集装箱港口泊位配置的

集装箱码头课程设计

集装箱港口泊位配置的

统计仿真

姓名邱晨

学号************

专业航运管理072

上海海事大学

二○一○年六月

摘要

随着全球经济的快速增长以及国际航运市场的持续发展，集装箱运输量增长十分迅速，集装箱船舶也出现了大型化趋势。不断增长的集装箱运输量的需求和船舶对提高集装箱码头服务水平的要求，迫使港口管理者纷纷采取各种措施。其中之一是对现有泊位资源进行优化配置，即通过对到港船舶分配合理的停靠泊位、选择合适的靠泊顺序，使在一定时间内所有到港船舶的总成本最小，以提高港口营运效率，从而吸引较多船舶挂靠。

基于泊位资源关系到整个集装箱港口的作业效率，本文用排队论的理论和方法分析和研究了港口系统的运行机制，建立了系统的统计仿真模型，提出一种确定港口最佳泊位数量的计算方法。

本文运用软件WINQSB对泊位数量的确定进行对比分析，得出集装箱港口码头最佳泊位数量。

关键字：集装箱码头，泊位数，优化，排队论，winQSB

引言

集装箱港口是资本密集型的经济实体，要使港口作业高效而经济地运行，集装箱港口作业资源的优化配置关系到港口的运作效率及其竞争力。而集装箱港口泊位数作为衡量一个港口规模、决定港口货物吞叶量的一个重要指标，在港口整个作业的流程中起着相当重要的作用。本文将以集装箱港口泊位为研究对象，通过排队论对港口泊位数量进行确定以及使到港船舶的总成本最小。

近年来有硕士论文集装箱码头泊位资源优化配置研究[1]基于整数编码的遗传算法建立了以所有船舶总在港成本最小为目标的泊位资源优化配置模型。集装箱码头泊位生产运作优化模型[2]运用数学分析的方法构建了描述集装箱码头泊位生产运作的非线性整数优化模型。

那么，对于一个港口来说，什么样的泊位数量才是最合理的呢?一般来，最为理想的情况是港口的全部泊位始终被使用，而所有到港船舶不需等待靠泊便直接进港装卸货物，此时，泊位的利用率达到最高。但是，在实际问题中，由于船舶到港的随机性以及船型大小(如吨位)和装卸货物的多样性，再加上其它一些不可预测的因素的影响，理想的状态是永远也达不到的。显然，港口泊位数越多，则到港船舶排队等待靠泊的机会就越少。反之，港口泊位数越少，则到港船舶排队等待靠泊的机会就越多。

本文对泊位数量与船舶成本最小化进行统计仿真。一方面，港口泊位数越多，则港口建设费用以及港口管理费用就越大，并且建设过多的泊位甚至会造成巨大的浪费。另一个方面，如果泊位数太少，将导致到港船舶等待靠泊时排队过长，造成船舶和货物的大量积压，这同样会给港口带来经济损失。总之，港口最优泊位数的确定具有实际的意义。

1问题描述

港口的生产和经营构成了一个复杂的动态系统，而其中船舶的到港及其到港后所进行的装卸货物等活动则可以说是构成了一个港口系统运行的主要过程，泊位数量的确定也就至关重要。

某地欲兴建一座集装箱港口码头，现要求确定泊位数量，使其满足船舶靠泊的数量要求又保证码头的运营成本较低。已知单位装卸能力每天平均生产成本为C s，船只到港后若不能及时装卸，停留一天损失运输费C w。预计船舶到达的平均速率为λ，港口码头平均服务速率为μ，假设船舶到达的时间间隔服从泊松分布，港口码头装卸服务时间服从负指数分布。

（1）问港口只设一个泊位时，船舶进港后的等待概率，以及港口码头在一个营运周期内的总成本支出？

（2）如果港口码头增设一个泊位，并假设增设一个泊位每运营周期维修成本为C C，船舶的等待概率及码头的总成本支出怎样变化？

（3）如果再增设一个泊位呢？

2问题解决

2.1问题的分析

船舶挂靠集装箱港口码头是在航运中最普遍以及最常见的现象。在航运市场好时，通常会见到船舶在港区等待泊位停靠的状况；反之，当航运市场萧条时，码头泊位则被闲置。本题要求通过统计仿真分析来实现船舶挂靠数量与泊位数量的合理搭配，确定港口应建设的泊位数量，以实现港口码头经营的效益。

由题目进行分析，得出这类问题属于排队论问题。

2.2统计分析的基本假设

2.2.1 本统计仿真的建立基于以下假设条件：

（1）船舶的进港停靠码头泊位服从泊松分布，且各船舶单独到来且相互独立。

e−λ，n=0,1,2,3⋯

P n=P(n)=nλ

n!

其中n是每天到港的船舶数，λ是平均每天到港的船舶数，P(n)表示一天内有n艘船到港的概率。

（2）各个泊位的服务质量（安全性能与装卸效率）一样，各船舶对泊位的选择无偏好，因此认为各队长基本一样。

（3）各个泊位的服务时间服从参数为μ的负指数分布，且各泊位的服务速率一样。

F(t)=1−e−μt（t >0）

式中μ是每天服务完毕的船舶数量(单位：艘/天)，F(t)表示港口对一艘船的服务时间

为t天的概率。

（4）港口码头泊位实行先到先服务原则，且船舶可自由在队列间进行转移，并总向较短的队转移，没有船舶会因为队列长而离去,并且总认为排队方式为单一队列等待制。（5）港口码头泊位在空闲时不产生成本费用。

（6）建设泊位的费用不考虑

2.2.2 为便于优化仿真分析说明引入以下符号：

λ——船舶到达码头泊位的平均速率，即单位时间内平均到达的船舶数

1/λ——平均到达时间间隔

μ——平均服务速率，即单位时间内刷卡完毕离去的顾客数

1/μ——平均服务时间

C s——当μ=1时港口码头泊位服务单位时间的费用

C w——每艘船在港停留单位时间费用

C c——一个运营周期的泊位设备维修保养费用

2.3算例分析

（1）假定集装箱码头只有一个泊位，在某一单位时间内（假定以天Day为单位），船舶停靠该港口的时间间隔服从泊松分布（假定λ=6，单位为艘），港口码头泊位服务时间服从负指数分布（假定μ=8，单位为艘/天），当μ=1时港口码头泊位服务单位时间的费用C s=2000（单位为万元/天），每艘船在港停留单位时间费用C w=1500（单位为万元/天），每个运营周期泊位维修保养费用为C c=5000（单位为万元/天）。假定一个运营周期为一个季度。

将以上已知条件输入软件winQSB：

经过winQSB计算得到如下结果：