的動(dòng)態(tài)隨機(jī)變化情況，建立更加全面真實(shí)反映實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)作情況的模型，從而為系統(tǒng)的管理者或設(shè)計(jì)人員提供更為可靠的決策依據(jù)，已成為解決復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題的重要手段。

2.季節(jié)性旅游航道特征分析

我國(guó)旅游航道發(fā)展特征不同，選取東北地區(qū)具有冬季封航的典型旅游航道進(jìn)行定量分析，明確季節(jié)性旅游航道的運(yùn)輸需求特征。選取吉林省松花湖至五虎島段旅游航道進(jìn)行分析，松花湖是中國(guó)東北地區(qū)最大的人工湖泊，是吉林省重要的水源地和生態(tài)屏障，兼具有防洪、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、旅游等多重功能。

風(fēng)景區(qū)現(xiàn)狀船只主要包括客船、公務(wù)船、快艇、漁船和沿湖村民生產(chǎn)生活用船，用于旅游接待船只在200艘以上，根據(jù)《松花湖風(fēng)景名勝區(qū)總體規(guī)劃（2013-2030年）》相關(guān)規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2030年控制船舶在250只，鼓勵(lì)發(fā)展300人客位以上的大型新型豪華游船，重點(diǎn)發(fā)展30-40人客位的中小型舒適型游船。根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)資料，松花湖段航道封凍期為每年12月中旬至次年4月，約為4.5個(gè)月。松花湖旺季和淡季的客流量比約為8:1，即旺季客流量為淡季客流量的8倍，換算后則淡季游人規(guī)模1667人次/天，旺季游人規(guī)模13333人次/天。

目前，旺季該風(fēng)景區(qū)偶有船舶供應(yīng)不足的問(wèn)題，而封凍期船舶大量閑置，如何平衡這一季節(jié)性需求，在旺季實(shí)現(xiàn)船舶的最優(yōu)調(diào)度，且盡可能地減少投入成本，是本文著重研究的問(wèn)題。

3.Anylogic系統(tǒng)仿真方法介紹及應(yīng)用

圖2 船舶智能體基本邏輯模型

Anylogic系統(tǒng)仿真軟件廣泛應(yīng)用在交通、教育及機(jī)械化工等領(lǐng)域，通過(guò)仿真模擬系統(tǒng)運(yùn)作情況，從系統(tǒng)角度研究整體狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，可應(yīng)用內(nèi)置統(tǒng)計(jì)工具進(jìn)行量化研究。操作界面及結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Anylogic操作界面

季節(jié)性旅游航道的運(yùn)行屬于復(fù)雜系統(tǒng)，涉及游客上下船、船舶?？俊⒑骄€設(shè)計(jì)、過(guò)橋等多種行為，具有較大的隨機(jī)性和不確定性。應(yīng)用Anylogic的智能體建模，以旅游客船為智能體進(jìn)行系統(tǒng)仿真，推動(dòng)整個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)行和演化，從而確定航道擁堵情況，為后期航道及旅游碼頭的建設(shè)、擴(kuò)建提供量化指標(biāo)。船舶智能體在季節(jié)性旅游航道中的邏輯動(dòng)作主要分為起始碼頭停泊、航道航行、目的碼頭靠泊、游客上下船四部分。其中起始碼頭結(jié)束停泊的觸發(fā)條件為游客完成上下船活動(dòng)，且天氣條件適宜；航道航行時(shí)，應(yīng)用Anylogic內(nèi)置的地圖模塊，按照指定航線和通航規(guī)則進(jìn)行；到達(dá)目的碼頭后，判斷泊位、天氣情況，并進(jìn)行靠泊和輔助作業(yè)；?？客瓿珊?，進(jìn)行游客上下船活動(dòng)。根據(jù)需求返航或在錨地等待下一次調(diào)度。

基于系統(tǒng)仿真模型，可定量分析港航系統(tǒng)各因素變化對(duì)航道通過(guò)能力的影響，改變航道尺度、船舶通行規(guī)則、客運(yùn)規(guī)律等條件對(duì)應(yīng)的模型輸入數(shù)據(jù)并進(jìn)行仿真模擬，并計(jì)算比較各因素改變對(duì)航道通過(guò)能力的影響程度。確定所選取的季節(jié)性旅游航道段的發(fā)展階段，研究各階段對(duì)應(yīng)的客運(yùn)峰谷差和客運(yùn)流量規(guī)律，整理作為輸入數(shù)據(jù)，研究不同發(fā)展階段的季節(jié)性旅游航道的極限通過(guò)能力。

除考慮季節(jié)性運(yùn)輸需求外，內(nèi)河航道通過(guò)能力還與航道設(shè)施密切相關(guān)。一般旅游航道所在的風(fēng)景區(qū)會(huì)對(duì)應(yīng)規(guī)劃相關(guān)的過(guò)河橋梁、臨河碼頭以及為發(fā)電等規(guī)劃建設(shè)的大壩和船閘等。為充分考慮港航系統(tǒng)的要素對(duì)于航道通過(guò)能力的影響，應(yīng)對(duì)應(yīng)修改輸入數(shù)據(jù)，考慮航道設(shè)施對(duì)于船舶航速、通航規(guī)則的影響，并對(duì)應(yīng)量化到系統(tǒng)仿真模型中，從而給出不同工況下的季節(jié)性旅游航道通過(guò)能力。

4.季節(jié)性旅游航道通過(guò)能力影響因素分析

（1）水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施條件。為提高航道通過(guò)能力，改善旺季航道擁堵的情況，可從航道、碼頭兩方面進(jìn)行改善。通過(guò)疏浚、渠化等方法提高航道尺度和技術(shù)等級(jí)，適應(yīng)船舶大型化趨勢(shì)；通過(guò)新建客船靠泊泊位，減少客船靠泊等待時(shí)間，提高運(yùn)行效率。

（2）通行規(guī)則。制定適應(yīng)當(dāng)?shù)芈糜魏降赖耐ㄐ幸?guī)則，包括嚴(yán)格區(qū)分貨運(yùn)船舶、客運(yùn)船舶與養(yǎng)護(hù)作業(yè)船舶的通行時(shí)間與航線，嚴(yán)格執(zhí)法從而規(guī)范船舶通行情況，通過(guò)船舶檢驗(yàn)、營(yíng)運(yùn)發(fā)證等環(huán)節(jié)逐步淘汰老舊的小型船舶等。

（3）客運(yùn)規(guī)律。加強(qiáng)船公司、港口、航道、海事部門(mén)乃至旅游公司間的協(xié)調(diào)，盡可能實(shí)現(xiàn)有序和均衡的貨物運(yùn)輸，減小運(yùn)輸需求的峰谷差，使航道中形成源源不斷的船舶流。