考慮時間因素的錨地規劃評價指標體系構建

于磊

摘 要：隨著進港船舶的數量不斷增加，港口錨地如今面臨巨大的考驗，越來越多的船舶到港錨泊作業，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。通過構建評價指標體系定量分析錨地使用狀況，同時引入時間因素使錨地規劃問題更貼合實際。

關鍵詞：錨地規劃;錨固圓;評價指標

中圖分類號：U651 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）07-0091-03

隨著全球經濟發展，如今國內港口的吞吐量不斷增加，海上交通擁堵情況日益嚴重。錨地作為緩解海上交通擁堵以及提升海運質量的重要區域，其使用情況對錨泊船舶的錨泊安全、錨地附近航行船舶的安全、港口運營效率、海事的安全監管等有著至關重要的作用。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，而且嚴重影響了進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，Fan[1]等提出了一種可應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方法對錨地進行規劃。Oz[3]等在Huang的研究基礎上引入多目標優化進一步分析該問題。

本文以港口內的錨地區域作為主要的研究對象，在查閱國內外學者的研究成果后，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]，對錨地評估指標體系進行了構建，旨在提高錨地的利用率的同時減少錨地安全隱患，降低錨泊風險，對錨地區域進行合理規劃。

1 錨地規劃以及錨點規劃

1.1問題描述

錨地是指在港口區域，專為船舶提供停泊、避風、海關檢查、過境檢疫、裝卸作業的水域，也稱為錨泊地、泊地。根據錨地形狀，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，根據船舶需求以及錨地使用情況，由港口為船舶提供錨泊區域，即按照一定的錨地規劃策略，為到港船舶指定相應的錨泊位置。為減少船舶在錨地內的航行距離，降低船舶之間的碰撞風險，部分港口要求船舶按照與錨地的進入側相垂直的路線，參照指定的錨泊位置，由錨地入口駛入錨地，離開時按照相同路線駛出錨地。而在船舶進入錨地后，多采用拋單錨的錨泊方式。由于可能會受到的風、浪、潮汐等影響，同一艘船舶在相同的錨點拋錨，其在錨地中的位置也可能不同。同時在上述條件的影響下，隨著時間的推移，船舶在錨地中可能圍繞著錨點緩慢移動。因此在單錨的錨泊方式下，每艘船舶在錨地中的錨泊區域如圖，可以將其看作是以錨點為圓心的錨固圓，其半徑R通常采取以下計算方法：

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

1.2到港船舶錨點規劃

2 錨地評價指標體系的構建原則與影響因素

2.1 指標體系的構建

指標體系構建是由若干存在內在聯系的統計指標組成的，以研究內容為目的的體系構建過程。在構建指標體系的過程中應遵循以下原則：

（1）目的性原則，即指標體系的設計建立以評價目標為中心，有確定的評價目的，以達到評價指標的切實性;

（2）科學性原則，即選擇指標構建指標體系時完全依照科學依據，以確保指標的真實性、客觀性，保證指標的可信性;

（3）整體性原則，即指標體系的構建過程中要考慮到研究內容的各個方面，從各個角度體現研究對象的狀況與特征;

（4）客觀性原則，保證指標選擇的客觀性;

（5）可操作性原則，即在保證評價指標精度的情況下，評價指標應定義明確、概念清楚，便于數據的收集以及評價尺度的確立;

（6）定性與定量相結合原則，在對研究對象進行定性分析的基礎上，對研究內容盡可能地進行量化分析，達到定量和定性相結合。

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性的基礎上列舉了以下幾個因素：

（1）自然條件。受到自然環境的影響，船舶停泊在錨地中的位置是一個不斷變化的動態過程，同時自然環境也會對進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、潮流、浪等。

（2）船舶密度。船舶密度為在某一時間，單位水域面積內停泊的船舶數量。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過的航行距離。船舶的航行距離越長，可能要經過的已在錨地中停泊的船舶越多，碰撞風險越大。

（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的安全系數，船舶間距越大，錨地安全系數越高。

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

3 錨地評價指標選擇

3.1時間因素對錨地的影響

在以往的研究中，通常將錨地規劃過程假設為一個不斷有船舶進入不考慮船舶離開的過程，而在實際中的錨地規劃問題中，船舶在錨地內的停泊時間是有限的，在新船到港的同時也不斷地有船舶離港，因此本文將時間因素代入錨地規劃問題，在對錨地的規劃中每一艘船舶的錨點選擇都可能會對即將離港的船舶以及后續到港船舶產生影響。

時間因素的引入對于錨地規劃的合理性及現實性都具有十分重要的意義。

3.2錨地規劃評價指標

結合指標體系的構建原則、錨地使用情況的影響因素以及錨地規劃方法，本文將從安全性和錨地利用率兩個方向共三個指標構建錨地規劃評價指標體系。

3.2.1錨地利用率

錨地利用率是指當錨地達到承載上限狀態，即無法再容納任何規模的船舶時，錨地內所有錨泊船的錨固圓面積之和與錨地面積之比。該指標可以有效分析錨地的規劃情況，即錨地利用率越高，對錨位的分配越合理，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;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劃的過程中對錨地區域的利用程度。與錨地利用率不同的是該指標無須滿足錨地達到承載上限，可以在任何情況下對錨地規劃策略進行分析。公式如下：

式中SAE為錨地有效面積;j為錨地中當前船舶數量;N為船舶總數。

錨地有效面積為包含所有錨固圓的最小區域邊界面積。

3.2.3平均錨泊經過系數

該指標為平均每艘船舶到達自己的指定錨點所需要穿過的錨固圓數量。

如圖3從左至右三艘船的錨泊經過系數分別為3，1，0。

qj為第j艘船到達指定錨泊位置所需要經過的船舶數

3.2.4 平均離港船舶經過系數

由于引入時間因素，船舶會在時間到達后離開錨地，因此對于每一艘新到港船舶，其駛入指定錨點后可能對其他船舶的離開操作難度產生影響。因此引入離港船舶經過系數，即其他船舶在駛出時經過該船的次數。

qj為駛出錨地時經過第i艘船的船舶數。

4 結論與展望

本文分別從錨地利用率和安全性兩個方面構建了錨地規劃評價指標體系，為錨地規劃的合理性以及科學性提供了量化分析思路，對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。同時在錨地的規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上對錨地規劃策略進行補充研究，該問題將作為筆者今后的重點研究方向。

參考文獻：

[1]Henry S. L. Fan，Jia‐Ming Cao. Sea space capacity and operation strategy analysis system[J]. Transportation Planning and Technology，2000，24（1）.

[2]Shell Ying Huang，Wen Jing Hsu，Yuxiong He. Assessing capacity and improving utilization of anchorages[J]. Transportation Research Part E，2010，47（2）.

[3]Dindar Oz，Vural Aksakalli，Ali Fuat Alkaya，Volkan Aydogdu. An anchorage planning strategy with safety and utilization considerations[J]. Computers and Operations Research，2015，62.

[4]張兆忠. 青島港錨地錨泊船安全評價及管理系統研究[D].大連海事大學，2011.

[5]張清. 錨地水域通航風險研究[D].武漢理工大學，2012.