郑中义——海上交通工程ppt课件.ppt

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1、,海上交通工程,郑中义 教授,大连海事大学航海学院,绪论,一、早期的海上交通研究研究制定海上避碰规则；推荐与指定海上航路。二、海上交通研究的开始道路交通工程的确立；二次世界大战结束后，世界经济复苏；多佛尔海峡碰撞事故多；日本与1976年成立海上交通工程学研究组。,三、海上交通工程学的确立日本首先命名为海上交通工程；1971年，发表海上交通工程的综述论文1972年在英国召开第一次海上交通工程学术会议四、海上交通工程的内容与研究方法特点（1）是工程科学的分支；（2）研究对象是海上交通；（3）研究方法借鉴道路交通工程；（4）研究目的主要是增进海上交通安全和提高交通效率。,海上交通工程的研究方法：调查

2、-分析-应用-再调查欧洲与日本早期海上交通工程研究的区别(1)理论体系，基础研究(2)应用,第一章 海上交通要素,第一节 海上交通的概念第二节 船舶与驾驶人员特性第三节 海上交通环境,5,第一节 海上交通的概念,一、海上交通的定义荷兰学者Wepster定义为：指定区域内单个船运动的组合。因此由西欧十几个国家共同完成的重大海上交通科研项目（COST301）主报告第一卷（概念与定义）中指出：海上交通可定义为“给定海域（或空间）内发生的，使用这一空间的所有船舶的运动”。日本海上交通工程学者藤井认为：船舶行为的总体就是海上交通。吴兆麟教授综合海上交通的定义为：指定区域内船舶行为的总体与运动的组合。交通

3、事故是指碰撞、搁浅、触碰等与船舶运动有关的事故,6,“海上交通”定义如何理解 船舶交通不是指运动的船舶，而是指船舶的运动；船舶交通不是指某一艘船的运动或行为，而是指某区域内所有船舶的运动或行为的总体。,二、海上交通的分类按水域类型分：有港口船舶交通、水道船舶交通和沿海船舶交通等。研究港口船舶交通时：分为进口船舶交通与出口船舶交通。研究水道船舶交通时：分为过往交通与穿越交通。研究沿海水域船舶交通时：常常以大多数船舶的运动方向分类，分别研究东行交通与西行交通（如直布罗陀海峡等）或北上交通与南下交通（如我国成山头附近水域）。研究定线制的船舶交通时：使用交通、穿越交通、使用沿岸通航带的船舶交通等。在研

4、究船舶交通时，有时从船舶交通的构成上进行研究，包括船舶各类、船舶尺度等；有时也从船舶操纵性、船舶国籍等方面进行研究，这也是一种交通构成。另外在研究某水域船舶交通或行为时，特别注意特殊船舶影响。,第二节 船舶与驾驶人员特性,一、船舶特征1.船舶尺度：用来表明船舶的大小。标准船的概念船舶的分级 总吨（吨）船舶参数的关系 满载吃水（米） 型宽（米） 型深（米）2.船舶速度：分为船速(对水速度)和航速(对地速度)。船舶定速：即海上速度（90%额定功率、9697%额定转速）港内速度：主机额定转速7080%对应的速度安全航速：第6条规定：“每一船舶在任何时候应用安全航速行驶，以便,9,能采取适当而有效的避

5、碰行动，并能在适合当时环境和情况的距离以内把船停住。” 规则还规定：“在决定安全航速时，考虑的因素中应包括下列各点：第一，对所有船舶：(1)能见度情况；(2)通航密度，包括渔船或任何其他船舶的密集程度；(3)船舶的操纵性能，特别是在当时情况下的冲程和回转性能；(4)夜间出现的背景亮光，诸如来自岸上的灯光或本船灯光的反向散射；(5)风、浪和流的状况以及靠近航海危险物的情况；(6)吃水与可用水深的关系。,第二，对备有可使用的雷达的船舶，还须考虑：(1)雷达设备的特性、效率和局限性；(2)所选用的雷达距离标尺带来的任何限制；(3)海况、天气和其他干扰源对雷达探测的影响；(4)在适当的量程内，雷达对小

6、船、浮冰和其他漂浮物有探测不到的可能性；(5)雷达探测到的船舶数目、位置和动态；(6)当用雷达测定附近船舶或其他物体的距离时，可能对能见度作出更确切的估计。船舶特性时间：船舶长度与速度之比。是反映船舶操纵性的特征之一。,3.船舶冲程和旋回（1）船舶冲程停车冲程倒车冲程冲程与安全航速（2）船舶旋回紧迫局面与船舶旋回安全航速与船舶旋回,二、驾驶人员特征 船舶驾驶人员是指船长、值班驾驶员、引航员等实际下达指挥操纵船舶命令的人员。1.视觉特征视力（静、动）视野（静、动）色彩感觉影响因素（位置、背景光、光、盲区、年龄、能见度、照度等）2.听觉3.反应特征驾驶人员在驾驶船舶过程中不断接受本船、他船、助航设

7、施与标志、水文气象与航路条件及交通管理方面的各种外界信息，并在刺激后作出相应的反应。 反应特性的影响因素：,(1)反应时间与受刺激的感觉器官有关; (2)反应时间与运动系的种类(左手、左脚、右手、右脚)有关; (3)反应时间与刺激的强度有关; (4)反应时间与人体的状态有关; (5)反应时间与驾驶环境有关; (6)反应时间与速度有关; (7)反应时间与饮酒量有关; (8)反应时间与药物有关。,4.疲劳、兴奋与生理节律（1）疲劳,（2）生理节律每天,每月每年5.人为因素与海上交通事故,第三节 海上交通环境,海上交通环境是指船舶运动所处的空间与条件，包括航行水域，该水域的自然条件和交通条件三方面。

8、一、航行水域 航行水域是船舶运动的场所和空间。从海上交通系统说，航行水域由港口和航路组成。从地理上说，航行水域包括江河湖海及称之为港湾、海峡、水道、运河、航道等水域。 海上交通工程学所着重研究的是港口及其附近水域、重要水道（海峡）和沿海水域中的船舶交通。,18,第三节 海上交通环境,二、自然条件 自然条件指的是水域的气象、水文与地形条件等。 地形条件是指船舶航行与操纵的空间范围是否受到限制的程度。 水文条件指的是水深、水流、潮汐、波浪、冰冻等对船舶交通有影响的各种因素。 气象条件是指能见度、大风和台风等条件。,19,第三节 海上交通环境,三、交通条件交通条件指的是港口和航道的布置和设施、水域中

9、助航标志和设施、交通管理规章和手段等。它是通过人工努力为便利船舶交通而创造的各种硬环境和软环境，亦可称为认为交通环境。,20,第二章 海上交通调查,第一节 海上交通调查概述第二节 海上交通观测第三节 航海模拟器试验第四节 查阅资料和发放调查表,21,第一节 海上交通调查概述,一、调查目的（1）发现妨碍海上交通安全和效率的因素；（2）寻求改善海上交通的办法和措施；（3）检验引进新的海上交通设施、规则和系统的效果；（4）积累预报未来海上交通状况的数据资料；（5）为建立交通流理论模型提供基础资料，等等。,22,第一节 海上交通调查概述,二、调查项目（1）船舶密度分布 （6）船舶到达规律（2）航迹分布

10、 （7）船舶领域（3）交通流 （8）交通容量（4）交通量 （9）会遇率（5）船速分布 （10）避碰行为,23,第一节 海上交通调查概述,三、调查工作海上交通调查工作包括搜集海上交通原始数据、确定数据处理方法和目标、具体处理数据三部分。四、调查方法从搜集海上交通原始数据的方法看，海上交通调查方法主要有下列几种：（1）海上交通观测（marine traffic observation）；（2）查阅港口船舶记录与统计报表；（3）航海模拟器试验（marine simulator experiment）；（4）问卷调查（questionaire technigue）。,24,第二节 海上交通观测,通常所

11、说的海上交通调查主要指交通观测。海上交通观测一般又可分为视觉观测、雷达观测和航空摄影三种方法。一、视觉观测二、雷达观测三、雷达观测记录1.直接观测记录 2.人工标绘 3.雷达图像摄影 4.雷达信息直接输入计算机四、航空摄影五、交通观测点位置1.岸边观测点 2.静止船舶观测点 3.航行船舶观测点 4.空中观测点,25,第三节 航海模拟器试验,航海模拟器是从事航海专业人员培训和航海技术研究的新型手段。一般分为操纵模拟器和雷达模拟器。后者是按照国际海事组织（IMO）要求对船员进行“雷达观测和标绘”培训的必备实验手段。我校主持研究的“高品质航海模拟器及其开发平台” 通过交通部鉴定，亦通过了国际著名船级

12、社DNV（挪威船级社）所提出的A级（最高级别）航海模拟器性能指标的认证。该研究成果已先后在国内外16家航海院校和培训中心推广应用，已取得了很好的经济效益和社会效益。,26,第四节 查阅资料和发放调查表,一、查阅资料1.进出港船舶资料 2.港口航道资料 3.海事资料 4.锚地资料 5.气象资料二、发放调查表向广大船员发放调查表也是海上交通调查的一种方法，主要用于收集有关船舶行为方式的原始数据。,27,第三章 海上交通实况,第一节 船舶密度及其分布第二节 船舶航迹分布第三节 交通流第四节 船舶速度分布第五节 交通量第六节 船舶交通的统计特性第七节 交通容量,28,第一节 船舶密度及其分布,一、船舶

13、密度船舶密度是指某一瞬时单位面积水域内的船舶数，它反映水域中船舶的密集程度。船舶密度还在一定程度上反映水域中船舶交通的繁忙程度和危险程度。二、船舶密度分布 船舶密度分布，实质上是指一个水域中船舶的空间分布。三、船舶密度及其分布图船舶密度及其分布根据海上交通调查中收集的原始资料加以整理求得，并以船舶密度及其分布图表示。,29,第二节 船舶航迹分布,船舶航迹，即船舶航行轨迹，是船舶运动路线的记录。一个水域中所有船舶的航迹就显示出海上交通路线的特征或交通型式。航迹分布是指一个水域内所有船舶运动路线的空间分布。航迹分布这一概念与船舶密度分布有相似之处，前者是线的空间分布，后者是点的空间分布。航迹分布在

14、一定程度上反映一个水域的交通拥挤程度和交通危险程度航迹分布也是表征海上交通实况的一个重要概念。它和船舶密度分布一样，是船舶交通的基本要素之一。航迹分布以航迹分布图表示。,30,第三节 交通流,一、交通流概念交通流指的是一条道路上连续不断地沿着这条道路朝着同一方向运动的各种交通工具的总体运动特征。二、交通流模型图式一般来说，一个交通流模型设计一下五个基本要素：（1）交通流的位置，它根据航迹分布图确定；（2）交通流的方向，它根据船舶的运动方向确定；（3）交通流的宽度，它根据航迹分布图确定；（4）交通流的密度，它根据密度分布图确定；在交通流模型中是将交通流的密度假定为均匀分布，以便于理论研究和具体计

15、算；（5）交通流的速度，它根据船舶速度分布曲线确定，在交通流模型中是将交通流的速度假定为均匀分布的（取速度平均值），以便于理论研究和具体计算。,31,第三节 交通流,三、交通流基本模型关系式根据海上交通调查搜集到的船舶实况资料，假设船种单一、船速均匀，航向相同，航迹宽度不变，即可得到交通流量、交通流密度、交通流速度、交通流宽度之间的关系式。这就是船舶交通流基本模型，可以用下式表示：Q = V W式中： Q交通流量（艘/小时）；交通流密度（艘/海里2）；V交通流速度（节）；W交通流宽度（海里）。,32,在既定的水道中或给定交通流宽度的情况下，可以用以下几张图大致表示交通流量、交通速度和交通密度之

16、间的关系。,33,第三节 交通流,第四节 船舶速度分布,从海上交通工程研究对象来说，所谓船舶速度不是指单个船舶航行速度或最大船速，而是指在一个水域中活动的或通过一个水域或水道的所有船舶的速度的分布范围和速度平均值。 由于可以在航迹分布基础上建立交通流模型，故船舶速度分布一般指归纳到一个交通流模型中的各个船舶速度的分布情况；该交通流模型中的各个船舶航行速度的平均值即平均速度就是交通流速度。船舶平均速度是交通流模型的五个要素之一。研究船舶速度分布的另一个目的是预测归于同一个交通流模型中的船舶之间会发生追越会遇的频率。,34,第五节 交通量,交通量是指单位时间（年、月、日、小时）内通过水域中某一地点

17、的所有船舶的数量，是交通流量或船舶流量的简称。它的大小直接反映一个水域船舶交通的规模和繁忙程度，并在一定程度上反映该水域船舶交通的拥挤和繁忙程度。一、交通量的分类 按船舶用途分：运输船舶、其他船舶； 按船舶种类分：杂货船、客船、油船、渔船、其他船舶； 按船舶推进分：机动船、非机动船； 按船舶国籍分：本国籍船、外国籍船； 按船舶大小分：按船舶总吨位或船舶长度分成几类； 按船舶航区分：远洋船、沿海船、港内船、内河船； 按航行路线分：北上、南下；东向、西向；过往、横越；航道内、航道外，等等。,35,第五节 交通量,二、交通量的表示方法平均小时交通量：任意期间各小时交通量的总和除以该期间小时数所得的值

18、。平均日交通量：任意期间各日交通量的总和除以该期间日数所得的值。同样，也可以用月平均交通量。 根据交通变化规律，用于表示交通变化特征的值有：高峰小时交通量：全天交通量最大的一个小时成为高峰小时，该小时内的交通量为高峰小时交通量。年最大小时交通量：一年内各小时交通量中最大的一个小时交通量。年最大日交通量：一年内各日交通量中最大的一个日交通量。,36,第五节 交通量,三、进出港口船舶数在研究港口水域的船舶交通时，与交通量概念相近的一个量是进出港口船舶数，并常常按照船舶国籍、航区和船舶种类等进行分类统计，以年、月、日进出港口船舶艘次数来表示。四、加权交通量由于船舶大小相差甚远，交通量的单位只用单位时

19、间内通过的船舶数目来表示而不考虑通过船舶尺度与吨位，就不能确切的反映一个水域或水道内船舶交通的规模和该水域或水道的重要程度。为此，日本学者引进了加权交通量的概念。权可以取船舶总吨位或船长。五、船舶分布,37,第六节 船舶交通的统计特性,一、基本统计方法数据处理的基本方法分为列表法和作图法两种。船舶交通调查数据的整理方法如下：1.离散变量的数据整理2.连续变量的数据整理用平均数、中位数，众数等来表示数据的集中性；用方差、标准差、极差等来表示数据的分散性；用变差系数、偏度系数等来表示数据分布的形态特点。二、船舶到达规律交通量属于离散型随机变量，其概率分布通常可用泊松分布和二项分布来描述。,38,第

20、七节 交通容量,一、交通容量的概念在海上交通工程学中，交通容量是指一个水道处理船舶交通的能力。以单位时间内能够通过的最大船舶数表示。二、交通容量的分类（1）基本交通容量：指的是水道条件和交通状况皆属理想状态时的单位时间内最大交通量。（2）可能交通容量：指在现实的航路条件和交通状态之下，单位时间内的最大交通量。可能交通容量在数值上要小于基本交通量。（3）实用交通容量：也称设计交通容量，它是实际采用或设计单位时间内的最大交通流量。实际交通容量在数值上小于可能交通容量。三、影响交通容量的因素四、交叉路口与锚泊区的容量,39,第四章 船舶行为,第一节 船舶行为研究概述第二节 船舶领域第三节 船舶领域模

21、型的发展第四节 动界第五节 会遇第六节 避碰行为,40,第一节 船舶行为研究概述,一、船舶行为的概念广义的船舶行为：船舶的正常航行行为和船舶的避碰行为。狭义的船舶行为：船舶在驾驶人员操纵之下以船舶避让为主要目的的行动方式与规律。二、影响船舶行为的因素影响船舶行为的因素很多，见以下关系图,41,第一节 船舶行为研究概述,42,第一节 船舶行为研究概述,三、船舶行为研究方法船舶行为研究的两大项工作：船舶行为数据调查收集工作和分析工作。船舶行为数据调查收集方法主要有实态观测、资料统计、模拟和征询。船舶行为数据的分析只要是利用数理统计和模糊数学的方法。四、船舶行为研究的意义（1）为制定有关法规提供了基

22、础数据（2）向船舶驾驶员提供了船舶在航行、操纵方面的宏观规律或模式（3）为开发研制助航仪器设备提供了理论和数据（4）为规划整顿船舶交通提供了依据,43,第二节 船舶领域,一、船舶领域概念的提出 日本开创海上交通工程学的著名学者藤井于1963年提出了船舶领域的概念，他将船舶领域定义为绝大多数后继船舶的驾驶员避免进入的前一艘在航船舶周围的领域。二、开阔水域船舶领域模型的建立,44,3.2L,1.6L,8L,6L,0.85,0.7,0.45,三、藤井和Goodwin建立的船舶领域模型的区别从定义上看，藤井提出的领域是围绕他船的（被让路船）；而Goodwin提出的领域是围绕本船的从研究的水域与会遇形势

23、看，藤井提出的模型是水道中船舶追越局面下的模型；而Goodwin提出的船舶领域是海上开阔水域船舶在各种会遇局面的模型从确定领域的边界上看从建立船舶领域适用的船舶数据上看,第三节 船舶领域模型的发展,一、平滑不等扇形领域边界的圆形领域 英国学者Davis用计算机模拟研究船舶会遇和避碰时二、变更中心船位置和船首向的椭圆领域 荷兰学者Van Ddr Tak计算船舶会遇和会遇率时三、对遇与追越情况的船舶领域 英国学者Goldwell在研究受限水域船舶行为时四、其他形状的船舶领域五、船舶之间的标准间隔,46,第四节 动界,动界（Arena）是英国学者Davis等在应用船舶领域研究船舶避碰行为时提出的新概

24、念。确定以驾驶人员开始采取行动以避免紧迫局面时与他船的距离为基础的超级领域（Super domain）。这一超级领域就成为动界。动界这一模型的逻辑是：只有当未来情况是本领域受到来船“侵犯”时本船才采取转向避让行动，而这种行为的结果要导致来船的最小会遇距离正好大于本船领域的范围，即正好使来船不“侵犯”本船领域。如果来船“侵犯”本船的动界而未来情况是本船领域不会被来船“侵犯”则无需采取任何转向行动。,47,第五节 会遇,一、会遇的概念会遇(Encounter)：海上航行船舶相遇而须采取行动的情况。二、会遇的定义会遇的定义概括起来分为四种：是如果不采取避让行动，两船的会遇最近距离就小于某一给定距离的

25、一种实际情况。（基于观测）会遇是当两船位于某一给定距离以内的一种实际情况。（观测）是如果不采取避让行动，两船的会遇最近距离就小于某一给定距离的一种情况。（基于交通流理论）会遇是导致一船或两船采取实际避碰行动一种情况三、研究会遇的实际意义海上交通研究的主要目的是减少交通事故（主要是碰撞事故），会遇是碰撞发生的必要条件之一。分道通航制是研究会遇的成果之一。,48,第六节 避碰行为,一、避碰行为用以下四个量来表征船舶避碰行为：（1）采取避碰行动时两船距离D（2）采取避碰行动时目标会遇最近距离CPA（3）转向避碰行动的幅度C（4）两船实际通过距离d二、海上避碰行为的统计研究1.采取避碰行动时两船距离

26、2.目标船会遇最近距离3.避碰行动的种类 4.转向避让行动的幅度5.两船实际通过距离 6.影响避碰行动的因素,49,第六节 避碰行为,三、避碰决策时间和距离四、实际通过距离的统计分布五、最小安全追越距离（MSOD）在通航分道中一船追越另一船时，被追越船突然转向时，追越船能够对这种出乎意料的行动作出反应并且紧急操纵避免碰撞所需保持的最初追越距离，就称为最小安全追越距离。六、避让操船措施作为避让操船措施，有转向（用舵）、变速（用车）、转向和变速兼用三种。在港口和水道中紧急避让时还会在用车用舵的同时配合以抛锚措施。,50,第五章 海上交通事故,第一节 交通事故调查第二节 碰撞事故统计分析第三节 搁浅

27、触礁事故统计分析第四节 海上碰撞危险,51,第一节 交通事故调查,一、海上交通事故海事: 碰撞Collision 搁浅Grounding 触礁Striking 触碰Contact 风灾Heavy weather 火灾与爆炸Fire & Explosion 沉没Foundering 失踪Missing 机损Engine failure 其他Other海上交通事故：碰撞、搁浅、触礁、触碰、浪损等海上交通事故实况一般包括三方面内容：（1）交通事故的规模；即交通事故的次数、卷入交通事故的船舶数目、交通事故的比率和交通事故的损失等（2）交通事故的发生规律与影响因素；即交通事故的时间趋势和地理分布、船舶大

28、小、种类、能见度、昼夜、水域等因素对发生交通事故的影响等（3）交通事故的原因；即人的过失、船舶及其设备的性能与缺陷、交通环境和条件的不利或妨碍因素三方面的具体问题,52,第一节 交通事故调查,二、海上交通事故调查1.事故调查的分类：一种是海事调查；一种是事故统计分析。2.事故调查的目的：了解和掌握海上交通事故实况，查找事故原因，探求减少和避免事故的措施和途径，以便增进海上交通安全和减少经济损失。3.事故调查的范围4.交通事故数据的范围海上交通事故的基本数据如下：事故名称或种类事故发生时间（年、月、日、时）,53,事故发生地点（经纬度或相对于某一显著位置的方位、距离及水域种类）事故发生时的自然情

29、况（能见度、风、浪、流等级）当事船舶基本资料（船名、船籍、种类、吨位、船长、吃水等）事故损失（人命、具体金额、沉船或全损等）5.交通事故的数据来源三、研究海上交通事故的意义从事故中吸取教训的情况比从成功中总结经验的情况多。,54,第二节 碰撞事故统计分析,一、碰撞事故的规模一般用碰撞事故次数、卷入碰撞事故的船舶数目、碰撞发生率、碰撞事故占各类海事的比例、碰撞损失和碰撞导致伤亡人数来表示。二、碰撞事故的规模和影响因素1.碰撞事故的时间趋向 2.碰撞事故的时间分布规律3.碰撞事故的地理分布 4.能见度对碰撞的影响5.昼夜对碰撞的影响 6.船舶大小与碰撞的关系7.船舶种类和碰撞的关系三、碰撞事故的原

30、因除了承认碰撞事故主要原因是人为失误这种观点以外，着重探讨交通环境和船舶条件对碰撞事故的影响，以期从改善交通环境和船舶条件着手减少人为失误，从而减少碰撞事故的发生。,55,第三节 搁浅触礁事故统计分析,搁浅触礁虽说也是一种海上交通事故，但人们对它的重视程度不及对碰撞事故，其原因也许在于这类事故的发生往往取决于单个船舶与航行障碍物之间的关系，而主要不是与交通流和船舶有关。由于搁浅触礁事故，统计分析的内容和方法基本上与碰撞事故统计分析相同，故本节只作简单介绍。一、搁浅触礁事故的规模二、搁浅触礁事故的规律和影响因素三、搁浅触礁事故的原因,56,第四节 海上碰撞危险,海上碰撞危险是指某一海区发生船舶碰

31、撞事故可能性的大小，一般以会遇率和碰撞概率来表示。各国海上交通工程学者关于海上碰撞危险的主要研究成果可归纳如下：1.碰撞次数与碰撞率（Collision rate）2.会遇次数和会遇率（Encounter rate）3.碰撞概率（Collision probability）4.近距离错过(Near miss)和时间差(Time clearance)5.碰撞操纵次数(Number of CAMs)6.综合碰撞率,57,第六章 船舶交通模拟,第一节 船舶交通模拟概述第二节 航海模拟器模拟第三节 船舶交通计算机模拟,58,第二节 航海模拟器模拟,一、航海模拟器航海模拟器一般分为两类：第一类是雷达模拟

32、器或雷达及ARPA操作模拟器；第二类是船舶操纵模拟器，亦称船舶驾驶（台）模拟器等。二、航海模拟器模拟的作用1.船舶行为研究的数据收集2.航行环境改变的评价3.对新的避让操船方法进行研究4.对船舶交通事故（主要是对碰撞事故）进行研究5.船舶靠离泊操纵的研究,59,第二节 航海模拟器模拟,三、模拟器模拟的实施模拟器模拟的工作过程一般是先提出问题，再确定模拟方案，然后实施模拟，最后进行数据分析。模拟实施过程中要注意的问题：1.在提出问题，确定方案阶段，要对模拟的全部工作进行全面的描述。为了避免模拟失败，可在正式模拟前进行预模拟。2.模拟环境要尽可能接近实际航行状态。3.模拟过程中所给出的船舶交通状态

33、应尽可能接近考察水域中的船舶交通实际。4.认真选定参加模拟的船舶驾驶员。,60,第三节 船舶交通计算机模拟,一、概述计算机模拟的工作方式：计算机根据模拟程序产生船舶信号，控制船舶运动，形成各种船舶交通状态；根据会遇模型判定会遇状态，根据避让操船模型控制船舶避让操船；航路模型作为静态模型存于计算机，风、流数据作为约束条件在程序中给定或根据一定模型变化；模拟过程中的参数由计算机记录，并进行统计分析。二、计算机模拟模型三、船舶交通计算机模拟,61,第七章 船舶交通安全评价,第一节 安全评价概述第二节 船舶交通安全评价,62,第一节 安全评价概述,一、安全和危险的含义何谓安全？辞典上称安全是没有危险、

34、不受威胁、不出事故；安全工程学上称安全是指不发生伤亡、设备或财产损害和环境破坏等事故或灾害及不存在发生事故或灾害等危险的状态。因此，人们往往用危险和事故的状况来描述安全。危险指数=事故危害度事故发生概率二、安全评价安全评价，也成为风险评估（Risk assessment），就是对系统的安全状况进行定量和定性的估计和评定。对一个系统进行安全评价所遵循的三条可以称之为公理的重要原则是：1.不可能完全根除一切危害和危险；2.可以努力减少来自现存危险的危险；3.应努力减少全面的危险而不是仅仅根除几种特定的危险。,63,三、海上交通风险分析与评价的主要工作,安全评价,危险性确认,危险性评价,检查出危险观

35、察：1.新的危险2.危险变化,危险的定量鉴定1.发生概率2.受害程度,危害排除鉴定1.危险减小2.危险消失,允许范围社会上所允许的危险性,四、安全评价的系统工程方法就目前解决问题的方法而言，基本上有两种：1.是在事故发生后，总结经验教训，查看事故原因，采取防止事故重复发生的措施这种传统安全管理方法。2.是安全系统工程方法。五、安全评价的系统工程方法安全系统工程的内容主要有以下三个方面：1.系统安全分析2.安全评价3.实施安全措施船舶交通安全系统评价的意义主要表现在：1.完善船舶交通安全测度方法，使之更合理、更科学2.建立船舶交通安全比较方法3.为实施船舶交通安全措施提供依据4.科学地指导船舶交

36、通安全管理工作,65,第二节 船舶交通安全评价,一、船舶航行安全的综合评价船舶航行安全的综合评价是在分析我国用海事统计数字评价海上交通安全的传统做法的基础上提出的。其思路和观点如下：其一，安全不仅包括不出事故，而且包括没有危险和不受威胁。其二。我国的海事统计包括事故次数、直接经济损失、死亡人数、受伤人数和船舶全损数五项指标。其三，海事统计采用的是绝对数字，不考虑船舶数目和船舶活动量的实况及其变化，简单比较事故统计数字是不科学的，也是不合理的；应该采用相对数字（比率）评价船舶交通安全状况。,66,第二节 船舶交通安全评价,二、安全指数法安全指数法采用一个港口或水域在某一期间内（如季度或年度）所发

37、生的船舶交通事故数与该期间内的船舶活动量的比值作为衡量该港口或水域在该期间内的船舶交通安全状况的指标。,67,第3节 碰撞危险分析与评价方法,3.1 船舶碰撞危险度的概念 船舶碰撞危险度（CRI）是一个模糊的概念，是船舶之间发生碰撞可能性大小的度量3.2 船舶碰撞危险度的分类 总结归纳研究船舶碰撞危险度的文献，对船舶碰撞危险度的定义大致有四种方法： 1）主观碰撞危险度和客观碰撞危险度； 2）宏观碰撞危险度和微观碰撞危险度； 3）时间碰撞危险度和空间碰撞危险度； 4）几何碰撞危险度和潜在碰撞危险度。,3.3 碰撞危险分析指标3.3.1 碰撞次数与碰撞率（Collision rate）碰撞次数：用

38、某一区域内单位时间内发生的碰撞事故次数来说明该区域的船舶碰撞危险。碰撞率（1）是指某一区域单位时间内卷入碰撞事故的船舶数与该区域单位时间内营运船舶数之比；（2）是指某一区域单位时间卷入碰撞事故的次数与该区域单位时间内船舶航次数之比 美国对其水域内船舶碰撞率进行分析，从1969年的0.00097增加到1978年的0.0001663.3.2会遇次数和会遇率（Encounter rate）Goodwin:（1）将会遇率定义为：某一区域给定时间发生的会遇次数与该区域给定时间内面临会遇危险的船舶数目之比。在实际估算时，将会遇率定义转换为所有会遇持续的时间和与所有船舶面临会遇持续的时间和之比。 其最后提出

39、的加权会遇率实际为海上秩序指数，其表达式为：,式中：M-海上秩序指数；E-所有会遇持续的时间和；S-所有船舶面临会遇危险所持续的时间和（2）她还采用危险系数作为代替会遇率评估海上碰撞危险。将会遇率定义为船舶实际进入另一船舶领域范围内的总数与船舶进入另一船周围更大范围内的总数之比，乘上两个区域半径之比，也称为危险系数。 为领域半径,Lewison假设两个船舶交通流相遇，将会遇区域定义为半径为R的圆，提出了估算会遇次数的表达式：SA为交通A的单位交通流宽度上每小时通过的船舶数SC为交通C的单位交通流宽度上每小时通过的船舶数fA为交通流A的速度分布fC为交通流C的速度分布藤井将船舶视为不受操纵自由运

40、动的分子，并利用气体分子理论的，研究了船舶的会遇，提出了会遇次数的计算公式。,3.3.3 碰撞概率（Collision probability）Lewison（1）将碰撞概率定义为某一区域单位时间内实际碰撞次数与估算的会遇次数之比。其表达式为：（2）还提出，可按不同能见度和不同会遇态势分别求得各个碰撞概率，然后求和得到整个碰撞概率。其表达式为：藤井将碰撞概率定义为某一区域单位时间内实际碰撞次数与估算的几何碰撞次数之比。其表达式为：,Nc是某区域单位时间内实际发生的碰撞次数,藤井的研究结果表明：几何碰撞概率约为万分之一；几何碰撞数约为会遇次数八分之一,3.3.4 近距离错过(Near miss)

41、和时间差(Time clearance) 英国Barratt的提出用非常接近实际碰撞的事件作为预报碰撞率的基础，即近距离错过；为估算近距离错过数目，又提出了时间差。3.3.5 碰撞操纵次数(Number of CAMs) 荷兰Brok和Van der vet提出了避碰操纵次数和避碰操纵失败概率的评估方法。观点是：碰撞事故中人的因素无法公式化，故以交通流及会遇模型估算碰撞概率是不当的；同时每一船舶的碰撞概率应不同。为此，提出的碰撞概率为：3.3.6 综合碰撞率 原联邦德国KWIK博士提出的一种系统评估方法，如图所示。,与目标船T构成会遇形势K的CAM次数；CAM失败的概率,交通管理交通规则航行规

42、则助航设施,气象与地理条件,船长的训练与经历,船舶操纵能力,交通密度、航向、速度、船型船舶分布,船长在会遇中的行为,必要的避碰操纵,会遇率,会遇能导致碰撞的概率,碰撞率,3.3.7 基于交通流分布的船舶会遇概率分析 对于双向通航航道内自由运动船舶的航迹分布，服从正态分布，即：,第4节 基于交通的搁浅事故分析,4.1 井上模型 发生搁浅事故的船舶仅限于航迹位于航道外的船舶，则： 但位于航道外，只是发生搁浅事故的必要条件，而非充分条件。若在航道外发生搁浅事故的概率为G，则航道上搁浅概率PG为：,0.5W,PG,第5节 对海事交通事故的总体分析,5.1 基于统计方法的分析与评价 统计分析方法的特征：

43、科学性。统计分析方法以数学为基础，具有严密的结构，需要遵循特定的程序和规范，从确立选题、提出假设、进行抽样、具体实施，一直到分析解释数据，得出结论，都须符合一定的逻辑和标准。 直观性。现实世界是复杂多样的，其本质和规律难以直接把握，统计分析方法从现实情境中收集数据，通过次序、频数等直观、浅显的量化数字及简明的图表表现出来，这些数据的处理，将我们的研究与客观世界紧密相连，从而提示和洞悉现实世界的本质及其规律。 可重复性 。可重复性是衡量研究质量与水平高低的一个客观尺度，用统计分析方法进行的研究皆是可重复的。,6节 中、美海事与其因素灰色关系分析6.1 灰色关联分析概述,灰色关联分析能够定量分析结

44、果序列与其影响因素序列的关系，找到影响结果序列最大的因素；灰色关联分析适用于知道因素对结果序列有影响，但不知道是如何影响的，以及不知道影响程度有多的系统；灰色关联分析不同于模糊分析，关联分析适用于边界清晰但内涵不清的系统，而模糊分析则适用于内涵清晰，但边界不清的系统。,6.2 中、美两国水上交通事故的关联分析6.2.1 中国水上交通事故的关联分析,1996-2005年关联矩阵（1）为,1996-2005年我国水上交通事故灰色关联分析结论事故件数与各宏观因素的关联次序从大到小为：运输船舶数货运量人均国内生产总值货物运输周转量沉船艘数与各宏观因素的关联次序从大到小为：货运量人均国内生产总值货物运输

45、周转量运输船舶数死亡失踪人数与各宏观因素的关联次序从大到小为：运输船舶数货运量人均国内生产总值货物运输周转量经济损失与各宏观因素的关联次序从大到小为：货运量运输船舶数人均国内生产总值货物运输周转量,1996-2000年数据为对象得到的关联度矩阵（2）为,1996-2000年我国水上交通事故关联分析结论事故件数与各宏观因素的关联次序从大到小为：运输船舶数货运量货物运输周转量人均国内生产总值沉船艘数与各宏观因素的关联次序从大到小为：人均国内生产总值货运量货物运输周转量运输船舶数死亡失踪人数与各宏观因素的关联次序从大到小为：货运量运输船舶数货物运输周转量人均国内生产总值经济损失与各宏观因素的关联次序

46、从大到小为：运输船舶数货运量货物运输周转量人均国内生产总值,1996-2005年数据为对象得到的关联度矩阵（3）为, 事故件数与各宏观因素的关联次序从大到小为：运输船舶数货运量货物运输周转量人均国内生产总值沉船艘数与各宏观因素的关联次序从大到小为：运输船舶数货运量人均国内生产总值货物运输周转量 死亡失踪人数与各宏观因素的关联次序从大到小为：运输船舶数货运量货物运输周转量人均国内生产总值直接经济损失与各宏观因素的关联次序从大到小为：货物运输周转量人均国内生产总值货运量运输船舶数,6.2 我国十年水上交通事故灰色关联分析结论,关联分析得到的规律：1.在当前管理、通航水域等一定的前提下，船舶数量决定

47、了水上交通事故的件数。2.在当前管理、通航水域等一定的前提下，货物运输量决定了水上交通事故的沉船艘数。3.在当前管理、通航水域等一定的前提下，运输船舶数决定了水上交通事故死亡失踪人数。,由关联分析预测今后水上交通安全形势：1.我国水上交通事故件数与“运输船舶数”的关系最为密切，其次为“货运量”。表明在“十一五”期间，水上安全形势不容乐观。 因为据预计“十一五”期间，水路货物周转量将增长38%，全国港口货物吞吐量、沿海主要港口吞吐量将分别增长46%和78%。“十一五”末，全国港口吞吐量达到72亿吨以上，水路货运量30亿吨左右。2.今后水上交通安全形势将趋于平稳。,6.3 近年来美国GDP及分析,

48、9504年美国的GDP情况统计表,6.3.1 美国水路运输的船舶数与载重量状况,6.3.2 美国数据关联分析后关联矩阵,美国水上事故四项指标与其宏观数据的关联度表,在9403年美国水上交通事故与相关因素关联度矩阵中按行进行分析，比较各特征因素与子因素的关联度，容易得到：事故件数与各宏观因素的关联次序为：货物运输周转量运输船舶数货运量人均国内生产总值 涉及船舶艘数与各宏观因素的关联次序为：货物运输周转量运输船舶数货运量人均国内生产总值 死亡失踪人数与各宏观因素的关联次序为：货物运输周转量运输船舶数货运量人均国内生产总值 经济损失与各宏观因素的关联次序为：货物运输周转量运输船舶数货运量人均国内生产

49、总值,6.3.3 美国水上事故关联分析结论,货物运输周转量运输船舶数货运量人均国内生产总值从美国水上事故四项指标与其运输船舶、水运货物周转量、水运货物量、人均国内生产总值情况看，四项事故指标都与其货物周转量关系最为密切，其次为运输船舶数。也就是说美国的水上事故是随着其水运货物周转量的变化而变化，而其运输船舶数量对其水上事故也有较大影响。,6.4 我国与美国关联分析的比较,我国水上交通事故四项指标与“运输船舶数”的关系最为密切，其次为“货运量”，美国的水上事故四项指标是随着其“水运货物周转量”的变化而变化，其次为“运输船舶数量”，并且美国的水上事故四项指标受宏观因素影响的排序完全相同。这可能预示

50、着，我国水上交通事故的发展也会向着这样的趋势变化，也就是说，我国水上交通事故在未来，也会随着水运货物周转量的变化而变化，同时受运输船舶数量的影响。也说明我国今后水上交通安全形势不容乐观。,6.5 灰色关联分析在水上交通安全分析中的其它应用 6.5.1 船舶碰撞事故中人为失误的灰色识别 【摘要】 利用灰色关联分析方法，对从有条件随机选取的100个船舶碰撞事故书面调查报告中的人为失误数据进行了分析，识别出碰撞事故中涉及的主要人的不安全行为，这些行为对事故发生的贡献排序依次为:望不当、雷达设备使用不当、判断失误、操纵时间不当、通信交流不当、操船不当、未使用安全航速、违反规则以及未运用良好船艺。结果表