基于船舶行为特征的港口航道通过能力仿真

为使港口航道通过能力的计算更符合港口航道的实际情况,分析了港口航道系统特征及船舶交通流特征,建立基于船舶行为特征的港口航道通过能力模型.定义船舶行为特征的有关概念,并根据国内某大型海港的历史资料进行模型仿真试验.结果表明,该模型能较好地模拟港口航道交通流的实际运行状况,对港口航道通过能力的计算、评估和预测具有重要的理论价值和实际意义.     

基于AIS数据的船桥碰撞概率评估方法研究

针对船桥碰撞风险评估中桥梁船撞概率计算问题,基于自动识别系统(AIS)数据获得桥梁船撞影响参数,以解决现有方法中没有考虑特定桥梁航区实际通航船信息的问题.基于AIS数据分析了航行船舶动态,获得了船舶位置、航速和偏航角等参数,分析了船舶交通流,并以实际的船舶交通流对AASHTO规范模型中的几何概率进行修正;基于内河流域水流变化规律对AASHTO规范模型中的偏航概率进行修正,对比分析了修正前后的结果差异.结果表明:AASHTO规范模型没有考虑通航船舶的实际航道和速度变化情况,会导致所计算的桥梁船撞概率结果误差较大;对于船舶航行情况复杂的桥区,有必要采用基于AIS数据获得的实际通航船舶信息来估计船舶在桥区的分布情况,以提高计算结果的准确性;对于水流流速变化达到3 m/s,流向角变化达到3°的流域,应考虑水流变化对碰撞概率的影响.     

桥区航道船舶通过能力仿真

为合理分析计算桥区航道船舶通过能力,根据武汉长江大桥桥区航道船舶AIS数据及实测数据,分析船舶类型比例、船舶尺寸分布规律、船舶到达速度分布规律、船舶到达规律分布和船舶间时距等数据特征,利用VC编程生成仿真船舶交通流,并嵌入电子江图,实现数据的可视化输出.建立桥区航道船舶通过能力仿真模型,通过数据输出及分析处理,实现桥区航道船舶通过能力的分析计算,可为桥区航道规划设计及航道整治提供理论依据.     

Y形分叉复式航道船舶交通调度优化建模

为解决复式航道中存在的船舶交通冲突,以天津港复式航道为原型,抽象出一种Y形分叉复式航道模型.基于该航道船舶交通流特点及航行规则,划定影响航道船舶交通的三个关键区域,分别构建航道入口处主、辅航道及航行模式分配模型,警戒区主、辅航道交通流转换模型及Y字航道口分合流模型,以船舶总等待时间最小为目标函数,建立复式航道船舶调度数学模型,并设计相应的遗传算法求解模型.基于船舶进出复式航道模拟数据,利用MATLAB进行仿真实验.经过航行连续性、安全性、调度高效性分析,验证了模型的合理性及算法的有效性,可为VTS管理人员进行复杂水域船舶交通管理提供辅助决策.     

基于注意力机制的CNN-GRU船舶交通流预测模型

为更准确地预测内河船舶交通流，提出基于注意力机制的CNN-GRU船舶交通流预测模型。该模型主要借助一维卷积单元提取数据的高维特征，GRU单元学习数据中的时序特征，并通过引入注意力机制加强重要特征的学习，实现对超长序列的学习。此外，通过分析内河上下游航道交通流间的关联性，提取长江中下游6个航段的船舶AIS数据，构造多航段船舶交通流序列数据集，并将其输入本文模型中进行训练及测试。结果表明：相比序列预测模型中的SAE、LSTM、GRU、CNN+GRU和GRU+Attention,本文模型在针对不同交通流参数的预测中均具有更高的预测精度，交通流量、交通流密度和交通流速度的预测精度分别达到95.42%、97.33%、94.99%,可更好地满足工程应用需求。     

基于元胞自动机的航道交通流仿真

文章基于自动识别系统(automatic identification system, AIS)数据，将汇入主航道的分支交通流对航道整体交通状况的影响进行研究，该种情况类似于城市交通中匝道入口的汇入情形。鉴于航道内的该种情况，以元胞自动机进行建模仿真；并通过分析可追越条件下两船之间的速度关系，发现其中规律与三相交通流理论中的速度适应机制相契合，于是将基本图理论与三相交通流理论中的合理部分相结合，构建一个既符合实际又便于模拟的单向双通道航道内的交通流模型，并通过图像和时间序列相关分析对该模型进行说明和验证。此外还利用该模型对带有汇入主航道内的交通流出现的一些交通现象进行仿真和说明。     

基于ArcSDE的内河电子航道图改正方法

为提高内河电子航道图数据更新的准确性和及时性,保证船舶航行安全.提出一种基于ArcSDE的内河电子航道图改正方法,利用ArcSDE可扩展关系数据库为空间可用数据库的特点,将内河电子航道图数据存储到空间数据库中进行处理.结果表明该方法提高了航道数据处理的效率.     

安徽省淮河流域内河船舶数学建模及实船试验

为构建安徽省内河航道中代表船型的数学模型，以船舶实船试验为手段，获取其内河代表船型航行参数，并根据相关测试数据对船舶进行数学建模。在实船试验的同时能够同步获取航经水域水流和水深数据，根据船舶响应模型，修正和拟合相关船舶运动参数，提高船舶操纵数学模型的精度，使得后续模拟试验的结果更具普遍性。     

港口航道交通流仿真模型的研究

根据海上交通工程方法研究了交通流的生成与发展规律以及交通网络的时空分布,提出了基于航路的港口航道交通流的仿真模型,其中船舶避碰模型采用操船者主观危险度SJ模型,开发了以电子海图为背景的仿真系统,仿真结果与客观事实相符。     

基于可接受间隙理论的交汇段次航道通过能力

为研究内河交汇段航道通过能力,分析了内河交汇段船舶流特性。讨论了可接受间隙理论在内河交汇段实行"分道通航"规则下分析应用的可行性。借鉴公路无信号交叉口通过能力计算方法建立交汇段航道通过能力计算模型。以长江尹公洲"十字型"交汇航段为例,在条件相同下计算比较交汇段航道、基本段航道和船闸三种航段的通过能力。比较结果表明:交汇段通过能力小于基本段通过能力,但大于船闸通过能力;为内河航道设计、交通运输规划等相关领域的人员提供参考。     

基于排队论的元胞自动机在港口交通流的研究

将排队论和元胞自动机相结合研究了单航道2上船舶进港时港口交通流的情况.当船舶进港时,将进港船舶和岸上的监控中心看作排队论的两个基本要素,采用数值模拟手段研究服务效率对整个船舶交通流的影响.数值结果表明:在无安全船距或较短服务时间的条件下,服务比率和平均通过率越大,船舶密度越小.     

复杂水域船舶交通组织研究综述

船舶大型化、日益增大的船舶交通流和受多种因素影响的通航水域的复杂性,对海上船舶交通管理提出了更高要求。相对于需要巨大投资的通航水域“硬件”条件的改善,科学合理的船舶交通组织管理是保证船舶安全、缓解拥塞、提高航道通航效率的一种性价比高且实用的途径。因此,研究复杂水域的船舶交通组织具有重要的意义。本文从研究对象、内容、方法等方面梳理了复杂水域船舶交通组织的研究现状、分析了现有文献研究的特点以及取得的成果,并在此基础上结合实际需求从五个方面为下一步复杂水域船舶交通组织的研究方向提供了参考。     

基于Bi-BPNNs的船舶轨迹修复模型

为了解决船舶轨迹数据的异常和丢失问题,辅助轨迹复原和情景推演,提出一种双向学习模型,用于修复船舶轨迹.从AIS(Automatic Identification System)报文中提取航行船舶的上下文轨迹特征向量,改进基础BP(Back Propagation)神经网络的拓扑结构,构建具有双向预测功能的BP神经网络(Bi-BPNNs)模型,修复缺失的轨迹数据.使用长江干线航行船舶的真实轨迹数据对构建的模型进行验证和分析,通过与基础BP网络和常用线性插值方法的对比,证明Bi-BPNNs模型在船舶轨迹修复上具有更好的性能和效果.     

E-Navigation系统中的MIP-AIS技术

为解决内河与沿海非公约适用船舶的避碰和安全航行问题,弥补现有基于VHF通信方式的AIS系统在该领域应用的缺陷,提出一种基于公众移动IP网络的AIS技术(MIP-AIS).研究实现基于MIP-AIS技术的两种船舶自动识别模式-S-C模式和S-S模式,以及其对通信网络带宽的需求模型.仿真试验与实际系统的实现均表明:MIP-AIS技术可经济可靠地提供沿海船舶与内河船舶之间以及船舶和MIP-AIS控制中心之间的信息交互;基于S-S模式的船舶自动识别系统的信息传输性能优于基于S-C模式,但是前者的船载终端设备的复杂度要高于后者.     

基于甚高频数据交换系统的船舶编队通信网络最优路由方案

甚高频数据交换系统(VHF data exchange system,VDES)是国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)主导的e-航海战略与水面自主航行船舶的基本通信方式之一,计划2021年左右发布正式技术标准;其可提供船-船之间自组织高速数据交换,将有效推进船舶编队通信联网技术发展.为此,在分析海上真实船舶运动特征基础上,提出了一种船舶编队群组移动模型.以此为基础,研究了船舶编队通信网络特征,重点对基于VDES联网编队的自组织网络路由协议性能进行了仿真分析.结果 表明,相对DSR(dynamic source routing)协议及DSDV(destination-sequenced distance-vector)协议,AODV(Ad Hoc on-demand distance vector)协议在路由开销及分组投递率方面具有显著的性能优势,能更好地适应基于VDES的船舶编队通信网络,满足船舶编队通信应用需求.     

基于船舶领域的珠江口通航风险评估

针对珠江口通航水域的交通安全状况,基于动态船舶领域及相关计算模型,建立船舶航行密度、交通冲突和矢量动能风险子模型,并且通过挖掘分析事故数据和船舶动态数据,对载运易发生事故的特殊货物船舶进行附加风险加权;然后,对四项风险因子进行耦合,建立系统性的珠江口通航风险评估模型;最后,针对水域内船舶实时营运状态,率定相关计算参数,运用该耦合模型计算得出"珠江口通航风险综合指数",并将风险指数分为4级.验证分析表明,该通航风险评估模型比较客观实际,可为海事监管提供技术支撑.     

基于AIS数据的船舶会遇挖掘与分析

为实现在AIS海量数据中快速高效地识别会遇船舶信息,对会遇船舶航行过程实施监控和分析,识别研究水域内存在的海上交通安全风险点。以台湾海峡部分区域内的AIS数据作为研究对象,运用改进的DBSCAN聚类算法,结合船舶会遇特征参数计算,挖掘两船会遇与多船会遇信息,根据船舶方位和航向差划分船舶交叉、对遇和追越三种会遇局面,并通过定量化方式多维度描述不同类型的船舶会遇过程。结果表明:分析轨迹数据的时空特性可以再现船舶会遇场景,能更清晰全面地展现船舶的会遇过程。     

航行船与停泊船水动力相互作用的数值分析

采用动网格技术并选取RNGk-ε湍流模型,通过求解非定常RANS方程,对浅水中航行船与停泊船相互作用的三维非定常黏性流场进行了数值分析.计算了停泊船受到的水动力,通过将计算结果与经验公式结果进行对比,验证了本文采用的数值计算方法的有效性;计算了航行船所受水动力,比较了作用在航行船和停泊船上的水动力的大小.最后,计算了不同水深、两船间距、停泊船离岸距离和航行船离岸距离条件下停泊船受到的水动力,并对计算结果进行了分析,得出了以上4种因素对停泊船受到的水动力作用的影响规律.