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港口系统仿真

课程论文

浅谈港口系统仿真技术

指导老师：罗莉华

交通运输学院

交运xxx班 作者：抄就是了 学号：学长给你们的福利 时间：2015年12月12日

摘要：把港口生产视为随机服务系统,建立了模拟港口营运状况的计算机仿真系统。船舶的平均等待时间、平均服务时间和平均排队长度等港口营运参数的模拟计算值与实际统计值基本一致，表明该仿真系统能够客观地反映港口的实际营运状况，可为港口建设和发展提供决策依据。

【关键词】 港口码头； 计算机仿真模拟；排队系统仿真

一．仿真系统的发展与应用 1.1仿真系统的介绍

计算机仿真技术出现于20世纪50年代，它是建立在系统科学、系统识别、控制理论、计算技术与控制工程基础上的综合性很强的实验科学技术，利用数值计算机对客观存在的或设计中的系统的结构和行为进行动态的模拟或表演，即在计算机上进行试验，以安全和经济的方法获得系统的有关数量指标，从而达到分析、研究与设计该系统的目的。系统仿真技术是系统工程、管理科学、运筹学等学科领域广泛采用的一种研究手段。 系统仿真具有以下优点：

(1)速度快、费用低。物理仿真一般都需要花费大量的人力和物力，持续时间也比较长，而系统仿真是在计算机上建模，模型费用与试验费用都比较低，试验周期也比较短，可将几个月甚至几年或更长时间的外界系统活动，压缩在十几分钟甚至几秒钟内模拟运行出来。另外，系统仿真还可将时间放宽，对实际系统中无法观察到的细微结构的变化进行研究，这是物理仿真无法做到的。

(2)可方便地进行多次重复试验。在真实系统中要实现完全相同条件下的重复试验是很困难的，物理仿真可以实现，但需要再花费一定的人力和物力，在系统仿真试验中则很容易实现，并且几乎不需要再花费任何费用。

(3)适用范围广。系统仿真模拟技术几乎可运用于一切领域，可以解决用真实系统(或物理模型)难以实现的各种试验，建立模型时不受数学、逻辑、不可控变量以及有关统计理论的限制。对于具有大量逻辑、随机关系复杂的系统，或者是难以用解析方法或优化方法求解的复杂系统，系统仿真技术往往是唯一可行的和有效的方法。 (4)试验运行的可控性强。在仿真运行过程中，可根据需要随时停止模拟的运行，并能及时取得有关的阶段性统计数据，而不会影响以后整个运行的结果。这是在物理仿真中难以做到的。

1.2仿真系统的用途

计算机仿真技术以其显著的特点而日益得到广泛的应用，已经成为计算机应用的一个重要方面，其应用范围遍及财政经济、政府决策、生产管理、生产工艺、

军事运筹、交通运输、矿业开采、通讯、工程设计、科学试验、环境保护以及人员培训等社会各个部门和领域，并且是许多交叉学科(如社会学、人类学、行为科学等)的有效技术手段。 计算机仿真的用途主要包括以下几个方面:

(1)计算数学模型。例如求解代数方程、微分方程、偏微分方程、非线性方程或参数方程等，尤其是对需要大量运算次数的统计分析和寻优计算更是特别有效的手段。

(2)设计新系统。利用仿真技术在系统尚未建立之前可以论证系统方案及其可行性，从而可避免许多不必要的挫折;在系统设计过程中可以帮助设计人员先建立系统的模型，进行模型验证与模型简化，并可进行最优化设计。国内外开发研制成的许多控制系统计算机辅助设计软件包中都包含有仿真子包。此外在系统设计中经常会涉及采用新部件、新的控制装置等问题，这时利用仿真技术可以进行分系统试验来研究其可行性。

(3)为系统运行管理服务。在系统建成以后，利用仿真技术可以分析系统的工作状况，找出关键问题所在以寻求系统改进的途径，或者找出最佳运行参数以充分发挥系统各部分的功能，提高运行效率。例如，在港口服务系统中利用仿真技术，一方面可以做到合理地配置港口企业的人力、物力，实施优化调度和科学管理方案，提高企业管理水平，另一方面可以模拟分析系统的运行状况，找出“瓶径”以及合理的运行参数，为港口的建设与发展提供决策依据。

(4)为理论研究服务。系统理论的研究以往主要依靠理论推导，仿真技术发展以后，系统理论研究有了一个十分有效的工具。它不仅可以验证理论的正确性，而且可以进一步暴露系统理论在实现中的矛盾与不足，给理论研究提出新的课题。国内在最佳控制系统、自适应控制、大系统的分解协调等理论问题的研究中都应用了仿真技术。 计算机仿真技术在港口工程领域的应用起步晚、发展快，近年来己有不少研究成果。例如：在港口规划方面利用计算机仿真技术研究水运运输系统中各类港口(结点)的数量及合理布局、货物流量控制与调度、各类港口的规模确定、港口设施的优化配置、港口的环境保护与风险分析，“田以及预测将来港口的运营状况；在工程设计方面可用于研究港口总体布置与方案比选、建筑物设计、货物的装卸作业系统、水文条件分析；在港口生产营运与管理方面可用于研究港口设施的合理使用、货物搬运与仓储的优化调、人员与机械的最佳配置；在船舶营运方面可用于研究船舶的动力特性队、抗风浪性能队、操纵性能、航行控制与安全以及潜艇的航行训练、指控与战法等。

二．港口仿真系统 2.1港口仿真系统介绍

港口的服务对象是船舶，服务设备是港口的所有设施，其中最主要的是供船舶停靠的码头及其装卸设备。船舶营运受到自然条件、码头装卸效率、港口货物储存量等许多因素的影响而无法按规定的时间到达港口。由于船舶到港的随机