基于Anylogic系統仿真方法的季節性旅游航道通過能力研究

母寶穎 劉壘 馬倩雯 李文超 盧立鑫 交通運輸部水運科學研究所

1.季節性旅游航道研究背景

2017年交通運輸部、國家旅游局等六部門聯合印發了《關于促進交通運輸與旅游融合發展的若干意見》，其指導思想是落實創新、協調、綠色、開放、共享發展新理念，以深化供給側結構性改革為主線，著力完善旅游交通網絡設施，創新旅游交通產品，提升旅游交通服務品質，打造具有地方特色、平安綠色的旅游交通精品。2019年《交通強國建設綱要》進一步要求加速新業態新模式發展，強調深化交通運輸與旅游融合發展，推動旅游專列、旅游風景道、旅游航道等發展，完善客運樞紐等交通設施旅游服務功能。

隨著旅游業和水運管理智能化的迅速發展，旅游航道這一重要的水運基礎設施凸顯著越來越重要的作用。如何確定不同發展階段和發展環境下的旅游航道通過能力、明確季節性的客運量變化對航道水平的影響，優化通航規則和航道規模建設以滿足運輸需求，成為亟待解決的關鍵問題。

目前，航道通過能力多采用經驗公式進行計算，尚無統一的行業規范。航道通過能力是指單位時間（多指一年）能夠通過港口航道某一斷面的最大運輸量，一般以船舶艘次或運輸貨物噸數表示。內河航道通過能力應用較廣泛的是德國公式和長江公式。基于此類公式的航道通過能力與單位時間內通過船隊數量、全年可通航時間、標準船舶載重噸以及折減系數等經驗系數有關，相關系數多為根據歷史統計數據得到的經驗值。

從整個港航系統考慮，船舶在內河航道與港池內的航行作業系統受多重因素影響，有較大的隨機性和不確定，應用傳統的排隊論或解析理論建立數學模型一般只能對系統中部分要素進行計算與靜態分析。系統仿真技術可以盡可能多地考慮系統運作工程中各要素的動態隨機變化情況，建立更加全面真實反映實際系統運作情況的模型，從而為系統的管理者或設計人員提供更為可靠的決策依據，已成為解決復雜系統問題的重要手段。

2.季節性旅游航道特征分析

我國旅游航道發展特征不同，選取東北地區具有冬季封航的典型旅游航道進行定量分析，明確季節性旅游航道的運輸需求特征。選取吉林省松花湖至五虎島段旅游航道進行分析，松花湖是中國東北地區最大的人工湖泊，是吉林省重要的水源地和生態屏障，兼具有防洪、灌溉、發電、航運、旅游等多重功能。

風景區現狀船只主要包括客船、公務船、快艇、漁船和沿湖村民生產生活用船，用于旅游接待船只在200艘以上，根據《松花湖風景名勝區總體規劃（2013-2030年）》相關規劃，預計到2030年控制船舶在250只，鼓勵發展300人客位以上的大型新型豪華游船，重點發展30-40人客位的中小型舒適型游船。根據歷史統計資料，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模1667人次/天，旺季游人規模13333人次/天。

目前，旺季該風景區偶有船舶供應不足的問題，而封凍期船舶大量閑置，如何平衡這一季節性需求，在旺季實現船舶的最優調度，且盡可能地減少投入成本，是本文著重研究的問題。

3.Anylogic系統仿真方法介紹及應用

圖2 船舶智能體基本邏輯模型

Anylogic系統仿真軟件廣泛應用在交通、教育及機械化工等領域，通過仿真模擬系統運作情況，從系統角度研究整體狀態和發展趨勢，可應用內置統計工具進行量化研究。操作界面及結構如圖1所示。

圖1 Anylogic操作界面

季節性旅游航道的運行屬于復雜系統，涉及游客上下船、船舶停靠、航線設計、過橋等多種行為，具有較大的隨機性和不確定性。應用Anylogic的智能體建模，以旅游客船為智能體進行系統仿真，推動整個復雜系統運行和演化，從而確定航道擁堵情況，為后期航道及旅游碼頭的建設、擴建提供量化指標。船舶智能體在季節性旅游航道中的邏輯動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。其中起始碼頭結束停泊的觸發條件為游客完成上下船活動，且天氣條件適宜；航道航行時，應用Anylogic內置的地圖模塊，按照指定航線和通航規則進行；到達目的碼頭后，判斷泊位、天氣情況，并進行靠泊和輔助作業；停靠完成后，進行游客上下船活動。根據需求返航或在錨地等待下一次調度。

基于系統仿真模型，可定量分析港航系統各因素變化對航道通過能力的影響，改變航道尺度、船舶通行規則、客運規律等條件對應的模型輸入數據并進行仿真模擬，并計算比較各因素改變對航道通過能力的影響程度。確定所選取的季節性旅游航道段的發展階段，研究各階段對應的客運峰谷差和客運流量規律，整理作為輸入數據，研究不同發展階段的季節性旅游航道的極限通過能力。

除考慮季節性運輸需求外，內河航道通過能力還與航道設施密切相關。一般旅游航道所在的風景區會對應規劃相關的過河橋梁、臨河碼頭以及為發電等規劃建設的大壩和船閘等。為充分考慮港航系統的要素對于航道通過能力的影響，應對應修改輸入數據，考慮航道設施對于船舶航速、通航規則的影響，并對應量化到系統仿真模型中，從而給出不同工況下的季節性旅游航道通過能力。

4.季節性旅游航道通過能力影響因素分析

（1）水運基礎設施條件。為提高航道通過能力，改善旺季航道擁堵的情況，可從航道、碼頭兩方面進行改善。通過疏浚、渠化等方法提高航道尺度和技術等級，適應船舶大型化趨勢；通過新建客船靠泊泊位，減少客船靠泊等待時間，提高運行效率。

（2）通行規則。制定適應當地旅游航道的通行規則，包括嚴格區分貨運船舶、客運船舶與養護作業船舶的通行時間與航線，嚴格執法從而規范船舶通行情況，通過船舶檢驗、營運發證等環節逐步淘汰老舊的小型船舶等。

（3）客運規律。加強船公司、港口、航道、海事部門乃至旅游公司間的協調，盡可能實現有序和均衡的貨物運輸，減小運輸需求的峰谷差，使航道中形成源源不斷的船舶流。