2海上交通工程第二章

1/36第二章海上交通调查第一节海上交通调查概述海上交通工程（Marinetrafficengineering）在西欧通常被称为海上交通研究（Marinetrafficstudies）或船舶交通研究（Vesseltrafficstudies）。研究，就是探求事物的真相、性质、规律等。因此，进行海上交通调查、了解和掌握海上交通实况就成为海上交通工程或海上交通研究的起点和基础。海上交通是一个早已存在的客观事实。海上交通工程的任务或海上交通研究的目的并不是创造一种新的交通形式，而是改善现存的交通或促进未来交通状况的好转。因此调查研究、掌握实情自然成为非常重要的、不能绕过的第一步工作。2/36第二章海上交通调查一、调查目的海上交通调查（Marinetrafficsurveyormarinetrafficinvestigation）的基本目的是采用一切有效手段收集海上交通的基本数据并随之进行统计分析和理论研究，以便从宏观上和微观上了解和掌握海上交通的实际状况、基本特征和一般规律。其具体目的在于：（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与措施；（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。3/36第二章海上交通调查二、调查项目海上交通调查的项目，即定性与定量表征海上交通实况和船舶行为的基本要素，主要有下列各项：（1）船舶密度分布（Distributionofship‘sdensity）；（2）航迹分布（Distributionoftrack）；（3）交通流（Trafficflow）；（4）交通量（Trafficvolume）；（5）船速分布（Speeddistribution）；（6）船舶到达规律（Timepatternoftrafficflow）；（7）船舶领域（Shipdomain）；（8）交通容量（Trafficcapacity）；（9）会遇率（Encounterrate）；（10）避碰行为（Behaviorsofcollisionavoidance）。4/36第二章海上交通调查船舶密度分布和航迹分布反映了海上交通的空间分布即船舶运动组合的空间特性。在这两者基础上可以抽象出交通流概念及其模型。交通流图式与船舶到达规律则反映了交通流的空间分布与时间特性。船速分布反映了船舶运动变化的特点。交通量和交通容量反映出航路处置船舶交通的能力和实际情况。船舶领域、会遇率和避碰行为是在船舶交通的空间分布基础上抽象出的船舶行为概念及其模型与规律。5/366/367/368/36图6.2-1正常天气的锚地船舶锚泊情况图6.2-2非正常天气时的锚地船舶分布状况9/36第二章海上交通调查三、调查工作海上交通调查工作包括收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。对通过各种交通调查获得的数据进行处理，主要采用概率与数理统计方法。由于通常采用定时摄影的方法观测记录海上交通的原始数据，而将原始数据换成值数据时工作量很大且十分麻烦，故这种工作现在大都借助于专用仪器设备和电子计算机进行。10/36第二章海上交通调查四、调查方法从收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（Marinetrafficobservation）（2）查阅港口船舶记录与统计报表；（3）问卷调查（Questionairetechnique）实际上进行一次全面的海上交通调查工作，单凭上述一种调查方法是不能获得足够的、准确的和可信的数据的。一般是将几种调查方法结合起来进行调查。海上交通观测是主要的和基本的调查方法。它是收集海上交通宏观数据即所谓船舶运动组合数据的直接手段。航海模拟器试验和发放调查表则是辅助性的调查方法，其对海上交通微观数据即所谓船舶行为方式数据的收集最为方便。11/36第二章海上交通调查第二节海上交通观测海上交通观测是交通调查最常用最基本的方法。因为交通观测是对海上交通实况进行实时的调查，所以获得的数据较为可信。它是获得交通量、交通密度、交通形式和船舶速度等原始数据的唯一方法。通常所说的海上交通调查主要指交通观测。在岸基雷达站或船舶交通管理系统普遍设立的今天，世界各发达国家港口和主要水道都处于监测雷达的覆盖范围之内，因而海上交通观测已成为日常工作，长年累月24h不停地进行。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。12/36第二章海上交通调查一、视觉观测视觉观测方法的特点是简单易行，特别是适合观测狭窄水道、港口进出口水道和沿岸水域中的船舶交通。在这些地点也往往建有永久性的观通站或信号台。视觉观测（Visualobservation）的另一特点是能正确识别船舶的名称、级别（吨位大小）、种类和国籍等，因而可以获得统计各类船舶通过水道或观测数据线的交通量的基本数据。由于肉眼分辨力很好，因此天气良好时可以观测到很小的船舶，并可将船位接近的许多船舶一一辨认出来。然而，视觉观测也有不少缺点，如不能获得航迹分布和速度分布等数据及在夜间特别是能见度不良时难以甚至不能发现船舶等。因此，视觉观测是一种基本的和补充性的调查方法，至今仍常常被采用。在日本，许多海域由于地理条件适合，因而视觉观测应用较为广泛。也可根据实际情况在停泊或航行中的船舶上，甚至在空中（飞机上）进行视觉观测，主要用于识别来往船舶。13/36第二章海上交通调查二、雷达观测雷达观测（Radarobservation）是海上交通观测方法中最主要的方法。其优点是观测范围大，可以随时确定各船舶在雷达覆盖区内的确切位置，因而可以获得交通量、交通密度、交通形式、船舶速度、船舶会遇和避碰行为等各类原始数据，还可以记录到船舶碰撞事故发生的整个过程。雷达观测基本不受天气条件影响，可在日夜和任何能见度条件下进行。雷达观测也有不足之处，如无法识别船舶，受距离和方位分辨力的限制，还受各种干扰回波的影响。在扩大观测范围时，往往探测不到小船的回波，两个目标回波接近再分离时难以区分，等等。雷达观测的实践证明：当利用3cm标准船用雷达进行海上交通观测时,若量程大于10nmile则难以发现500总吨以下的小船，即使减小量程，存在海浪和其他干扰时也难以发现小船。虽然在获取某一区域内大船的交通量或密度数据时，探测不到小船似乎关系不大，但是若想观测这些大船的行为方式，则不能不了解该区域内小船的数目、分布和动向，因为它们的存在势必对大船的操纵行动产生影响。14/36第二章海上交通调查一般来说，使用标准船用雷达进行海上交通观测，采用12nmile量程（距离分辨力为0.1nmile）可以获得2000总吨以上的船舶的可靠资料，如观测区域内大船的位置分布和各自船舶之间的相互影响。若采用6nmile或3nmile量程，分辨力更高，可观测到水道中船舶动态，必要时还可进一步减小量程。但必须注意到，在能够观测到小船活动的同时观测区域减小，作为统计样本的船舶总数减少，这对统计结果的可信度不利。当然，利用先进的大型岸基雷达进行海上交通观测要比利用船用雷达好一些，前者的覆盖范围和分辨力都优于后者。有些重要水道和港口建立了雷达台链，覆盖范围更广，如减小量程将进一步提高分辨力。这些岸基雷达站本身属于船舶交通管理系统的一个组成部分，因此，在观测海上交通的同时可利用VHF通信及船舶报告系统等手段识别雷达覆盖区域内各船舶的船名、吨位、种类和国籍等基本情况。然而，岸基雷达的监测范围毕竟有限，在大海上，特别是需要调查各种大小船舶的交通情况时，还需派船前往具体海域并利用船用雷达进行交通观测。15/36第二章海上交通调查三、雷达观测记录在利用雷达观测方法调查海上交通时，记录原始数据（各船舶回波在各个时刻的位置数据）的方法主要有4种。1.直接观测记录若观测水域交通密度小且观测人员充足时，可按固定时间间隔直接读取各船舶回波的方位距离，并随时记录在事先预备好的海上交通调查数据表格上。这种方法可及时解决回波辨认问题，获得的数据可直接用于统计分析，所花经费少且简单方便。但是，观测水域内船舶多时则来不及读取数据；即使船舶数目少但24h连续观测几天，也增加观测人员的工作负担。2.人工标绘人工标绘方法是在预先准备好的透明胶片显示器的反视差作图器表面上，按固定时间间隔标绘各船舶回波的位置点。这种方法也是在船舶密度小的情况下才能采取的。因为观测人员只需标绘回波位置点，所以工作负担较轻。这种方法也比较经济，但后续数据处理工作比直接观测记录方法麻烦一些。16/36第二章海上交通调查3.雷达图像摄影利用时距照相机（Time-lapsecamera）或摄影机直接对雷达显示器的图像进行摄影是目前采用的先进的记录原始数据的方法，尤其被岸基雷达台站采用，见下图。雷达荧光屏图像照片17/36第二章海上交通调查摄影的时间间隔1~3min不等。考虑到小目标的回波不是在每次扫描中出现的，故采用的曝光时间为三次扫描时间，摄影获得的照片（正片）记录了同一时刻各船回波的位置，这在人工标绘中是难以做到的。拍摄的胶卷用放映机放映时可形象逼真地显示海上交通的实况。雷达图像摄影的不足之处是经济花费大且后继数据处理工作量大，同时辨认互相接近随后分离的目标回波及干扰也比较困难。现在国外已有连接数据处理电子计算机的专门用于分析胶卷图像数据的随机进倒片胶卷析像器设备（Randomaccessfilmscanner）。它可自动处理胶卷上一幅幅照片上的雷达回波数据；在遇到回波识别的难题时可召唤操作人员前来解决。国内已有采用AutoCAD处理雷达图像照片的做法。4.雷达信息直接输入计算机为了经济而迅速地处理大量数据，在岸基雷达台站中可将雷达信息直接输入到交通信息处理电子计算机系统中。然而，这种方法的缺点是受雷达设备性能和效率的限制，回波识别和自动跟踪上有问题，同时对计算机的信息处理程序要求很高。18/36第二章海上交通调查四、航空摄影在观测广大区域内的船舶交通时，为了获得船舶密度的数据或协助船舶识别，常利用飞机在空中飞行观测海上交通情况并用摄影方法记录原始数据，见下图。由于飞机位于海面相当高的高度，故可根据某一时刻的照片推定几小时后的海上交通情况。这种方法耗资很大，只在重大海上交通调查中使用。例如，在英、法两国政府于1979年9月联合进行的为期7天的英吉利海峡中段海上交通调查中，双方每天都出动飞机进行空中摄影。港口船舶交通的航空摄影照片19/36第二章海上交通调查五、交通观测点位置选择适当的海上交通观测点位置对于获得足够与准确的原始数据是很重要的。观测点位置视观测区域和观测项目的具体情况可选用岸边观测点、静止船舶观测点、航行船舶观测点及空中观测点等。1.岸边观测点岸边观测点一般设在岸基雷达站或观通站（信号台）上。这些台就是对船舶交通进行管理或负责管理船舶交通的，并具有观测设备，从地形上说也适合交通观测。岸边观测点一般用于观测狭窄水道、沿岸水域和港口水域的海上交通情况。2.静止船舶观测点这种观测点设置主要是为了观察离岸远的区域中的海上交通情况。观测船还可根据需要移动观测点的位置以获得较好的观测数据。但要注意，观测船的存在可能会影响来往船舶的航线和行为方式，故观测船的停泊地点尽可能让开船舶习惯航线，譬如锚地或其他不大会影响原有海上交通形式的位置（见后图）20/36第二章海上交通调查静止船舶交通观测地点的选择21/36第二章海上交通调查3.航行船舶观测点在航行船舶上设观测点是非常经济的方法，如在某一区域内的定班客、货船上进行雷达观测。这种方法的缺点是在处理数据时要将相对运动的数据转换成真运动的数据；由于观测点所在船舶的航向和航速不太稳定，故数据转换工作量大且麻烦，获得的数据精确度较差。德国学者曾在一艘从德国远航东南亚的远洋船上设观测点，用雷达图像摄影记录方法收集有关船舶会遇的大量数据并取得一定的研究成果。22/36第二章海上交通调查六、海上交通观测实例1978年，满载的巨型油船“阿莫科.卡迪斯（AmocoCadiz）”号在英吉利海峡的法国西北部沿岸水域偏航触礁，致使近25万吨原