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基于实态的船舶航迹带宽度和操纵参数的研究

作　者: 曾昆
导　师: 张吉平
学　校: 大连海事大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: AIS数据最小二乘法线性拟合航迹带宽度转向半径制动距离转头半径
分类号: U675.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 91次
引　用: 2次
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内容摘要

随着信息技术、计算机科学与网络工程在交通运输业的广泛应用,诸如GPS、AIS等航海辅助设备相继引入为航海活动提供了更多的保障。近年来在运用航海电子设备辅助船舶操纵方面和基于这些辅助系统对通航安全的研究都取得了长足的进步。为了更为合理的利用当地的自然条件,同时,给船舶提供一个良好的航行条件,应该掌握船舶在正常营运时所需航行水域的大小,且充分考虑到转向、避让条件下对水域的要求,这样才能在实际运用中对航道尺度、规模作出科学合理的结论与评价。衡量船舶占用航道尺度的方法有许多。大体上可归纳为几种方法:一是美国陆军工程兵团对巴拿马运河进行实船观测为代表,提出不同类型船舶航迹带的宽度,逐渐演变成为第80次国际航运会议上提出的用船宽倍数表示的方法;二是以日本为代表,在理论研究的基础上进行船模试验,用船长和漂移角进行计算的方法;三是以前苏联为代表的由导、助航设施灵敏度计算的方法。四是以模拟器应用于港航工程的仿真研究,根据船舶运动方程、考虑风流影响的情况,模拟船舶在航道通过,并将模拟结果应用于港航工程设计论证和航行安全评估的方法。本文在概述传统调查和数据处理方法的基础上,提出了基于AIS动、静态信息的统计分析方法。通过岸基AIS台站,可以接收其附近水域内所有安装了AIS设备的船舶发出的信息,获取船名、国籍、船舶种类和吨级等船舶静态信息,以及船位、航向和航速等实时动态信息。所获取得信息具有信息完整、真实可靠的显著优点,且观测简单,观测数据经必要的格式转换后即可用于统计分析。本文以船舶的AIS动、静态信息为依据,将反映船位信息的经纬度点通过坐标变换,得到米制坐标系中船舶进出港口的航迹;以最小二乘法为理论基础进行线性拟合可以求出船舶在直航道中的航迹线(为下一步求航迹带宽度作准备)和转向半径。经数据统计和分析可得出船舶在航行时对港口、航道的实际利用情况。以这些实测结果指导、规范新建的码头、港口,不单可以衡量现有设施是否满足船舶的实际需要,还能够保证新建工程满足船舶专业化、大型化的要求。本论文依托中交水运规划设计院有限公司与大连海事大学签订的“《开敞式码头设计与施工技术规程》一大型船舶回旋水域、制动距离、和航道尺度船舶实船测量研究”这一项目,经研究得出船舶占用港口水域的数学模型,并将该方法运用于厦门水域做为实例分析,取得了较好的效果。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-21
  1.1 研究的背景  11-12
  1.2 研究的目的及意义  12
  1.3 研究的必要性  12-18
    1.3.1 航道占用方面的研究现状  12-16
    1.3.2 其他研究方法及在国内的成功应用  16-17
    1.3.3 现有研究方法优缺点分析  17-18
  1.4 论文主要工作与内容  18-19
  1.5 本章小结  19-21
第2章基于船舶AIS数据的航迹点绘制  21-34
  2.1 AIS信息  22-29
    2.1.1 AIS信息的内容  22-23
    2.1.2 AIS的数据更新速率  23
    2.1.3 消息类型  23-27
    2.1.4 本研究要求的AIS数据及相关问题解决方法  27-29
  2.2 基于AIS数据的航迹绘制  29-31
    2.2.1 三类坐标  29-31
    2.2.2 坐标转换  31
  2.3 AIS数据的航迹绘制  31-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章数学模型及相关统计理论描述  34-48
  3.1 最小二乘法原理与船舶航迹带宽度  34-39
    3.1.1 最小二乘法及其原理  34-36
    3.1.2 船舶航迹偏移量  36-37
    3.1.3 船舶本身占用空间  37-38
    3.1.4 航迹带宽度和船舶漂移系数  38-39
  3.2 船舶弯道航行转弯半径  39-41
  3.3 船舶靠泊操纵制动距离  41-42
  3.4 船舶转头水域  42-44
  3.5 相关的统计方法和数据处理理论描述  44-47
    3.5.1 粗差的剔除方法  44-45
    3.5.2 离散程度的统计描述指标  45-47
  3.6 本章小结  47-48
第4章统计结果与基本分析  48-59
  4.1 航迹带宽度  50-53
    4.1.1 船舶漂移倍数的统计结果  51-52
    4.1.2 基本分析  52-53
  4.2 转弯半径  53-55
    4.2.1 转向半径的统计结果  53-54
    4.2.2 基本分析  54-55
  4.3 制动距离  55-57
    4.3.1 制动距离的统计结果  56-57
    4.3.2 基本分析  57
  4.4 转头水域  57-58
    4.4.1 转送水域的统计结果  57-58
    4.4.2 基本分析  58
  4.5 本章小结  58-59
第5章结论分析及展望  59-66
  5.1 结论分析  59-64
    5.1.1 航迹带宽度的分析  59-61
    5.1.2 转弯半径的分析  61-64
    5.1.3 制动距离与回旋水域的结论  64
    5.1.4 模型的效果分析  64
  5.2 展望  64-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
研究生履历  70

基于实态的船舶航迹带宽度和操纵参数的研究

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