3海上交通工程第三章-XXXX

1/65第三章海上交通实况第一节船舶密度及其分布船舶密度与船舶密度分布是表示某一水域船舶交通实况的基本量与基本概念。船舶密度大的水域既是进行交通调查研究的重点，又是实施船舶交通管理的重点。一、船舶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。海上交通调查所获得的船舶密度值是调查期间各瞬时单位面积水域内船舶数的平均值。它通常以每平方海（公）里船舶艘数或每100、每1000平方方海（公）里船舶艘数表示。2/65第三章海上交通实况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。据称，船舶碰撞事故的发生次数为船舶密度的二次方。港口及其附近水域、重要水道和沿岸水域船舶密度都比较大。船舶交通管理的一项具体任务就是人为合理控制这些水域的船舶密度大小，使其船舶交通效率高，且交通危险不大。船舶密度一般是指水域中航行船舶的密度，但也指静止船舶的密度，例如，锚地水域中锚泊船的密度等。此外，渔场水域中渔船的密度也是交通调查项目之一。合理规划安排锚地范围或规划设计船舶定线制都需要掌握或了解锚地或渔场的船舶密度情况。在海上交通文献资料中，与船舶密度这一术语同时出现的类似术语有交通密度（Trafficdensity）、交通流密度（Densityoftrafficflow）等。船舶密度与交通密度（亦称通航密度）含义相同；而交通流（亦称船舶流）密度的含义相对狭窄一些，它专指海上交通研究中所抽象出的交通流所在区域内的船舶密度。3/65第三章海上交通实况二、船舶密度分布船舶密度分布是指某一水域中船舶的空间分布。由于水域内各部分的地形、水文、气象、交通条件等不尽相同，而在水域内航行或活动的船舶的尺度、种类、任务也各有所异，故有必要通过交通调查了解和掌握船舶分布的实际情况。船舶密度分布图能够很好地定性定量地反映空间分布的实况。某一水域的船舶密度可能比较大，但由于船舶（密度）分布比较合理，则该水域内的船舶交通可能既不会产生交通堵塞又不会产生多发事故；反之，某一水域的船舶密度可能并不太大，但由于船舶密度分布不理想，就会出现该水域的某些部分船舶密度过大，造成交通堵塞或事故多发。船舶交通管理的一项具体任务就是通过人为手段使水域内船舶密度分布尽可能趋于合理。4/65第三章海上交通实况三、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雷达观测或航空摄影原始资料加以整理求得，并以船舶密度及其分布图表示。雷达观测资料一般是按等时间间隔标绘或拍摄的雷达荧光屏照片，记录了水域内所有船舶各瞬时回波的位置点。航空摄影照片上记录了水域内所有船舶各瞬时的实际位置点。这些原始资料可被用于许多项目的海上交通实况分析，整理船舶密度分布图只需要其中很少一部分。一种具体整理资料与绘图方法的步骤如下：（1）按等时间间隔（如每1h、2h、4h、8h整点时刻）选出雷达荧光屏照片或空中摄影照片，并复制成适当规格的透明图片。（2）将所有透明图片按同一地理参照点精确地重叠在一起。查出透明图片上所示交通调查水域内船舶（回波）总数，将其除以图片张数后再除以该水域面积，就获得该水域的船舶密度数值。（3）根据该水域面积大小和船舶数目多少绘制方格网透明图片并将其同样叠在上述透明图片上，将各网格内船舶数除以图片张数后再除以每方格内水域面积，就获得该水域内各点（以方格计）的船舶密度数值。5/65第三章海上交通实况（4）绘制一张带有上述格网的交通调查水域范围图。在各方格内填入上述所求得的各方格水域的船舶密度值，即制成一种船舶密度分布图，见下图。日本大阪湾的船舶密度分布6/65第三章海上交通实况（5）若采用细格网并将船舶密度数值分为若干等级，在各方格内绘成不同阴影，则制成另一种船舶密度分布图，见下图。7/65第三章海上交通实况有了船舶密度分布图，人们就可以对该水域的船舶交通实况有一个宏观了解，并可确定哪部分水域船舶密度大，因而更加予以重视。人们根据船舶密度分布图就可以从定性上转变到从定量上确切掌握船舶密度的大小及其空间变化，为深入进行其他交通研究打下了基础，也为实施交通管理提供了基本数据。此外，考虑到渔汛期间在一些通航水域中存在大量集中作业渔船群，故有必要向大多数运输船舶提供渔船在水域中的分布情况。渔船分布一般采用渔船位置点的分布图表示，见下图。英吉利海峡中段的渔船分布（1979年9月）8/65第三章海上交通实况第二节船舶航迹分布一、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。某一水域中所有船舶的航迹就显示出海上交通路线的特性或交通形式。航迹分布是指某一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。航迹分布也在一定程度上反映某一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。研究某一水域中的船舶航迹分布是建立交通流模型的基础，对于船舶交通对该水域的合理使用及引进船舶定线制也至关重要。航迹分布使人们了解船舶会遇的大致情况，如会遇地点、会遇形势（局面）和会遇率等，从而对船舶碰撞危险度有所掌握。9/65第三章海上交通实况二、航迹分布图航迹分布也是根据海上交通调查中所收集的雷达观测记录加以整理而求得的，并以航迹分布图表示。具体方法如下：选取一段时间（如几小时、半天、全天）的所有雷达荧光屏摄影照片，按照同一地理参照点和摄影时间顺序将一张张照片上的船舶回波位置标在一张白纸上，每标下一张照片时就将其分别连接上一张照片同一艘船舶的位置点，即可得到这段时间的航迹分布图。绘制分布图的最大困难是识别同一艘船舶在前后两张照片上的位置变动。在船舶密度大、速度差别大、船舶不完全是直线航行的水域中绘制航迹分布图比较困难。10/65第三章海上交通实况典型的航迹分布图如下图所示。该图是由海上交通观测数据处理系统的计算机按预先编制的作图程序绘制出来的，航迹线形逼真。从图中航迹可以看出，英吉利海峡水域中的船舶交通可归结为两个顺海峡走向的主交通流、两个与主交通流斜交的交通流和几个小而分散以直角穿越主交通流的穿越交通流。各交通流的地理位置、占据水域的宽度及船舶会遇的重点区域（图中航迹交叉处）一目了然。由此可见，有了航迹分布图，就可以正确而且恰当地把大块水域的整个海上交通分解成几个主要交通流来看待。研究每个交通流的特性与规律及主要交通流之间的相互关系和影响，再研究交通流交汇处的船舶会遇规律和碰撞危险及其船舶行为方式，就可基本上掌握该水域的海上交通实况。英吉利海峡中段的航迹分布（1979年9月）11/65第三章海上交通实况下图是计算机绘制的大连港船舶航迹图（1990年2月16~18日）。从该图中可以一目了然地看到进出大三山岛水道、进出大连港区和甘井子作业区以及横越大三山岛水道和港湾水域的各种船舶交通：进港船舶、出港船舶、横越水道船舶的航迹分布图。大连港3天观测的全部活动船舶航迹分布图（1990年2月16~18日）12/65第三章海上交通实况下图也是一种航迹分布图。它是表明船舶航行起讫点（从图中编号的一个观测门线航行到另一个观测门线）的航迹分布图，故航迹全是直线。该图反映了东京湾水域的海上交通路线的分布与主要交通路线（图中粗黑线）。这种航迹分布图由于经过人工处理而不能完全反映船舶的实际航迹的各种原来特点，故发挥的效用不如前述航迹分布图。东京湾的航迹分布（OD图）13/65第三章海上交通实况某一水域中的交通形式（空间分布）还可以用风花图（Vanediagram）来表示。风向标图可被看作是用船舶密度分布与航迹分布相结合的方式来反映交通形式的，也可被看作是用大块水域中的密度分布、单位区域的船舶密度及船舶运动方向的分布来综合反映该区域海上交通形式。日本某水域交通风向标图（风花图）14/65第三章海上交通实况一个水域中的交通形式（空间分布）还可以用门线图（Gatediagram）来表示。门线图往往用于显示狭窄水道中的交通形式。它可被看作是船舶航迹分布和单位水道宽度的船舶交通量相结合的产物。门线图一般用于反映来往船舶交通（或称为过境交通、直达交通）的交通形式。15/65第三章海上交通实况下图是一种考虑到船舶种类情况的门线图。它显示出杂货船、油船和散货船在直布罗陀海峡东口的航迹分布。同样，门线图还可以考虑不同尺度、不同国籍等船舶的航迹分布。直布罗陀海峡东口的船舶分布16/6517/65第三章海上交通实况第三节交通流一、交通流概念交通流是道路交通工程研究中提出的一个概念或交通模型。为了从理论上研究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性，根据物理上的流体，如连续不断地顺着一条水槽向一个方向流动的水流的相似概念，提出了交通流的概念，如汽车流等。同理，在一条道路上朝着一个方向行走的行人的运动总体可称为客流或人流。在一条铁道上朝着同一方向行驶的一列列火车可称为火车流。交通流概念用在海上交通工程研究中，就称为交通流或船舶流。交通流概念或模型在道路交通工程学中进行了长期的研究，取得了不少成果。有些人认为交通工程的核心是交通流。从要解决的问题分类，有解决道路交叉点的“点”的理论、解决道路上车辆行驶的“线”的理论和解决道路网络上车流的“面”的理论。18/65第三章海上交通实况交通流问题涉及驾驶人员一交通工具一交通环境这个交通系统中的三个方面及其相互关系，因素错综复杂。研究交通流的假定条件与实际情况相差很大，因而从不现实的假定出发推导得到的一系列结论与公式，在实际交通中难以应用。尽管如此，交通流理论研究成果使人们更深刻更系统地认识到交通的规律与特性，对交通实际工作也有一定的指导意义。在海上交通工程学上，对于交通流的研究在广度和深度及取得的成果上，远远不如道路交通工程学。一方面是由于海上交通工程学科形成时间晚；另一方面是海上交通工具（船舶）、海上交通路线（航路或水道）、海上交通流量（单位时间内通过船舶数）等都与道路交通情况大不一样，故在道路交通工程学上长期研究获得的理论并不能完全应用到海上交通工程学的研究中来；再一方面是道路交通流研究的重点在于提高交通效率，而海上交通流研究的重点在于增进交通安全。19/65第三章海上交通实况交通流概念可从交通工具流和交通事件流两方面来理解和分析。物流是指作为一种物体的船舶的运动像流水一样连续不断。事件流是指船舶到达水域中某一地点（到达或驶离港口、通过水道中某断面、进入或驶出锚地等）的事件发生像流水一样连续不断。在海上交通研究中建立交通流模型时也是从这两方面考虑的。二、交通流模型图式一般来说，一个交通流模型涉及五个基本要素：（1）交通流的位置，根据航迹分布图确定；（2）交通流的方向，根据船舶的运动方向确定；（3）交通流的宽度，根据航迹分布图确定；（4）交通流的密度，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的，以便于理论研究和具体计算；（5）交通流的速度，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。20/65第三章海上交通实况在狭窄水道或分道通航制的通航分道（Trafficlane）中，交通流模型容易形成，因为在这种区域内航行船舶的主要交通方式是顺水道或分道方向航行的，若水道两侧有港口，还存在穿越水道的船舶交通。因此，水道、航道或通航分道中的交通流一般是来往交通流和穿越交通流。在大海上或开阔水域，交通流模型的形成要依据海上交通观测调查获得的航迹分布图，如下图所示。英吉利海峡中段这一水域的船舶交通可归结为两个顺着海峡走向的主交通流、两个与主交通流斜交的交通流和几个小的以直角穿越主交通流的交通流，分别研究这些交通流的特性与规律及它们之间的相互影响便可全面了解该水域整个船舶交通的实际状况。显然，这几个交通流的交叉点位置预示着船舶的会遇或孕育着碰撞危险。在一个交通流内部也存在追越会遇（各船舶的速度不可能相等）及追越过程中形成的碰撞危险。英吉利海峡中段的航迹分布（1979年9月）21/65第三章海上交通实况根据海上交通调查数据而整