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《武汉理工大学》 2013年
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船舶碰撞风险评价与避碰决策方法研究

张金奋  
【摘要】:水路运输在国际贸易中发挥着重要的作用,而保障船舶在航行和运营过程中的安全是一个重要的前提条件。船舶碰撞、搁浅等事故往往会造成严重的经济损失、人身伤亡和环境污染。因此,水上交通风险评价问题受到了人们的广泛关注。针对海湾、海峡、港口航道、繁忙水域等的通航风险评价进行了大量的研究工作。在水上交通风险评价中,很多情况下由于数据量有限等原因,需要利用专家的主观经验知识作为补充,而如何将主观知识和客观数据有效融合是研究的焦点问题之一。此外,船舶碰撞是水上交通事故中最为常见的类型之一,船舶碰撞风险评价和智能避碰决策问题也是水上交通运输领域的重要课题。本文主要针对以上问题开展研究,主要的研究工作和研究成果如下: (1)针对传统置信规则推理方法中没有对不同专家的主观判断进行区别对待的缺陷,提出一种泛化的置信规则库方法(generalized belief rule base, G-BRB),该方法考虑不同专家主观知识的差异,并可以将专家的主观判断和历史数据进行融合,得到最终的评价结果。该方法被进一步应用到碰撞风险评价,将相关的指标划分为安全形势和应急成本投入两个部分,其中安全形势将事故/险情数量、遇险人数和死亡/失踪人数作为评价指标,应急成本投入部分则用海事部门搜救次数和社会力量救助次数两个因素作为评价指标,分别利用G-BRB方法进行推导,最后将安全形势和成本的评价结果进一步融合,得到最终结果。与传统的BRB方法和贝叶斯网络得到的结果比较,并进一步进行敏感性分析,结果显示,提出的泛化的置信规则库方法具有更高的精度和可靠性。 (2)提出一种当船舶存在碰撞风险时的避碰决策效果定量评价模型(时空评价模型),分别从时间和空间两个维度对避碰决策效果进行评价,然后利用证据理论对结果进行融合,在时间序列内以两船之间的距离和最近会遇距离(distance to closest point of approach, DCPA)两个参数的加权平均值作为空间增益的量测,以最近会遇时间(time to closest point of approach, TCPA)作为时间增益的量测,并利用D-S证据理论对时间和空间增益进行融合处理,得到每个时刻的决策效果评价结果,最后通过改变相关赋值曲线,分析模型的敏感度和可靠性。 (3)在国际海上避碰规则的基本要求下,研究了两条船舶在近距离会遇情况下的避碰时机选择问题,研究中考虑了所有存在碰撞风险的会遇情况,分别对在存在碰撞风险条件下,仅靠让路船采取措施,以及在紧迫局面下,两条船舶同时避让所需要的最小距离进行确定。然后将计算结果与常用的参数,如DCPA、TCPA进行比较,结果表明仅靠DCPA和TCPA来评估碰撞风险很可能会低估避碰难度,而提出的模型得到的结果可以作为一个重要补充。最后,利用三个典型船舶会遇情况进行案例研究,结果表明,两条船舶在采取正确的避让行动条件下,可以在规定的距离内成功避免碰撞。 (4)针对多船会遇局面下的避碰决策问题,提出一种分布式实时避碰决策方法,该方法在海上避碰规则的要求下,将所有其它船舶看作是“目标船”,从“本船”的角度研究避碰问题,分别对“本船”为让路船、“本船”为直航船,且“目标船”没有采取避让措施等情况下的避碰决策进行设计,根据会遇情况考虑采取转向和变速两种方式进行避让。对所有船舶都遵守海上避碰规则,以及存在船舶违反避碰规则的多船会遇局面进行仿真,得到以下基本结论:①通常情况下,船舶在避让过程中只采用一次转向或变速操纵,而且一般不会出现船舶同时转向和变速的情况;②采用分布式避碰决策可能会造成不同船舶的操作发生冲突,船舶之间的通信和协调在避让过程中发挥着重要的作用;③根据避碰规则的要求,除非是在极端的条件下,船舶应该尽可能避免向左转向。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:U676.1

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【参考文献】
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