基于船舶A IS数据的桥区水域通航饱和度研究

为分析内河通航情况,评价桥区水域航道饱和程度,研究不同船舶领域模型对航道饱和度评价造成的影响,构建了基于船舶A IS数据的通航饱和度模型.通过大量历史船舶A IS数据分析,计算了船舶交通流量、通航密度、通过能力等参数,基于停船视距船舶领域构建了通航饱和度模型,提高了饱和度计算精度;分析了饱和度随时间的变化特征,并提出了最大饱和度等评价指标.以长江中游武汉河段桥区水域为例,研究近三年桥区水域通航饱和度用以验证.结果表明,长江中游桥区水域通航饱和度平均约为20% ~30%;武汉长江大桥附近饱和度最大可达53%,与实际较为相符;基于藤井船舶领域模型相比停船视距船舶领域模型计算所得的通过能力值高76%,饱和度低43%.采用停船视距船舶领域计算所得饱和度随区域交通流特征而变化,相比于传统方法更加精准.      

弯曲河段宽度与航道通航能力关系研究

船舶通过弯曲航道所需航宽的计算对于安全航行具有十分重要的意义。根据叠加原理,分别计算出在无风流情况下过弯道所需航宽、流致漂移量、风致漂移量、偏航量,相互叠加得到有风流情况下船舶通过弯道所需航宽。编制应用软件,对航道通航能力进行预报。     

G1501 跨泖港大桥主动防撞系统设计

G1501高速公路跨泖港大桥上跨平申线(上海段)航道。该航道是《上海市“十二五”内河高等级航道建设规划》中首批启动建设的航道，为黄浦江上游三大支流之一，目前航道等级Ⅴ改Ⅳ。改造过程中航道上桥梁被船撞风险高，通过对桥梁预防航道船舶碰撞预警系统工作模式与参数化技术、多源数据三维测量空间的平面转换算法与工程实现技术、基于多源数据融合的船舶通航异常行为的判别技术、桥梁预防航道船舶碰撞预警系统性能优化与工程测试技术等内容进行研究，突破基于多源数据融合的复杂背景下航道多目标检测/跟踪算法、基于多源数据融合的船舶-桥撞击态势预测等关键技术，泖港大桥采用主红外、可见光和激光测距三类传感器复合体制的航道桥梁主动防撞系统。从而实现全天候、全天时、全自动航道桥梁主动防撞监控及预警，其应用效果良好。     

考虑误航的船舶撞击桥梁速度计算方法及工程应用

船舶撞击速度是进行船桥碰撞研究的关键参数之一,直接影响船撞力的大小和桥梁的设防标准。通过对船撞事故及现有船撞速度确定方法的分析,考虑桥梁设计通行能力及发生误航的可能,提出一种考虑误航时偏航失速的船舶撞击速度计算方法。通过在某双塔斜拉公路大桥防船撞研究中的应用,采用3种船舶撞击模式进行防撞研究,结果显示,不同模式下通航孔桥墩的撞击速度相差较小,非通航孔桥墩的撞击速度相差较大,考虑以边跨为通航孔时发生偏航撞击模式,对于非通航孔桥梁抗撞设计更加合理,通过LS-DYNA有限元分析软件模拟了船舶撞击桥墩过程,并得到了船舶正撞力标准,可作为防船撞研究和设计的参考。     

某内河航道桥抗船撞安全性能评估分析

鉴于船撞桥事故频发，特别对于桥龄超过20年的内河航道桥，桥梁抗撞能力在设计阶段鲜有考虑，需要进行抗撞安全性能评估。通过Midas Civil、Xtract有限元软件建立分析模型，根据《桥梁抗撞设计规范》(JTGT 3360-02-2020)要求，结合实际通航船舶的情况，对某内河航道大桥通航孔桥墩进行抗撞性能分析。结果表明：桩柱式桥墩在300 t船舶撞击力偶然组合下强度及变形均不满足要求，在100 t船舶撞击力偶然组合下变形不满足要求。建议采取航道控制措施，降低通航船舶吨位、限止船舶通航速度，并设置防撞措施保障桥梁结构安全。基于分析过程，总结了桥梁抗撞安全性能评估的一般流程。     

新建海船拖航通过长江尹公洲狭水道尺度适应性研究

为保障新建海轮编队拖航的安全,掌握新建海船拖航占用水域与实际通航航道尺度的适应性,选择最具代表性的3万总t级新建海船船型编队尺度,根据船舶操纵理论,充分考虑风、流影响下的漂移量,分析计算该船队拖航通过长江下游尹公洲狭水道所需尺度.      

基于改进AASHTO模型的动态船撞桥风险评估法

提出基于改进AASHOTO模型的动态船撞桥风险评估法。基于AASHTO模型,引入时间因素,根据桥区通航条件现状,统计适用于广东省的撞损桥墩分类船舶年通航量及未来船舶年通航密度;根据通航量和通航密度随时间的变化,计算动态的偏航概率、年撞击频率。综合考虑撞击力的方向、作用点、大小等对桥梁损伤的影响,结合LS—DYNA软件和ANSYS PDS,建立有限元模型,分析获得一次撞损概率。综合上述通航量、偏航概率、几何碰撞概率和一次撞损概率的计算结果,获得动态船撞桥风险概率。实桥算例表明,上述方法是可行的。通过上述方法,可计算船撞桥动态风险,为桥梁防撞决策提供依据。     

赤水河节能航标工作船设计

基于船型研发的成果及实绩,对赤水河山区河流航道节能航标工作船的设计要点进行阐述,主要涉及船舶主要要素、型线、总体布局、结构设计以及节能设备选型等方面.实船航行测试显示,相比于母型船在相同功率下设计航速提高30％以上.     

桥区水域船舶临界失控水动力干扰区研究

基于细长体理论,将桥墩视为绝对静止船舶,针对会遇(船舶顺流驶经桥墩)及追越(船舶顶流驶经桥墩)2种状态,利用船间水动力干扰通用模型计算船-桥干扰水动力,MMG模型计算船舶操纵性能,验证了桥区水域船舶临界失控水动力干扰区域的客观存在,将桥区安全通航由桥墩被动防撞转化为船舶主动防撞.通过船-桥间间距等相关参数的变化,系统分析了桥区水域船舶临界失控水动力干扰的变化规律.     

低等级通航河道整治工程施工通航安全保障方案研究

近几年来,嘉定区加大了对骨干河道的整治力度,先后综合整治了环城河、练祁河、娄塘河、横沥、盐铁塘和顾浦等河道.上述河道都为低等级航道,即7级航道或等外级航道,在整治工程施工期间必将对过往船只和工程施工船舶带来一定的安全影响.通过对顾浦(省界～鸡鸣塘)综合整治工程施工期间通航安全各种因素进行综合分析,提出针对性的安全保障措施,保障过往船只和工程施工船舶的安全,对今后类似低等级航道施工有一定的借鉴作用.     

多特征点驱动的船舶轨迹聚类方法

轨迹聚类在船舶行为分析与海事监管等领域发挥着重要作用。船舶轨迹存在长度与采样率不一致、结构差异明显等特点,在大范围水域难以实现大量船舶轨迹的高精度与快速聚类。针对该问题,在利用船舶自动识别系统获取海量船舶历史航行数据的基础上,提取与船舶航行行为、船舶交通密度相关的位置特征点,进而提出了多特征点驱动的船舶轨迹聚类方法。针对船舶航行时在大多数情形下具有保向、保速的特点,采用数据压缩的方法捕获船舶航行状态以及船舶航向发生显著变化的轨迹点,作为船舶轨迹结构特征点;针对目标水域中某些特定区域常存在船舶交叉会遇的情形,利用概率密度估计法分析船舶交通流的空间分布特点,并提取船舶会遇局面下的轨迹点,作为船舶交通流特征点;为剔除2类特征点中的异常值,采用密度聚类算法对特征点进行聚类,进一步提高特征点提取的可靠性,并将聚类结果中每类特征点的中心作为代表性特征点;统计途经代表性特征点的船舶轨迹分布情况,将具有相似分布的船舶轨迹视为同一类。实验结果表明:相比于常用的K-medoids聚类、层次聚类、谱聚类和DBSCAN等方法,提出的轨迹聚类方法在成山头水域、长江口南槽水域及舟山水域等典型区域均可获得优异的聚类结果;在上述典型水域,平均轮廓系数分别提升约53%,71%,63%和41%,戴维森堡丁指数分别降低约57%,67%,63%和45%;同时,此方法可平均降低约56%的聚类时间,显著提升了船舶轨迹数据聚类分析的效率。      

内河船舶AIS网络通信性能研究

随着船舶数量的日益增长,密集通航水域AIS系统的信道负载迅速增大,出现系统时隙冲突、信道拥塞、AIS网络通信异常等现象,导致AIS应用的可信度降低,成为船舶航行安全的隐患.为了更为精确、及时地反映AIS网络通信性能的实际状况,基于AIS综合应用平台实时监测AIS网络通信性能指标,以长江武汉段AIS数据为基础,选取一周的指标监测数据,从网络容量、网络信道负载率、网络吞吐率、网络阻塞率、网络利用率5个方面对该水域AIS网络通信性能进行评价分析,并通过仿真研究了AIS网络通信性能的变化趋势和极限状况.研究结果表明现阶段长江干线武汉段AIS网络信道负载率在15%左右,吞吐率接近100%,通信性能良好.随着船舶数的增加,网络信道负载率达到60.5%时,出现AIS网络通信阻塞现象,并得到通信阻塞时13种运动状态下的船舶数分布.研究结果客观、准确地反映了研究水域的AIS网络通信性能,为内河海事主管机关监控、管理、调控AIS系统提供技术支撑.      

成山角分道通航制水域航行风险辨识与操纵决策方法

针对成山角分道通航制水域船舶航行风险高的问题，对数字化仿真环境、风险辨识、避碰机理和操纵决策开展研究。通过解构成山角水域的构成要素，建立静态交通环境的数学模型，结合船舶动态信息，构成动静结合的数字化仿真环境；基于时间、空间双维度的碰撞危险度模型和本船船位信息，提出碰撞等航行风险的辨识方法；考虑《1972年国际海上避碰规则》和良好船艺要求，归纳成山角水域不同会遇局面下的避让原则和方法，结合避碰机理求取最小改向幅度；运用时序滚动和反馈补偿方法，提出能自适应目标船机动特征的操纵决策模型。模拟成山角水域船舶会遇场景，开展多目标船场景下的仿真实验，结果表明:①在自建坐标系的会遇场景中（目标船:坐标位置（44 600 m，62 300 m），航向210°，航速12 n mile/h；本船:坐标位置（41 200 m，38 000 m），航向000°，航速12 n mile/h），基于成山角水域船舶行为的船位推算方法可提前1 168 s识别到碰撞危险；②在随机生成的多目标船模拟环境下，本船在245，617，2 005，2 405 s分别采取右转17°、复航、右转11°、复航操作，可让清所有目标船，满足船舶在该水域航行时操纵决策的需求。综上，提出的方法在成山角水域可更早识别到碰撞危险并进行操纵决策，为船舶在类似分道通航制水域中智能航行的实现提供理论基础。      

基于改进未确知测度模型的内河客船夜航风险评价

为确保内河客船在夜间的安全营运,对客船夜航安全因素进行辨识,并将影响客船通航安全的因素分为人-船因素、自然环境因素、港口因素和管理因素4类一级指标,建立内河客船夜航风险评价指标体系.通过使用层次分析法(AHP)和熵权理论相结合的方法,降低各评价指标在权重分配中主、客观因素造成的影响.运用未确知度理论,处理客船夜航风险评价中评价因子的随机性和不确定性.以天津海河为例,运用改进的未确知度模型对客船夜航进行综合安全评价.实例验证结果表明,船员适任、船舶适航、背景光强和船公司安全管理以及船舶安全管理等5个评价指标权重比值较大,海河客船夜航风险等级属于"一般"风险且置信度不低于70%.      

基于云模型和熵权的青岛港邮轮航行安全评价

邮轮风险系数高于一般的海上运输形式,其安全问题越来越成为业内的关注热点.结合实际条件,将青岛港邮轮航行安全评价的影响因素分为人、船舶和环境3个一级指标及相应的二级指标,建立邮轮航行安全评价体系.将云模型应用于邮轮航行安全评价中,实现评价因素值与评语的不确定映射;用熵权法确定邮轮航行安全评价指标之间的相对权重.以青岛港邮轮为例,利用基于云模型和熵权法的评价方法完成了邮轮航行安全评价.结果表明,研究对象邮轮的安全等级云模型云滴主要分布在期望 EX=83.73附近,评价结果为"比较安全".该方法能兼顾等级概念的模糊性与随机性.      

VTS系统在航道交通管理中的应用研究

针对目前港口航道交通管理的要求,探讨如何利用VTS系统对航道船舶交通和浮标实施有效的安全监控。利用航道水文气象数据通过具体的管理监控方法研究和报警装置的设置,对合理组织船舶交通、预防船舶误航、船舶航行动态信息提供等进行了研究和探讨。     

基于船舶行为的武汉长江大桥水域货船通航规律研究

内河桥区是水上交通事故的多发水域,为保障船舶通航安全、预防和减少事故的发生,从船舶行为的角度来对船舶自动识别系统(AIS)数据开展研究,以航速和航向角作为船舶行为特征来分析上下行和水期因素对其的影响.通过对各影响因素条件下的特征数据分别采用正态分布和对数正态分布拟合,发现后者能更准确描述航行规律;同时以航速、航向角区间散点比例的统计结果来量化各因素的影响.研究表明,货船航速在下行时受枯水期影响相对明显,航速整体倾向于向较高航速区间[7,9]kn转移;货船航向角在上下行时受洪水期影响较大,其中货船上行时航向角具有增大的趋势,而下行时具有相反的趋势.      

基于随机森林算法的内河船舶油耗预测模型

准确的船舶油耗预测模型是船舶实现各项航行优化措施的基础.以长江干线某旅游船为研究对象,通过安装信息采集系统获得了大量的船舶实时营运数据.通过理论分析得出影响船舶油耗的主要因素为风速、风向、水深、水流速度和船舶航速;改进了随机森林建模时参数的设置方法,提出一种变量的重要性测度方法;对去噪处理后数据进行系统抽样并进行归一化处理,得到建模的样本数据;把样本数据按0.7∶0.3的比例随机分为训练样本和测试样本,对训练样本采用随机森林(RF)算法建立油耗预测模型;通过模型预测测试样本的油耗值,与实测数据对比,结果显示预测误差低于6.8%,优于BP神经网络与支持向量机(SVM)的预测结果;分析模型中各变量的重要性顺序为:航速>水流速度>水深>风速>风向,利用偏相关分析得到了单个因素与油耗间的定量关系.      

基于模型预测控制的船舶纵向航速协同控制方法

多船协同航行在海事搜救、资源勘探、极地航运等领域中具有显著优势，其中纵向航速协同控制是实现船舶协同航行的关键。通过分析船舶螺旋桨转速、加速度与航速之间的关系，构建了考虑风力影响的船舶纵向动力模型，为实现前后船加速度与跟驰距离的关联，引用基于变时距策略的船舶间距模型。设计了考虑航速、加速度等多约束的多船航速控制目标函数，并利用模型预测控制方法实现了最优化问题的实时求解。通过Matlab进行仿真验证，结果表明，提出的基于模型预测控制方法的船舶纵向航速协同控制方法在前船加速、减速、匀速等工况下，后船均能实现对前船的精确稳定跟驰，其距离跟踪误差分别为0.092 5 m，0.192 8 m，0.166 2 m，与PID方法相比具有更好的收敛性、跟踪精度和抗干扰能力。      

内河桩柱式桥墩抗船撞能力分析

对跨越低等级航道的桥梁普遍使用的桩柱式下部结构在船舶撞击作用下的受力问题进行研究。以浙江省某跨越6级航道的桥梁为研究对象,采用有限元软件ANSYS对船舶横桥向与顺桥向撞击下桥墩桩基的受力进行分析。分析结果表明,横桥向船舶撞击下,设置横系梁可使各桥墩立柱和桩基中的弯矩重分配,被直接撞击的桥墩的立柱和桩基的弯矩减小,其他桩基的弯矩增加,撞击处的墩身横截面应力最大值无明显变化,其他区域的应力水平有所降低,高应力区域减少;顺桥向船舶撞击下,设置横系梁起到的作用有限,桥墩立柱和桩基中的弯矩和应力变化不大。