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一种基于AIS数据的河口段船舶碰撞风险评价方法研究

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一种基于AIS数据的河口段船舶碰撞风险评价方法研究

作者：陈鹏飞武汉理工大学

学位级别：硕士

大江大河的河口段连接着内河与海洋,往来船舶常汇聚于此。国家经济与航运快速发展的过程中,船舶大型化、高速化日益明显。河口水域船舶交通密度高、通航环境复杂多变,船舶碰撞事故多发、风险高,严重威胁着人民生命、财产以及环境安全。... 详细信息

大江大河的河口段连接着内河与海洋,往来船舶常汇聚于此。国家经济与航运快速发展的过程中,船舶大型化、高速化日益明显。河口水域船舶交通密度高、通航环境复杂多变,船舶碰撞事故多发、风险高,严重威胁着人民生命、财产以及环境安全。开展河口段船舶碰撞事故的风险研究,从理论上认识事故致因耦合作用机理预报概率,分析船舶会遇特征,进行船舶交通流仿真,有助于从本质上和不同尺度上认识水上交通安全问题,为高效的航运和清洁水域提供保障。基于船舶AIS（Automatic Identification System）数据与碰撞事故历史数据,本文提出一种理论与仿真相结合的河口段船舶碰撞风险评价方法,并以珠江口深圳西部水域为例进行了实证研究。在理论上,首先建立了基于模糊四元船舶领域的碰撞候选船舶的检测模型,并进行了多致因影响下的碰撞概率贝叶斯网络推理;在仿真上,建立了基于人工势场的船舶交通仿真模型,搭建了碰撞仿真平台;在实证上,对比深圳西部水域船舶碰撞事故、险情的时空分布特征,分析上述理论和仿真模型的可靠性和有效性。本文的具体工作包括:一、综述了风险的定义和内涵、船舶碰撞风险的研究现状,针对河口段船舶碰撞事故的复杂耦合和微观避碰问题提出了理论和仿真相结合的风险评价方法,并对涉及的模糊四元船舶领域,贝叶斯网络以及人工势场等理论和方法进行了归纳和分析。二、建立了碰撞风险理论计算与仿真分析所需的三个模型。首先,结合模糊四元船舶领域,设计了基于AIS数据的碰撞事故候选船舶检测模型,用以统计水域可能发生碰撞的危险会遇船舶。其次,基于收集到的船舶碰撞事故数据,从“人-船-环境-管理”方面分析造成船舶碰撞事故的致因变量,建立了基于船舶碰撞事故树的贝叶斯网络模型。最后,利用水域AIS数据聚类快速提取航路参数与交通流特征,基于人工势场理论设计船舶交通仿真模型,利用碰撞候选船舶检测模型对仿真数据进行分析。三、基于上述模型,开展了碰撞风险评价模型的应用,分析深圳西部水域船舶碰撞风险。将理论计算和仿真分析得到的风险时空分布、敏感因素以及风险量化结果与历史事故数据进行比较,验证了方法的可靠性。研究结果显示该风险评价方法能够在一定程度上识别出水域碰撞事故的高发时段与水域、事故的敏感致因因素,并且碰撞概率等结果与历史数据在数量级上保持一致。本文提出的船舶碰撞风险理论与仿真分析方法,可以从机理和动态上刻画河口段船舶碰撞风险,揭示风险时空分布、船舶类型和尺度特征规律以及致因影响的风险敏感程度,并对船舶碰撞风险进行量化求解。这些研究结果可为水上交通安全管理和港口与航道设计等相关工作等提供理论和技术参考。

关键词：河口水域碰撞风险评价 AIS数据船舶领域贝叶斯网络人工势场船舶交通仿真

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老铁山水道通过能力研究

老铁山水道通过能力研究

作者：赵宁大连海事大学

学位级别：硕士

航道交通通过能力的计算是港口规划与建设中重要的基础性工作。近年来,随着港口经济的迅速发展,进出港口船舶的数量持续增加,船舶种类变化多样,以及各个港口之间的运输网络、交通流日趋复杂多变,使得原本繁忙的水道压力倍增。老铁山水... 详细信息

航道交通通过能力的计算是港口规划与建设中重要的基础性工作。近年来,随着港口经济的迅速发展,进出港口船舶的数量持续增加,船舶种类变化多样,以及各个港口之间的运输网络、交通流日趋复杂多变,使得原本繁忙的水道压力倍增。老铁山水道作为船舶进出环渤海港口群的重要的支撑航道,是众多港口的生命线,对港口经济的发展起着至关重要的影响,因此,其交通通过能力成为港口及航道管理部门的重要关注问题。本文先系统研究了国内外对航道交通通过能力的研究,从计算公式研究与计算机仿真研究两大方面对内河航道以及港口航道的交通通过能力进行了细致比较分析,再结合海上交通工程学中对交通容量的定义与分类,对不同类型的交通容量进行了区分比较,探索了各种影响因素,确定了对老铁山水道通过能力选用的概念是可能通过容量。而本文的研究重点,将锁定在船舶领域模型的选取上。对船舶领域的选取是基于目前老铁山水道实际的通航情况,在搜集统计了2012至2013年一整年航道内航行的船舶的AIS数据信息的基础上,运用matlab软件对已得信息进行仿真,解析出特定时间段内的船舶行为,针对不同的行为来具体研究船舶领域的计算方法,综合得出符合目前航道状况的船舶领域的尺度。最后,本文确定了各种通过能力的影响因素的系数,从而得出水道的通航容量约为1079051艘/年,能够满足目前交通流量692113艘/年的要求。论文通过对老铁山水道内船舶行为以及实际航道条件、自然条件的分析,确定航道的交通通过能力。该研究对于丰富有针对性的航道交通通过能力的研究理论和方法有一定的价值,对于老铁山水道附近港口的建设与规划有着积极的作用。

关键词：老铁山水道船舶行为船舶领域通过能力

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基于速度障碍法的内河渡船避碰研究

基于速度障碍法的内河渡船避碰研究

作者：张俊峰大连海事大学

学位级别：硕士

内河航运是我国交通运输体系中重要的组成部分,由于它污染小、运力大、运费低等特点,越来越受到人们广泛的关注。但是,随着内河航运的发展,船舶的数量开始增大,加上内河航道的环境复杂多变,随之带来的是船舶碰撞事故常有发生。内河渡船... 详细信息

内河航运是我国交通运输体系中重要的组成部分,由于它污染小、运力大、运费低等特点,越来越受到人们广泛的关注。但是,随着内河航运的发展,船舶的数量开始增大,加上内河航道的环境复杂多变,随之带来的是船舶碰撞事故常有发生。内河渡船关系到人民群众的生命财产安全,是满足沿江两岸人民生活需求和物质交流的重要纽带,在渡口处的船舶航行安全问题尤其值得重视。目前,全国共有九千多个渡口,分布在水网密布、水资源丰富的省份,渡船仍是当地人们往返两岸的重要交通工具,但是我国每年仍是发生多起渡区碰撞事故,其主要原因是船员不遵守规章制度、船舶状态差、危险程度判断不足、避让措施不合理、通航密度影响等因素,由于渡船主要是载客和载货,所以造成了巨大的人员伤亡和财产损失。综上,研究渡船的航行安全问题,为保障乘客的生命安全以及渡船航行安全具有重要意义。论文的主要工作如下:(1)基于AIS大数据的渡船船舶领域提取。通过网格化渡船周围的水域,用插值法求出同一时刻其他船所占的网格,叠加每一时刻他船的网格分布,得到此渡船的网格密度图。在渡口附近,针对尺度相近的渡船,通过船舶AIS大数据得到该类船舶的网格密度图,根据平均密度法确定船舶领域的边界散点图,基于最小二乘法用椭圆拟合出该类渡船的船舶领域。所得船舶领域符合内河上下流对船舶航行安全水域的影响。(2)面向内河船舶避碰的速度障碍法改进。海洋中船舶采取避碰措施时两船距离相对较远,传统速度障碍法是将两船简化为质点。针对内河航道相对狭窄、船舶采取避碰措施时距离很近的特点,提出了一种同时考虑本船和目标船的船舶领域的改进速度障碍法,并给出了两物体会遇时的避碰措施,规避了传统速度障碍法将两船简化为质点所引起误差较大的问题,同时该方法适用于任意两个相对运动物体,具有更好的普适性。(3)在长江南通段渡口处,以“江苏路渡3007”作为渡船,以“国电11”作为通航船舶进行了实船仿真,详细的分析了整个避碰过程,实验结果表明,按照本文提出的避碰方法可以实现安全避碰。

关键词：速度障碍法渡船 AIS数据船舶领域

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航道顺直段船舶交通流仿真分析

航道顺直段船舶交通流仿真分析

作者：侯梦琳东南大学

学位级别：硕士

面对日益增长的船舶吨位以及繁忙的江、海轮混合的船舶运输,航道通过能力和服务水平受到影响。深入航道船舶交通流规律,有利于优化水运交通组织方式,保证航道的通行效率和航行安全,具有重要研究意义。本文考虑船舶交通特征,提出基于前... 详细信息

面对日益增长的船舶吨位以及繁忙的江、海轮混合的船舶运输,航道通过能力和服务水平受到影响。深入航道船舶交通流规律,有利于优化水运交通组织方式,保证航道的通行效率和航行安全,具有重要研究意义。本文考虑船舶交通特征,提出基于前船航速的船舶领域模型,建立航道顺直段船舶交通流元胞自动机模型,分析不同船舶领域以及船舶尺寸对船舶交通运行特征的影响。针对船舶航行实际情况,结合航运安全规则,考虑船舶安全间距,基于元胞自动机建模原理,建立了顺直航段可换道的双向交通流仿真模型:以京杭运河实际通航资料对模型进行验证。在此基础上,结合船舶领域、停车视距的概念,分析了定值船舶领域、基于简化法计算制动距离的船舶领域、基于积分法和考虑相对速度的船舶领域的计算模式。通过仿真分析船舶领域、船舶尺寸以及航道瓶颈对航道交通流的影响,结果表明:在自由流阶段,与运河实际通航船流数据拟合较好的船舶领域模型在高密度交通流状态下差异较为显著,若将以往经过低密度交通流验证的船舶模型直接用于高密度交通流进行仿真分析,存在一定风险;针对长江深水航道船型,在不同船舶尺寸下,航道的船舶航行速度分布差异较小,对于不同船型组成,长江航道的船舶航速极小值均为5km/h左右,这与海船的最低舵效的研究成果较为一致,进一步验证了模型的准确性;当部分航道被占用时,不同船舶领域下交通瓶颈的影响、传播范围的区别,当船舶取值较小时,更有利于航道大范围内堵塞的控制以及瓶颈的消散。考虑相对航速的船舶领域模型一方面更符合未来船舶导航的发展趋势,另一方面也有助于提升航道的通行效率和安全保障。

关键词：顺直航道船舶交通流船舶领域元胞自动机仿真

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基于AIS数据的船舶危险驶过研究

基于AIS数据的船舶危险驶过研究

作者：崔捷大连海事大学

学位级别：硕士

随着经济全球化的快速发展,国际贸易规模不断扩大,船舶运输业也得到了快速发展。为了提高运输效率,船舶数量不断增加,船舶也向着大型化、专业化不断发展,致使港口和海上主航道的交通密度不增大,船舶航行环境不断恶化。船舶航行风险是海... 详细信息

随着经济全球化的快速发展,国际贸易规模不断扩大,船舶运输业也得到了快速发展。为了提高运输效率,船舶数量不断增加,船舶也向着大型化、专业化不断发展,致使港口和海上主航道的交通密度不增大,船舶航行环境不断恶化。船舶航行风险是海上交通研究的重要方面,船舶信息采集的传统方式花费巨大,而AIS数据采集方便,并且记录了实时的船舶信息。通过对船舶轨迹信息的分析研究,获取船舶发生危险驶过的时空分布,发现船舶航行的危险区域,加强对危险水域的监控,对改善通航环境,保证船舶的安全航行具有重要意义。为了确定琼州海峡的危险水域,本文所做的主要工作如下：(1)对AIS数据进行解析获取船舶的轨迹信息,并将信息储存到数据库中,以线性插值的方式对缺失的船舶轨迹数据进行插值处理,并以一分钟提取一次的频率对船舶轨迹信息进行采样处理以提高数据处理的效率。(2)提出了船舶危险驶过的概念,并用船舶领域对船舶危险驶过的概念做出了详细的解释。根据研究水域的特点提出船舶危险驶过的船舶领域模型,以及船舶危险驶过的判定规则和检测算法。(3)以琼州海峡为例,基于接收到的船舶AIS数据信息,对船舶的危险驶过进行检测,得到了发生危险驶过的船舶信息,并从船舶危险驶过的时间分布、船舶类型、船舶尺度以及当时船舶所处的会遇态势等多个角度分析了琼州海峡船舶危险驶过的状况。同时,利用ArcGIS对船舶危险驶过中不同会遇态势的船舶位置进行热点分析,获取琼州海峡的船舶危险驶过热点图,用于评估琼州海峡的航行风险,确定危险水域,确保船舶的安全航行。

关键词：船舶危险驶过 AIs数据危险水域船舶领域

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全球智能船舶及规范发展动向

中国船检 2019年第4期 29-34页

作者：郭胜童徐凯彭宜蔷上海国际航运研究中心

在智能船舶的定义和规范方面,我国走在了世界前列,并且体系更为全面.近年来,无人交通工具创新浪潮风起云涌。在船舶领域,也出现了对无人驾驶船舶相关技术的研发热潮。由于船舶无人化不仅要求实现无人航行,还需要实现机舱无人运维、货物... 详细信息

在智能船舶的定义和规范方面,我国走在了世界前列,并且体系更为全面.近年来,无人交通工具创新浪潮风起云涌。在船舶领域,也出现了对无人驾驶船舶相关技术的研发热潮。由于船舶无人化不仅要求实现无人航行,还需要实现机舱无人运维、货物无人监管、无人维修等一系列问题,无法一蹴而就,但其所代表的船舶智能化发展趋势却不可逆转。

关键词：船舶领域智能化无人驾驶船舶世界前列交通工具发展趋势无人化航行

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避碰时机决策模型的分析

大连海运学院学报 1991年第1期17卷 37-43页

作者：赵劲松古文贤大连海运学院航海系操纵避碰教研室

在确定避让时机方面,国外许多学者多年来进行了大量研究,建立了很多模型,取得了可喜成果,但又都存在一定的问题.本文着重对这些问题进行分析,以期为解决这些问题,建立更为科学的模型提供帮助.

关键词：避碰时机决策模型船舶领域动界

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长江深水航道通过能力研究

中国港湾建设 2016年第2期36卷 5-10页

作者：张玮刘锦安孙宏杰刘怀汉褚明生河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098 长江航道局湖北武汉430010 奉化市规划局浙江宁波315500

综合船舶交通流理论和船舶领域解析公式,引入加权平均船型和设计小时系数等概念,结合船舶吨位与船舶尺度关系,推荐任意船型下航道理论和设计通过能力计算方法,并应用于即将颁布的长江干线航道通过能力计算。研究表明：长江干线最高等级... 详细信息

综合船舶交通流理论和船舶领域解析公式,引入加权平均船型和设计小时系数等概念,结合船舶吨位与船舶尺度关系,推荐任意船型下航道理论和设计通过能力计算方法,并应用于即将颁布的长江干线航道通过能力计算。研究表明：长江干线最高等级航道（I-1级）的通过能力最大,理论年通过能力270亿~310亿t,设计年通过能力80亿~93亿t,约为理论通过能力的30%;船舶吨位是决定航道通过能力的最关键因素,对于深水航道,通行的船舶吨位应尽量与航道等级相匹配;船舶吨位对于水深变化较为敏感,特别是海轮航道,航道增深带来的通过能力增加效果最为明显。

关键词：长江深水航道船舶领域船舶交通流航道通过能力

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持续推进碳排放市场建设

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