基于灰色聚类的交叉航路拥挤识别方法

为了减轻空管人员对交叉航路拥挤态势的认知负荷,针对现有空中交通拥挤识别方法的局限,根据交通拥挤的形成过程,提出了基于飞入、飞出交通量的交叉航路拥挤定义;在此基础上,提出了交叉航路拥挤度量指标,即滞留度指标、汇聚度指标和当量交通量指标,建立了交叉航路汇聚度模型,以及基于灰色聚类的交叉航路拥挤识别方法.交叉航路仿真运行数据的验证结果表明:交叉航路拥挤态势是其宏观动态特征和微观复杂特征相互作用的结果,本文方法识别的准确率达到90%,且计算过程简单可行.      

基于道路交通状态的随机用户平衡

运用随机用户平衡配流的基本思想和交通流理论，提出了道路交通状态的概念，以便讨论交通拥挤情况下的交通量分配问题．将道路交通状态定义为行程时间和道路拥挤度的线性加权和．假定在路网随机变化的情况下，出行者以行程时间和道路拥挤度最低为路径选择准则，建立了基于道路交通状态的随机用户平衡配流模型，并证明了模型的等价性和唯一性，给出了该模型的连续平均求解算法．一个小型网络的数值计算结果表明，该模型能反映出行者在随机路网中的路径选择行为．     

考虑前导船影响传递性的船舶安全间距计算及软件设计

为了降低船舶在航道内的通航风险,提升船舶通航效率,基于跟驰理论,构建了考虑前导船影响传递性的船舶安全纵距计算模型,引入风流载荷对模型中的参数进行优化,并开发了安全间距计算软件,可快速实现不同船舶、风速、流速等情况下跟驰船舶安全间距的计算.将该模型应用到船舶在东营港区航道单向行驶时安全间距计算中,结果表明：应用该模型确定船舶安全间距,可在保证船舶安全航行的前提下提高航道的利用率,充分利用航道资源,验证了模型的有效性与可信度.     

长江三峡库区航路改革与船舶避碰

基于三峡工程蓄水后三峡库区航道特性和船舶流基本特性,根据船舶定线制的基本原理提出了三峡库区船舶航路改革的基本原则;根据船舶会遇的几何模型,提出了库区船舶在对驶相遇、追越、交叉相遇情况下的避碰决策.     

长江三峡库区航路改革与船舶避碰

基于三峡工程蓄水后三峡库区航道特性和船舶流基本特性，根据船舶定线制的基本原理提出了三峡库区船舶航路改革的基本原则；根据船舶会遇的几何模型，提出了库区船舶在对驶相遇、追越、交叉相遇情况下的避碰决策。     

船舶主机能效模型

根据船、机、桨关系,以船舶动力装置的能量传递为基础,基于MATLAB/Simulink仿真平台建立了主机能效模型。以某内河旅游船舶为研究对象,根据船体与主机参数,利用回归多项式法得到螺旋桨敞水特性曲线。在船舶上安装了油耗仪等传感器,采集了主机瞬时油耗、船舶对地航速、对水航速等数据,并计算了主机的实际能效。针对实船采集数据,分析了航道水流速度的分布特征。基于仿真模型,计算了船舶在不同航道水流速度与对水航速下的主机能效,比较分析了实测数据与仿真结果,并对模型进行了验证。验证结果表明:航道水流速度偏度为-0.033,总体服从正态分布;船舶实际主机能效与对水航速之间不是一一对应关系,而是相关系数为0.824的散点分布;船舶主机能效模型能够精确地表征船舶在航行过程中的主机能效水平及其变化规律,误差不大于10.5%。     

基于船舶流的交通时间阻抗模型

为确定航道的交通阻抗,研究了船舶交通流的基本特性,分析了无船闸航道基本段与船闸的通航特点,建立了基于船舶交通流理论的交通时间阻抗计算模型,以客观的描述船舶交通出行时在不同交通流状态下的运行效益.算例计算分析表明,模型是可行、可靠的,能够根据船舶运行的基本实测数据确定任意路径的时间交通阻抗.     

内河航道船舶尾气快速排放清单研究——以长江江苏段为例

为高效计算和分配内河航道船舶尾气污染排放,支撑船舶排放控制区建设,提出了一种内河航道船舶尾气排放清单快速计算方法。以长江江苏段为例,选取10个控制断面,基于船舶自动识别系统（Automatic Identification System, AIS）和劳氏船级社数据库,采用船舶交通排放估算模型（Ship Traffic Emission Assessment Model, STEAM）,建立10个控制断面的船舶排放清单,在分析各断面污染物空间分布特征的基础上,采用反距离加权插值法（Inverse Distance Weighted, IDW）建立连续排放模型,计算断面间的船舶排放。结果表明：2017年长江江苏段船舶尾气排放SO2, NOx, PM10, PM2.5, CO和挥发性有机物（Volatile Organic Compound, VOC）分别为5.53万t, 19.21万t, 1.25万t, 0.95万t, 0.98万t和0.45万t。与使用全部AIS数据的传统STEAM相比,该方法在保证80%计算精度的基础上,能显著减少计算所需数据量和时间。     

AIS基站短消息特性

研究了在内河与港口应用环境下,由船载自动识别系统(AIS)基站发送到船舶的短消息特征,分析了AIS报文在场强下降后的波形失真与误包原理。在半实物仿真平台下,分析了消息长度与误包率的关系,并给出相应的误包率预测模型。结合Hata-Okumura模型,提出了拥挤航道下AIS基站向船舶发送短消息的极限容量。最后以黄浦江上海航道为例,运用极限计算模型对其极限容量进行了预测,并与实测结果进行了对比。对比结果表明:短消息可靠性随长度增加与场强降低而逐步下降,基站能同时进行短消息管理的AIS船舶数量有限,对于本文设定的黄浦江上海航道,当AIS目标船舶数量达到625艘时,AIS基站能同时进行短消息通讯的AIS船舶容量的计算结果为26艘,实测为24艘,计算结果与实测结果基本一致。     

航道内实时船舶交通流航行风险主动评估

为主动评估航道内实时交通流航行风险,并对交通事故状态做出预警,利用高斯混合模型和最大期望算法构建了贝叶斯网络。基于长江草鞋峡水道内船舶检测器数据和交通事故数据,学习和训练贝叶斯网络的结构和参数,构建了贝叶斯网络分配器。分别对8组船舶交通流数据建立贝叶斯网络分类模型,结果表明:采用交通事故发生前20~40 min内、且距离事故地点最近的2个船舶检测器的数据构建的模型分类效果最优,正确率为78.13%。最后通过与BP神经网络和K近邻两种估计算法比较,证明了BN模型预测效果更优,是一种较好的实时交通流航行风险评估方法。     

跟驰理论在受限航道水域船舶间安全间距计算的应用

为得到适用于受限航道水域船舶间安全间距确定方法,本文基于道路交通工程学的相关理论,引入船速、货种安全系数等参数构建受限航道水域船舶间安全间距计算的跟驰模型,利用该模型得到不同安全水平下,单向行驶船舶之间安全间距的表达式.以某海港进港航道两大型船舶编队进港为例,利用本文提出的船舶间安全间距确定方法从一般安全水平和充分安全...     

多特征融合的船舶轨迹相异度模型分析与优选

基于船舶自动识别系统轨迹，构建了船舶轨迹静态相异度模型、动态相异度模型以及组合相异度模型，包括轨迹起点和终点相异度模型、轨迹长度相异度模型、轨迹空间分布相异度模型、轨迹航速均值相异度模型、轨迹航向均值相异度模型、轨迹航速标准差相异度模型和轨迹航向标准差相异度模型；采用KNN分类算法进行轨迹分类，分析了单个相异度模型的有效性和时效性，对比了单个相异度模型和组合相异度模型下轨迹分类效果，研究了组合相异度模型中相异度模型的类别和权重对轨迹分类的影响；分别以内河航道和港口水域船舶轨迹进行试验。试验结果显示:在采用单个相异度的情况下，就分类效果而言，轨迹起点和终点相异度模型和轨迹航向均值相异度模型在内河航道和港口水域船舶轨迹分类效果均优于其他模型，而基于轨迹航速均值相异度模型和轨迹航速标准差相异度模型的轨迹分类效果最低，就分类效率而言，基于航速、航向均值和标准差的相异度模型耗时明显低于其他3个相异度模型；采用组合相异度进行轨迹分类，内河航道和港口水域船舶轨迹分类结果的基于精确率和召回率的宏平均值和微平均值均能接近99%；将组合相异度中相异度类别数由4个增加到7个，轨迹分类评估结果进一步得到提高。因此，单个相异度模型中以轨迹起点和终点相异度模型、轨迹航向均值相异度模型以及轨迹空间分布相异度模型分类效果最优且稳定，而轨迹空间分布相异度模型和轨迹长度相异度模型耗时明显高于其他方式，各相异度模型在不同场景中的适应性基本相似，通过增加组合相异度中相异度类别能够提高轨迹识别效果。      

弯曲河段通过大型船舶能力预报研究

干线航道的船舶通过能力大小,取决于弯曲、浅滩、桥区等限制性河段的船舶通过能力,为了使有限的航道资源得到充分的利用,开展有关限制性航段船舶通过能力研究,尤其是弯曲河段船舶通过能力,实现船舶通过能力的准确预报是十分必要的.根据弯曲河段航道特点和水流特征,通过分析弯曲河段风、流对船舶运动的作用机理,采用数学建模的方法,建立弯曲河段航道宽度、曲率半径等航道尺度与通航船舶尺度的关系模型,实现弯曲河段通过能力的准确预报.     

基于排队论的广州港伶仃航道南沙口以南航段通过能力计算

为对广州港伶仃航道南沙口以南航段与广州港发展的匹配程度进行评估,以确定伶仃航道南沙口以南航段的饱和程度,本文引入排队论算法,综合考虑航道服务水平、港口系统的内部运行模式、船舶的航行安全等因素,运用科学方法确定两种船型作为本文代表船型,构建基于排队论的航道通过能力计算模型,并将该模型应用到广州港伶仃航道通过能力计算中,结果表明:模型计算结果与航道目前实际运行情况相符,验证了模型的有效性,对港口、引航等部门具有指导意义.     

考虑游览船运营特征的航道通过能力评价方法

为构建客货船舶协同动态运行控制技术体系，以经典航道通过能力模型为基础，构建基于游览船运营特征(发船高峰性和航线集中度)的航道通过能力模型.根据黄浦江游览核心区船舶自动识别系统(AIS)数据，对所提出的航道通过能力模型进行实证分析.研究结果表明，本文航道通过能力模型能够较为准确地评价研究区域的实际航道通过能力.游览船发船高峰时期与现有航线规划条件下，黄浦江游览核心区航道通过能力(76艘/h)趋近饱和状态；当过境船到达超过69艘/h时，建议海事相关部门采取“错峰”航行等相关政策.     

考虑游览船运营特征的航道通过能力评价方法

为构建客货船舶协同动态运行控制技术体系，以经典航道通过能力模型为基础，构建基于游览船运营特征(发船高峰性和航线集中度)的航道通过能力模型.根据黄浦江游览核心区船舶自动识别系统(AIS)数据，对所提出的航道通过能力模型进行实证分析.研究结果表明，本文航道通过能力模型能够较为准确地评价研究区域的实际航道通过能力.游览船发船高峰时期与现有航线规划条件下，黄浦江游览核心区航道通过能力(76艘/h)趋近饱和状态；当过境船到达超过69艘/h时，建议海事相关部门采取“错峰”航行等相关政策.     

多种失效模式下高速公路复杂网络可靠性研究

提出以设计时速为基准的路网行程时间可靠性的计算方法,建立基于延迟系数的行程时间可靠性模型,探究在不同失效策略下,路网行程时间可靠性的变化规律.以高速公路网为例,利用对偶法对高速公路网进行拓扑结构建模,计算拓扑网络中的节点度,设置路网连通可靠性、行程时间可靠性和道路阻断及拥挤状态下的路网可靠性三种情景,分析不同情景下路网可靠性的变化规律.结果表明:与以往的模型相比,基于延迟系数的高速公路网行程时间可靠性模型可准确有效地反映其路网在不同失效模式下的运行特性.随着低速道路的条数增加,路网行程时间可靠性降低.行程时间系数和延迟系数均达到最小值时,此时的路网行程时间可靠性的值最大.     

基于模拟器试验超大型集装箱船弯曲航宽研究

运用船舶操纵模拟器模拟试验的方法,通过分析风、流压差角等参数对超大型集装箱船航迹带宽度的影响,提出了超大型集装箱船通过弯曲航道时所需航道宽度的计算方法.     

拥挤条件下公交系统的拟动态均衡配流模型

论文考虑了由于公交线路运营能力不足造成的车站排队拥挤现象,在此基础上构造了拥挤条件下公交系统的拟动态均衡配流模型.该模型可自动估计不同时段内拥挤条件下的公交流量和车站的乘客排队,特别是在非常拥挤的情况下(即乘客需求超过公交网络运营能力)也能够进行流量分配,并确定车站的乘客排队长度.因此,该模型较好地反映了公交网络的拥挤效应.所给算例说明了不同需求条件下该公交均衡配流模型的应用.     

多桥水域航道通过能力仿真研究

为了确定内河多桥水域的航道通过能力,提出多桥航道的交通流仿真模型.以长江武汉段的多桥航道为研究对象,收集大量的船舶交通流历史数据,用统计的方法分析这些数据获得交通流特征,提出基于蒙特卡罗方法的船舶生成模型、队列模型、航路模型和船舶运动模型等;开发仿真系统并对模型进行验证;通过仿真实验确定多桥水域的航道通过能力.仿真结果表明,所提出的内河多桥航道交通流仿真模型是可行和有效的;在目前的通航条件下,长江武汉段多桥水域的航道通过能力与实际的交通流量相比显得非常富余;在安全航速范围内,通过整体提高船舶的航行速度可以显著提高航道的通过能力;航道水深的变化对上行和下行航道通过能力的影响具有明显的差异.