船舶待闸停时经济损失估算研究外文翻译资料

 2022-07-27 14:14:57
  1. 集装箱吞吐量预测在多哈雷港在吉布提通过时间序列分析

港口集装箱吞吐量预测是非常重要的因为这样的预测影响一个集装箱港口的发展。可用的预测技术都是定性和定量的方法。定性预测方法包括德尔菲法、主观概率法和供应调查方法。另外,定量预测方法包括回归分析、指数平滑法、灰色模型,神经网络方法(NNM),弹性预测法和组合预测法。上述模型在应用、复杂性和精确度等方面有所不同。几个因素已经被指出会影响一个港口的集装箱吞吐量,包括港口的内陆地区的经济发展、国内生产总值(gdp)等。有几项预测港口吞吐量的研究已经被学者发表。以下是一些相关的研究。

在以前的文献中，组合模型应用灰色预测模型和物流增长曲线模型提高港口货物吞吐量预测模型的准确性。作者还使用当前港口的现有数据来验证组合模型的有效性,结果表明,该组合模型可以获得相对较高的预测精度相较于任何一种单独的预测模型。此外,在一篇关于台湾港口通过的集装箱量的研究中,被确定集装箱货运量最好的预测方法是使用经典时间序列分解模型，更复杂的模型并不一定产生更精确的结果。在另一项研究中,运用三次指数平滑法,灰色预测模型方法和组合预测方法分析了集装箱吞吐量,证明了组合模型的最佳精度。因此,人们发展了不同的模型去设计最佳的组合预测。尽管如此,一些作者已经观察到组合预测并不一定能获得更好的预测表现,应该使用平均方法，同时小心使用，反之“过去的模型表现并不总是保证未来模型的预测表现”。使用线性回归模型在港口吞吐量的研究中来识别和测量吞吐量决定变量和预测之间的因果关系,[6,19]使用线性回归方法对在香港和台湾的港口吞吐量进行预测。

  1. 密西西比河上游水闸管理的鲁棒策略

密西西比河航运系统延伸超过1800英里，从墨西哥湾到明尼阿波利斯.保罗,明尼苏达州。这是一个重要的交通动脉,因为它进出美国的中西部，是美国农产品全球供应链的关键环节,尤其是对玉米和大豆。产品运用驳船进行运输(通常是195 - 200英尺长,35英尺宽),每个可以容纳大约1500吨。驳船被连接成由一个强大的拖船所推动的牵引队列。

密西西比河上游(UMR)是从俄亥俄河的口扩展到明尼阿波利斯.保罗,明尼苏达州河流的一部分。保罗,明尼苏达州。UMR航运系统包括29个船闸和大坝一系列设施, 通过维护一个可用的水深为9英尺的航道来提供可靠的商业航行,使船舶可航行大约300英尺的海拔差异。在UMR上, 由于航道条件限制，牵引船队大小通常限于15驳船(长5驳船,宽3驳船)。

UMR河上的水坝已经改变为一系列等级池,每个大坝都包含一个或两个船闸允许船只通过大坝。商船几乎总是单个过闸,而团体的休闲娱乐船只可能在一起过闸。UMR上的船闸和大坝系统起源于75多年前，最原始的船闸是由110英尺宽,600英尺长的闸室构成,以容纳在1930年代和1940年代最大的商业牵引船队。

运输规模经济导致大型驳船牵引队列的增加使用，它们近1200英尺长(五个驳船 拖船的长度),宽105英尺(三个驳船)。这些大型牵引船队为通过600英尺长船闸必须被分离成两个部分, 通过船闸后重新耦合。这些“双过闸系统”需要平均两个小时过闸 (相比“单一通过船闸”的牵引船队或娱乐船舶过闸所需的大约30分钟或更少时间),被认为是在UMR上船闸的一个“慢性拖延的关键因素” [5]。交通流量水平的大幅提高,大部分的“双过闸系统”可能会导致UMR船闸相当大的拥堵以及大量的生产力水平损失。

对于任何提出的内河航行的基础设施项目, 美国陆军工程兵团要求通过评估在未来50年的计划项目的性能表现来评估其净国民经济发展(NED)的效益[16]。我们的研究旨在通过基于不同改进航行系统的UMR交通进行更详细的分析，以此更好地量化净国民经济发展(NED)的效益。

为了调查UMR系统不同选择下的拥挤控制手段，我们运用Arena10.0 建立了一个离散事件仿真模型，它包含了UMR上实时动态交通运动和船闸系统操作的复杂性 [6、7]。它为商船提供了不同的驳船队配置以及娱乐船船舶,同时允许有发生在一年里的交通的系统变化、过闸的概率分布和通过水池的时间。这个模型抓住了上游和下游的交通变化运动的物理实体，提供了在动态服务优先级方式下船舶的排队和过闸系统的操作。模型还提供了系统表现的具体措施，同时促进系统性能差异的统计学意义测试。

几百个统计模型被用来产生驱动系统性能表现的时变参数。为了提供每个船闸船舶到达混合的合理性(反映观察到的季节性)，我们运用不稳定指数分布与互补的强化和细化机制。船舶线路随机生成以此获得牵引船队的时变可能性，要么从当前池终止或者继续到下一个船闸。

仿真模型的基本结构有五个船闸连接四个水池，如图2所示。在一个船闸过闸完成后,每个商船可以继续到下一个船闸(水平箭头在图2)或终止其旅行在当前池(斜箭头，离开船闸在图2)。商船到达每个船闸可能源自一个终端在相邻的池中(斜箭头进入一个船闸在图2)或从前面的船闸(水平箭头在图2)。因为船闸管理者不记录娱乐休闲船只的识别数据,娱乐休闲船只模型不包含在下一船闸的通过交通中(水平箭头如图2所示)。如图3所示，每个船闸被建模为一个服务器有4个队列。每个船闸上下游都有单独的指定等待位置(称为系泊浮标)，娱乐休闲船只和商船在此位置排队,以便不妨碍船舶进入和退出船闸。船只在这些指定地点等待从船闸管理者处获得轮到一个轮到他们进入闸室的信号。

三种类型的船闸系统可能取决于船闸的配置和待过闸船舶航行的方向。“交换”船闸系统发生在一艘船舶进入闸室等待航行方向相反的船舶过闸完成。在这种情况下,闸室内的水位对于出闸、进闸的船舶来说是一样的，但是进入闸室的船舶必须等待退出的船舶清理闸室水域，在确认安全后进入。“返回”船闸系统发生在一艘船舶进入闸室等待航行方向相同的船舶过闸完成。这需要回收船闸以便将闸室内水位返回到待闸船舶的水位水平。“飞”船闸系统发生在船舶到达已设定在适当的水位使得船舶进入不需等待的空闸室。过闸时间的不同分布取决于船舶等级、是否为上游、下游某个特定船闸的航行和船闸系统是否为“交换”、“返回”、“飞”。史密斯[7]描述模型和文件的验证在每个单独的船闸水平及一体化下相关的性能举措中模拟的和历史数据高度一致。因此,仿真模型有效地反映了UMR系统的动态行为,并能够对范围广泛的拥挤管理方法进行评估。

  1. 密西西比河粮食流量和延迟成本的长期预测

延迟成本是与驳船运输系统相关的额外成本,来自于排队和船舶延迟而添加的成本。下面这些都是驳船运输的一个重要特性,尤其是当装运数量更大时。在几个达到点，谷物流接近正的延迟费用积累的点。在更高运量时，延迟成本升级,最终成为几乎垂直。后者是运载能力的一个指标,即运量达到某个层次后延迟成本成为完全无弹性。

延误成本,总的来说,是由当下运载能力而出现的较低延迟成本构成，加上运量影响。扩张在延迟成本上的影响是6100万美元,包括直接影响。大多数是在达到点4,其次是2和1。扩张导致驳船的成本增加，由于运量的增加,铁路运输成本的降低和海运成本的略有增加。总的来说,扩张船闸的影响是减少成本约5200万美元。

驳船航行成本和延迟函数

分析的一个重要因素是驳船运输成本。这些是由用公式展示出的驳船费率以及以下定义的延迟成本。在密西西比河系统上定义六个起源。这些被定义为到达点，包含了地理区域内的所有起源。

到达点 1开罗拉格朗日(圣路易斯);

到达点 2拉格朗日麦格雷戈(达文波特);

到达点 3麦格雷戈明尼阿波利斯;

到达点 4伊利诺斯河(皮奥里亚);

到达点 5开罗路易斯维尔(路易斯维尔);

到达点 6辛辛那提

驳船运输成本被表示为一个比率函数。除了这个值,一个延迟成本会被加到这个比率上如果运量足够而导致延迟。

驳船费率函数在每个到达点上生成 (图6)。到达点5 – 6有着最高的斜率表明该运量下费率有着更高的敏感性更高的利率敏感。到达点4斜率最低,其次是达到2,1和3

延迟曲线推导出了到达点1 - 4。为得到到达点5和6的延迟曲线,假设交通流量相比船闸通过能力而言保持较低。因此,延迟成本的变化被认为是无关紧要的。延迟成本通过模拟假设推导出正常水平的其他交通工具(橡树岭国家实验室)。这些都是为现有的船闸通过能力衍生,以及为扩大的船闸系统的通过能力。

这些延迟成本反映随到达点移动的总吨数和预期的延迟成本之间的关系。来自于到达点3的粮食导致了到达点2、1的交通和延迟。到达点1船舶载货量不会影响造成到达点2或3的交通。谷物和非谷类在基期(2000 - 2004)的交通水平被用来校准曲线。非谷类交通的零增长和敏感性的基础假设被用来阐述这种假设的影响。最后,延迟成本是在现有的船闸通过能力,以及扩大的船闸系统上派生的。预计任何扩张将需要13 - 14年,因此,我们期许预计2020年时扩张的影响。

延迟成本在每个到达点上的每个模拟上量化。这些延迟成本在模型中的解决方案中积累体现。从技术上讲,延迟成本就是“船闸加工时间”，包括通过船闸而增加的排队时间。随着驳船数量增加,驳船费率有所增加。由于驳船费率上升,有轻微的转向其他模式,路线,或潜在的作物的改变。这个交通分流不量化。随着驳船运输成本由于延迟成本进一步增加,一些驳船装运可能继续航行运输尽管更高的成本。就是这些额外的延迟成本被量化。

  1. 船闸主导型问题

UMR是一个重要的运输动脉将对外出口的谷物从美国北方中部地区运送到较低的密西西比河港口。在过去的十年中, UMR上一个有些历史的船闸和大坝系统，结合大幅提高的交通情况，已经产生对这些交通动脉效率的担忧。一个主要的担忧是在UMR较低的部分的船闸通过能力，这些地方相对交通拥堵较高，容易对驳船/牵引船队产生更大的延迟。

船舶交通的混合和拥堵根据时间因素和船舶的范畴会有很大地不同。例如,从3月开始,商业牵引船队流量迅速增加,夏季达到峰值,然后在12月减少。农产品的牵引船舶通常有15个驳船,而矿产和化工产品可以少几艘驳船，牵引船队在两端之间运输。

在UMR系统中29个船闸和大坝设施创建了可靠的航行条件。大坝创建一系列水平池，船闸允许船只通过大坝。每个船闸都包含至少一个可以调整以匹配低于船闸和大坝的水平池的海拔的闸室。船闸闸室两端都有门，以便船舶通过。船闸系统操作包括船舶进入闸室,水位上调或下调,离开闸室。在每个船闸，如果其它船舶在闸室里通行，船舶向上游或下游航行将会产生排队。商船和其他小型船舶有不同的队列。UMR上许多原始的船闸设计的为闸室长600英尺。然而,许多牵引船队现在有1200英尺长,这些船队需要分离成几个部分以满足能进入600英尺的闸室。例如,如果一个牵引12艘驳船的船队想通过一个船闸,9艘驳船将被拖船推入闸室，然后拖船就会与这9艘驳船分离，回到剩下的3艘驳船处进行牵引。在第一部分9艘驳船通过闸室,然后被系在闸室附近的墙上,剩下的3个驳船和拖轮返回进入闸室并通过。最后第一个部分和第二个部分重新连接,拖船和12艘驳船继续通行下一个船闸。每个船闸的附近水域和条件都不相同,这样船闸通过牵引船队的效率是不同的。在正常情况下,先到的船舶先过闸,优先服务政策下的船舶先过闸，同时，一些没有驳船的船舶也给予了优先过闸的权利。

UMR系统交通流量的增加导致拥堵,在船闸的延迟等待,并增加船舶通行时间。针对船闸拥堵的程度加重,许多研究调查交通的来源生成并提出船闸调度规则。富勒和格兰特(1993)研究了船闸延迟对成本造成的影响和对美国中北部的玉米和大豆市场通过UMR和伊利诺斯州水路运输造成效率上影响，显示UMR上船闸延迟将使粮食运输方式重新定位到到其他运输方法。马蒂内利和斯科菲尔德(1995)计算了一组相互依存的船闸的延迟和通过包括依存关系的船闸改善效益计算建立了一个更广泛的评估。Perakis和Li(1999)访问美国主要的内河并采访他们的员工，如工程师和管理人员。Gervais 等人运用分解线性规划模型(2001)评估若延长UMR上5个600英尺船闸到1200英尺能产生的短期收益。Southworth(2002) 在对UMR的经济分析中运用的评估船闸过闸时间的两个模型的准确性和抗干扰性。Bobcock和Lu(2002) 运用时间序列模型预测密西西比河27号船闸谷物吨位。Ronen等(2003)分析了减少船舶等待时间的问题，对UMR进行应用分析的排队模型和智能调度机制。Nauss(2008)解决商业牵引船队排序的实际调度问题，通过船闸设定依赖于一个独特的样式和提出线性、非线性整数规划，它决定了一个船闸的过闸船舶的优化顺序。水路模拟模型在最近的研究中被推荐使用，因为简单直接的船闸调度规则可能比需要不断更新数据的确定性优化的模型更好。Sweeney(2004)使用一个复制仿真模型来解决稳态问题,建立相互依存的船闸系统活动。Smith等(2007)描述了一个离散事件仿真模型来评估拥挤的UMR系统的可替代决策规则的影响。Campbell等 (2007)开发了决策支持工具来帮助研究UMR的可替代的操作规则。Smith等 (2009)建造了一个离散事件仿真模型来满足Smith等在 (2007)中强调的在航道航行中仿真模型的合并特性。虽然仿真数学模型可以提供透明船闸调度规则, 能为模拟提供支持调度规则的传统确定性模型仍然需要。

本研究的第二个关键发现是，控制实时交通强度影响的重要性。虽然交通强度会随着季节，每周的第几天，一天的时刻系统地变化,我们证明了实时交通强度（受到随机波动和某些未观测到的因素所约束）,在决定船舶在船闸需要等待多长时间这一问题上扮演重要的角色。相应地,除了在建立延迟时间模型上通常使用的控制变量,我们构造了两种实时交通强度方法,包括每个通过船闸的主要类型方式,并将它们纳入我们的回归模型中。我们的结果表明,这两个变量的包含大幅提高了我们模型的拟合优度。

为了保证对预测的时间的正确使用，同时抑制延迟时间分布大量地向右倾斜,我们在回归模型，把延迟时间进行对数转换。我们考虑另一种建模策略,即将

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