摘 要

水路运输，安全当先。为了避免在通航水域的交通冲突，船舶必须保持彼此之间的安全间隔区域，被称为船舶领域。在过去的几十年中，船舶领域的建模越来越引起人们的关注，也越来越多地被用于航道安全分析，进而认识船舶是如何发生碰撞的，什么样的航道通航环境最有可能导致船舶碰撞，哪些是最为重要的因素。湖北省武汉市的桥群水域作为我国最为典型的桥群水域之一，由于跨河桥梁的密集性，船舶在桥群水域不能频繁或大角度转向，因此其航向和航速是预先控制在一定范围内的，但是在该水域内即使提前减速和把舵之后，速度仍然呈规律性波动。针对这个现象，笔者提出了在桥群水域的船舶领域模型应该是动态的，并根据武汉桥群水域的代表船型建立了动态模型。通过对武汉长江大桥附近水域通行船舶的AIS数据进行采集分析，进一步验证了模型的正确性，由此得出重要结论：桥群水域的船舶领域是一个随船舶速度变化而实时变化的动态模型，上下行船舶的船舶领域大小因速度的不同而差异较大。而且，下行船舶的船舶领域在一定区间内变化微小，但是上行船舶的船舶领域在距离桥梁轴线-1.0公里、0.1公里和0.9公里左右的位置时出现极值和快速变化的现象。该模型为武汉桥群水域的通航安全监督管理提供了新的研究方法。

本文的特色：以经典的船舶领域模型为基础，针对特定水域建立了动态的船舶领域模型，并通过实测数据来验证模型。

关键词：船舶领域；桥群；受限水域；AIS数据；动态模型

Abstract

Waterway transportation, safety first. In order to avoid the traffic conflict in navigable waters, the ship must maintain a safe interval between each other, called ship domain In the past few decades, modeling of ship domain is more and more causes people's attention, also more and more is used to channel safety analysis, and understanding of the shipbuilding is how collision, what kind of navigation environment most may lead to ship collisions, which is the most important factor. the bridge group waters of Wuhan City, Hubei Province as the most typical bridge group one of the waters, due to the intensity of river crossing bridges, ships in the bridge group waters could not be frequent or large angle steering, so the course and speed is pre control in a certain range, but in the waters of the slow down in advance and the rudder, the speed is still a regular fluctuations. In view of this phenomenon, the author puts forward that the model of the ship's field in bridge group should be dynamic, and the dynamic model is established according to the representative ship type of Wuhan bridge group. Through the Wuhan Yangtze River Bridge in the vicinity waters travel ship AIS data collection and analysis, to verify the correctness of the model, so that the important conclusion: Bridge Group waters of ship domain is a with ship speed changes and changes in real time dynamic model, up and down the ship ship domain size for speed are different. And downbound the ship domain in a certain range changes tiny, but for vessels upbound ships in the distance bridge axis 1.0 km, about 0.1 and 0.9 km appear extreme and rapidly changing phenomenon. This model provides a new research method for navigation safety supervision and management of Wuhan bridge group.

The characteristics of this paper: Based on the classic ship model, a dynamic model of the ship's field is established for the specific water area, and the model is validated by the measured data.

Key Words：ship demain；bridge group；restricted water；AIS data；dynamic models

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 受限水域的船舶领域研究现状分析 1

1.3研究内容和预期目标 2

第二章 桥群的定义及武汉桥群水域的界定 3

2.1概念辨析 3

2.2本文研究范畴 4

第三章 武汉桥群河段船舶的特点及通航环境分析 6

3.1 代表船型与尺度 6

3.2 船舶交通流统计 6

3.2.1船舶流向及流量特征 6

3.2.2船舶尺度分析 7

3.3桥区航道与港口现状 8

3.3.1航道现状 8

3.3.2港口现状及规划 8

第四章 受限水域船舶领域模型 10

4.1船舶领域四大模型及其适应性分析 10

4.1.1基础模型 10

4.1.2基于统计方法的船舶领域模型 11

4.1.3基于解析方法的船舶领域模型 12

4.1.4基于智能技术的船舶领域模型 12

4.1.5模型适应性分析 14

4.2船舶领域动态模型 14

4.2.1限制水域中典型的船舶航行行为 14

4.2.2沿航道直行的船舶领域模型 15

4.2.3船舶掉头模型 16

第五章 桥区船舶领域动态模型的建立和验证 18

5.1桥区受限水域通航净宽的影响因素 18

5.2模型建立 19

5.3 模型验证 20

5.3.1 数据分析 20

5.3.2 根据实测数据验证模型 21

第六章 结论与展望 23

参考文献 24

致 谢 25

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

湖北省武汉市地处长江黄金水道与京广铁路大动脉的十字交汇点，历来被称为“九省通衢”之地，是国家中部地区中心城市，长江中游航运中心。随着武汉市近年来跨江桥梁的不断建设，在长江干线武汉段沌口长江大桥至青山长江大桥之间建设的长江大桥有9座，其间约40km河段上桥梁密度约为4.5km/座，河段内弯浅航道多、两岸码头作业多、渡口渡线分布点多、船舶交通流量较大、通航环境较复杂，已形成了桥群效应，成为国内最具有代表性的桥群水域。

城市跨江大桥作为两岸通道，在促进区域经济方面发挥着不可替代的重要作用。随着长江沿线经济的不断发展，各大城市的跨江大桥也越来越多，区域河段的桥群效应也将越来越显著。然而，通过近几年的统计发现，武汉桥群水域是该辖区内的水上交通事故高发区。武汉桥群水域的通航安全监管水平亟待进一步的重视和提高。