基于共轭贝叶斯模型的长江干线江苏段碰撞事故定量分析

对船舶碰撞风险的定量分析对于深入理解事故规律、避免事故的发生具有重要意义.以长江干线江苏段2012—2016年945起船舶碰撞事故或险情数据为例,对6个区域进行碰撞风险评估研究,建立相对事故贝叶斯模型,分析通航水域、航行状态和会遇情景3个指标下不同航行情景的相对风险关系.利用共轭贝叶斯方法,对江苏段船舶碰撞风险进行建模分析.研究发现,根据专家意见和事故数据进行风险评估的结果并不十分一致,深水航道、顺航道航行等普遍认为风险较低的情景,数据分析显示风险较大,这与数据的不完整性有关.当未来有更多数据时,可以对结果进行迭代更新,不断提升评价结果的精度和可靠性.      

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.     

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。      

航道桥梁船撞风险概率模型的研究

如今船桥碰撞风险已逐渐成为桥梁工程界所面临的尖锐问题之一,因此对其进行概率分析与风险评估具有重要意义。对国内外常用的6种船撞桥概率模型进行比较,选择戴彤宇模型作为基本模型并对其中的碰撞影响系数及几何概率积分区间进行一定的修正,利用正态分布的原理计算得到船撞桥的总概率。将失控船舶与非失控船舶分开考虑并分别计算它们与桥梁发生碰撞的概率,以便全面细致地揭示失控船舶与非失控船舶对事故发生的影响,根据所得概率与常用规范确定是否采取保护措施,并运用工程实例说明了该修正模型的实用性。     

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。     

海冰影响下船舶北极水域航行风险评估方法

北极东北航线的开通大大缩短了亚洲至欧洲的航行距离,而海冰是船舶北极航行的主要威胁.针对海冰影响下船舶北极水域航行风险研究,提出基于客观监测数据的贝叶斯动态风险评估方法.通过分析船舶北极水域航行所面临主要风险因素,基于控制理论构建北极东北航道船舶航行风险评价模型.在此基础上,结合贝叶斯网络评价分析方法,根据北极水域海冰动态监测数据,实现船舶北极航行动态风险评价研究.以"永盛轮"北极航行为研究对象,对所研究航线上的航行风险变化进行仿真.评估结果表明,所提方法可实现对船舶北极水域航行风险的动态评估,并突出海冰冰情对船舶极地航行风险的影响,其中,完全无冰和完全有冰状态下的航行风险差值达0.14,模型灵敏性高.      

合江长江二桥船舶撞击风险评估

比较大桥船舶撞击风险评估各代表性模型,采用《美国公路桥梁设计规范(AASHTO)》船舶撞击风险评估方法对合江长江二桥船舶撞击桥墩进行风险评估,根据评估结果进行风险决策,建议采取有效的防撞构造措施,以降低或避免碰撞风险发生的可能。     

基于双延迟深度确定性策略梯度的船舶自主避碰方法

为满足智能船舶自主航行的发展需求,解决基于强化学习的船舶避碰决策方法存在的学习效率低、泛化能力弱以及复杂会遇场景下鲁棒性差等问题,针对船舶避碰决策信息的高维性和动作的连续性等特点,考虑决策的合理性和实时性,研究了基于双延迟深度确定性策略梯度（TD3）的船舶自主避碰方法。根据船舶间相对运动信息与碰撞危险信息,从全局角度构建具有连续多时刻目标船信息的状态空间;依据船舶操纵性设计连续决策动作空间;综合考虑目标导向、航向保持、碰撞危险、《1972年国际海上避碰规则》（COLREGs）和良好船艺等因素,设计船舶运动的奖励函数;基于TD3算法,根据状态空间结构,结合长短期记忆（LSTM）网络和一维卷积网络,利用Actor-Critic结构设计船舶自主避碰网络模型,利用双价值网络学习、目标策略平滑以及策略网络延迟更新等方式稳定网络训练,利用跳帧以及批量大小和迭代更新次数动态增大等方式加速网络训练;为解决模型泛化能力弱的问题,提出基于TD3的船舶随机会遇场景训练流程,实现自主避碰模型应用的多场景迁移。运用训练得到的船舶自主避碰模型进行仿真验证,并与改进人工势场（APF）算法进行比较,结果表明:所提方法学习效率高,收敛快速平稳;训练得到的自主避碰模型在2船和多船会遇场景下均能使船舶在安全距离上驶过,并且在复杂会遇场景中比改进APF算法避碰成功率高,避让2~4艘目标船时成功率高达99.233%,5~7艘目标船时成功率97.600%,8~10艘目标船时成功率94.166%;所提方法能有效应对来船的不协调行动,避碰实时性高,决策安全合理,航向变化快速平稳、震荡少、避碰路径光滑,比改进APF方法性能更强。      

船舶-桥墩防撞系统碰撞过程精细化分析

基于动力学基本原理,分别从非线性、接触以及本构关系三个角度选择合适的计算理论建立船舶-桥墩防撞物之间碰撞动态耦合模型,进行大型桥墩防船撞精细化分析。以某斜拉桥柔性防撞钢套箱为实际工程案例,采用ANSYS/LS-DYNA计算模块,数值仿真3 000t及10 000 t轮船撞击钢套箱的动态全过程。对该模型动力响应计算结果进行分析,验证结构防撞效果,并从能量守恒角度检验该计算方法的数值稳定性。分析结果为今后此类结构设计或建立相关规程提供理论参考。     

破冰船护航条件下的船舶安全域划分方法

在高纬度地区的冬季,由于海冰的原因船舶航行变得较为困难,往往无法自主航行,需要破冰船进行护航和引导.在破冰船护航的狭窄冰道中,破冰船及跟随船之间存在一定的碰撞风险.因而,探究破冰船与跟随船之间安全距离与相对速度之间的相互制约关系,对破冰船护航下的船舶安全域进行划分是研究的重点.有别于传统开放水域安全模型,该研究对冰区船舶航行的最小静态安全距离进行了定义,并结合实际案例进行了安全域的分析.并将高斯混合分布的EM聚类算法应用于适合冰区护航中不同航行状态下的船舶安全域的划分.研究结果表明通过对船舶速度和安全距离数据的研究能够较好的区分出船舶的安全域,对破冰船护航下的安全航行操作提供了参考.      

基于接触理论与数值分析下复合墙体抵抗冲击力研究

在建筑复合隔墙墙体正常使用的过程中通常会受到外界物体的偶然碰撞,相互碰撞后所产生的冲击力会使墙体发生局部变形或产生应力集中现象从而影响墙体的整体稳定性、耐久性和使用性能.由于目前建筑复合隔墙墙体在抗冲击方面缺乏结构层面的计算方法,因此,为研究复合墙体在低速碰撞下抗冲击问题并分析该类型墙体在受到碰撞所产生的冲击力对其性能...     

城市道路无信号控制路段行人过街风险分级预警模型

为量化城市无信号控制路段下的行人过街风险,避免人车冲突事故频发,提出基于K-means算法的行人过街风险量化分级方法,并在此基础上建立了基于随机森林的行人过街风险分级预警模型。考虑时空接近程度及潜在碰撞伤害大小,选取冲突时间差、潜在碰撞距离与潜在碰撞能量3个指标,准确刻画出实际的人车交互场景,并利用K-means算法对行人过街风险状态进聚类划分,明确相应的行人过街风险等级。综合行人过街场景中包含的天气状况、道路交通设施、行人交通特征、机动车交通特征与历史事故等5类风险隐患因素,提出了30项行人过街风险二级指标,依据基尼不纯度对风险指标进行筛选并构建出最优的预警指标集,以此为模型输入,利用随机森林算法建立了能对行人过街风险进行细化、量化预测的分级预警模型。以山西省某市3处行人过街样本数据为算例验证模型的可行性。算例分析表明：行人过街风险等级分为5级时,量化分级结果能与实际行人过街情景较好吻合;本文提出的分级预警模型对各风险等级预测的整体正确率可达86.67%,其中对一级与四级风险的预警能力最为突出,一级风险识别准确率达到100%,四级风险识别准确率达到94.7%。本研究提出的行人过街风险...     

A Novel Approach to Vehicle Dynamics using the Theory of a Cosserat Point and its Application to Collision Analyses of Platooning Vehicles

A fully three-dimensional, computationally inexpensive vehicular model is presented. In contrast to traditional rigid body models, the vehicle's sprung mass is modeled as a (nonlinearly) deformable body. The formulation of the equations of motion is based on a continuum theory known as the theory of a Cosserat point. These equations largely preserve the relative simplicity of rigid body dynamics but incorporate deformable features. The ease of computer implementation permits the simultaneous simulation of vehicle and collision dynamics of multiple vehicles and highway objects. In this paper, the theory of a Cosserat point is summarized and its general application to vehicle and collision dynamics is illustrated. A three-dimensional collision algorithm is discussed with emphasis on small closing velocities (negligible residual crush, elastic rebound). The novel model is compared to standard procedures.     

A Novel Approach to Vehicle Dynamics using the Theory of a Cosserat Point and its Application to Collision Analyses of Platooning Vehicles

A fully three-dimensional, computationally inexpensive vehicular model is presented. In contrast to traditional rigid body models, the vehicle's sprung mass is modeled as a (nonlinearly) deformable body. The formulation of the equations of motion is based on a continuum theory known as the theory of a Cosserat point. These equations largely preserve the relative simplicity of rigid body dynamics but incorporate deformable features. The ease of computer implementation permits the simultaneous simulation of vehicle and collision dynamics of multiple vehicles and highway objects. In this paper, the theory of a Cosserat point is summarized and its general application to vehicle and collision dynamics is illustrated. A three-dimensional collision algorithm is discussed with emphasis on small closing velocities (negligible residual crush, elastic rebound). The novel model is compared to standard procedures.     

上海闵浦二桥主塔基础的防船撞分析

上海阂浦二桥的主塔基础设于主、副通航孔之间,主塔基础的防船撞问题尤为突出。利用规范及经验公式计算船舶撞击主塔基础的作用力,运用有限元仿真法分析有无防撞设施情况下船舶撞击主塔基础的风险性。     

基于模糊和突变理论的岩溶区桩端溶洞顶板稳定性分析方法研究

首先根据岩溶区桩端溶洞顶板系统的工程特点,引入突变理论和模糊理论,对岩溶区桩端溶洞顶板系统进行多层次目标分解,建立出符合其工程特点的岩溶区桩端溶洞顶板稳定性评判层次结构模型;其次,依据突变理论基本原理,对各评判指标进行突变类型确定和突变类型归一化公式的推导,在此基础上,根据归一化公式进行量化递归运算得到岩溶区桩端溶洞顶板稳定性评判的总突变隶属函数值的计算方法;然后,引入模糊隶属函数构造方法,利用初始模糊隶属函数和突变级数将突变理论和模糊分析结合起来,建立出岩溶区桩端溶洞顶板稳定性分析的突变评判新方法;最后将本文方法应用于工程实例,分析结果验证了该方法的可行性与合理性。     

车辆对桥墩撞击力仿真分析及简化计算

为研究车辆撞击桥墩过程中的撞击力及其简化计算方法,采用有限元软件建立等效车辆-桥墩碰撞模型,在验证等效车辆模型合理性的基础上,改变撞击速度得到撞击力时程曲线;提出将车辆碰撞桥墩视为匀减速过程的撞击力简化计算方法,并将简化计算方法撞击力结果和其它3种方法结果以及国内外规范取值进行对比.结果表明:撞击过程中车辆撞击力先后出...     

基于速度随机分布的低空空域小型无人机碰撞风险评估模型

碰撞风险是评价航空器运行安全性、确定航空器运行条件的关键指标。针对低空空域小型无人机数量增多导致空域安全隐患增加的问题，提出了1种基于速度随机分布的碰撞风险评估模型，确定了无人机在空域中的安全运行的条件。根据低空空域小型无人机操纵性灵活的特点，提出了针对低空空域小型无人机不同飞行动作的碰撞模板:为自由飞行的无人机设置符合实际运行的含碰撞层和避险层的双层球体碰撞模板；为沿固定路径飞行的无人机设置以机身尺寸为参考的长方体碰撞模板。考虑无人机飞行方向和速度变化快的特点，将传统无人机速度的线性分布模型改进为随机分布模型，计算无人机的相对运动关系，再利用速度矢量法计算碰撞模板扫过的空间体积。引入无人机动态定位误差、速度误差，在传统人机可靠性的基础上，建立基于速度随机分布的低空空域小型无人机碰撞风险评估模型。选取大疆M300和M600这2种型号的无人机作为验证机型，运用Matlab软件模拟特定空域场景，并分析碰撞风险与小型无人机密度的关系。通过仿真可以发现:空域内碰撞风险与无人机密度呈正相关关系；根据国际民用航空组织空域安全标准，2种验证机型安全运行的最大密度分别为4.2架/km3和5.0架/km3；在满足安全运行条件的前提下，采用新的碰撞风险评估模型，空域容纳2种无人机的数量的密度上限可分别提高106.9%和88.7%。实验结果表明，新的碰撞风险模型更加符合小型无人机运行特征，未来可以用于提升空域内无人机容量、提升空域利用率和无人机运行效率。      

A fuzzy approach to reconstructing vehicle–pedestrian collisions

Vehicle–pedestrian collision is one of the most frequent and most severe types of road accident. Many models, both theoretical and empirical, have been developed over the last 30 years to reconstruct this type of impact, but not all of them yield accurate results, with a spread averaging about ±10?km/h. Many multibody software systems have been developed as well. They are very accurate and, when all of the parameters required by the software are available, they are the best methods to reconstruct the collision. However, complete knowledge of the precise dynamics of pedestrian motion throughout the trajectory is not necessary. For a court expert, the data on conditions of pre-impact, impact and rest position are usually sufficient to make an adequate survey. The fuzzy approach presented in this paper is used to calculate the velocity of the impacting vehicle, considering the main parameters, all collectable at the scene of the accident, with a precision of about 3?km/h. Accordingly, this methodology represents a suitable tool for the purpose of accident reconstruction.