4海上交通工程-第四章

武汉理工大学第四章船舶行为第一节船舶行为研究概述一、船舶行为的概念在海上交通研究中，关于船舶行为的研究是相当重要的部分，也是最复杂的部分。藤井称船舶行为的总体就是船舶交通。这表明广义上的船舶行为包括船舶的一般航行行为和船舶的避碰行为。武汉理工大学狭义的船舶行为，即船舶在驾驶人员操纵之下，以船舶避让为主要目的的行动方式与规律。在海上交通研究中，船舶行为不是指某一具体船舶的某一具体行为，而是指船舶群体的同类行动的方式与规律。由于船舶是人操纵的，故船舶行为在某种意义上是驾驶人员的行为。然而，船舶行为不仅取决于人的意识、思维、决策与操纵，而且受到船舶本身特性和周围环境的影响。武汉理工大学驾驶人员的操船决策过程图中信息A和信息B是船舶航行区域或航路上的环境信息。信息A是指那些直接对船体的运动施加外力的环境因素的信息，如风、波浪、潮流、海流、水流等。信息B则是指除环境信息A以外的其他环境信息，如他船动态、助航设施工况、能见度状况、碍航物、适用法规等。信息C和信息D是有关船舶的信息。信息C是指船舶的动态信息，如船舶的速度、航向、位置、摇摆等；信息D是指船舶的静态信息，如船舶的尺度、主机特性、操纵性能、载货状态等。武汉理工大学二、影响船舶行为的因素影响船舶行为的因素很多（见下图）。武汉理工大学某些因素的信息或数据是船舶驾驶人员决策操船方案时所必需的，如船舶的静态及动态特性、风、波浪及流、可航水域或航道宽度等；某些因素是决策操船方案的约束条件，如会遇状态、交通状态、视程、照度、航道上的视野范围等；某些因素则是决策操船方案的参考内容，如助航标志信息、助航服务、交通管制等。必需的信息和数据是进行操船决策基本的、不可缺少的依据。如果缺少这样的信息或数据，或者缺少其一部分，或者掌握的信息或数据的精度不高，都会导致错误的操船决策，甚至导致海难事故的发生，因此这种因素对船舶行为的影响最大，甚至起着决定性的作用。武汉理工大学通过船舶交通信息服务，船舶驾驶员可以获得尚未掌握到的信息，也可能由此而改变操船方式，但是最终影响船舶行为的还是被提供的信息，而不是服务。因为这些因素对船舶行为不能产生直接影响，而且其具体信息或数据也不确定，所以较难定量分析寻求船舶行为与这些因素之间的相关关系。来自船舶驾驶员方面的影响因素直接影响着其主观思维、分析、判断及决策，而这种影响的具体形式是多样化的，而且相当复杂，一般难以用简单的数学模型描述。其他方面的影响因素的信息或数据也要反应到船舶驾驶员的大脑中，要经过其分析处理，方能适用于操船措施的决策，即船舶、交通环境等客观因素对船舶行为的影响还在很大程度上受到了船舶驾驶员主观因素的制约，所以说船舶驾驶员方面的影响因素是船舶行为的重要影响因素。武汉理工大学船舶、交通环境因素反过来也影响到船舶驾驶员的心理状态，研究船舶行为就必须研究船舶驾驶员方面的因素对船舶行为的影响机理。这种研究属于行为科学研究的范畴，可以利用行为科学、人机工程学等方面的理论和方法。目前应用较多的是统计及模拟方法。研究船舶驾驶员的知识水平、技能对船舶行为的影响关系时，可以根据船舶驾驶员的受教育程度、海上资历等，分别研究各类驾驶员操纵下的船舶的行为；当要研究船舶驾驶员的心理、生理条件对船舶行为的影响关系时，因为难以观测驾驶员的心理状态和生理状况，且其影响关系复杂、多样，所以关于这方面的研究目前也多采取模拟实验方法。武汉理工大学三、船舶行为研究方法船舶行为是船舶交通的一部分，是客观存在的事物。研究船舶行为的目的是要寻求船舶在不同交通环境下的运动方式的统计规律，以获得整顿管理船舶交通、改善船舶交通状况和交通环境等方面的基础数据。因此，船舶行为研究基本上具有两大项工作，即船舶行为数据调查收集工作和分析工作。船舶行为数据调查收集方法主要有实态观测、资料统计、模拟和征询。适于定量数据收集的观测方法就是雷达观测。通过雷达观测可以获得船舶航迹有关数据，对同一段时间内不同船舶航迹相对关系进行分析，就可以获得船舶避碰过程中的有关数据，如最小会遇距离、避让开始距离、两船避让方式等（改向及其幅度或用车方式、右舷对右舷或左舷对左舷通过等）。如果是随航行船舶观测，则这些项目的数据精度会较高。武汉理工大学资料统计方法就是通过查阅有关船舶行为的记录资料来求取船舶行为有关数据。掌握船舶行为记录资料的部门主要是船舶或其所属企业以及岸基船舶交通监视机构。船舶掌握的记录资料有：车钟记录、航海日志、航迹记录资料等。模拟方法是研究船舶行为，尤其是其中的避碰行为的有效方法，如前所述，船舶行为很大程度上是由船舶驾驶员的大脑思维、分析和判断等决定的，而这些因素又是不可测度的，因此只能用其结果来反映。武汉理工大学模拟方法是研究船舶行为，尤其是其中的避碰行为的有效方法，如前所述，船舶行为很大程度上是由船舶驾驶员的大脑思维、分析和判断等决定的，而这些因素又是不可测度的，因此只能用其结果来反映。利用实态观测广泛收集船舶行为方面的数据要花费较多的时间，查阅资料也相当费时费力；而模拟方法则可弥补这方面的不足。它可以产生各种船舶交通状态，并能使一种状态反复出现，可以通过船舶驾驶员在各种船舶交通状态下的模拟操船，比较容易、直接、准确地获得船舶行为方面的有关数据，如用舵方式、物标发现距离等。模拟方法的不足之处是由于缺乏临场感，船舶驾驶员的操船可能与实际航行中的操船有所不同。武汉理工大学船舶行为数据的分析主要是利用数理统计和模糊数学方法。如前所述，船舶行为是一随机现象，具有统计规律性。通过对上述收集方法收集到的船舶行为数据进行统计分析，从而得到船舶行为的统计规律。对于船舶行为中具有某些非随机性、模糊性的问题，可以借助于模糊数学的理论和方法进行分析。武汉理工大学四、船舶行为研究的意义船舶行为研究是船舶交通研究的重要内容之一。其目的是通过对船舶行为的分析，从微观上掌握船舶在操纵避碰方面的方式、方法、特征和规律，并发现其中存在的问题；从宏观上掌握船舶在航行、操纵等方面的特征和规律，为进一步研究船舶交通其他内容、开发助航设备仪器、制定交通管理规划和有关法规、实施船舶交通管理提供依据。具体而言，船舶行为的研究成果可应用于以下几个方面：1.为制定有关法规提供基础数据2.向船舶驾驶员提供船舶在航行、操纵方面的宏观规律或模式使得船舶驾驶员之间能够取得对船舶操纵的共识，在某种程度上减少船舶操纵的不确定性，提高船舶驾驶员对交通状态，尤其是船舶会遇状态的判断准确性，也为交通值班员提供判断交通状态的参考。制定船舶交通法规的宏观目的是要增进船舶交通安全、提高船舶交通效率，其适用对象就是船舶交通或船舶交通的某一方面。武汉理工大学例如，ARPA设备中的试操船工作方式、危险状态自动报警功能等都利用着船舶行为的研究成果。3.为开发研制助航仪器设备提供理论和数据4.为规划整顿船舶交通提供依据通过研究船舶行为，可以发现船舶交通中存在的影响交通安全和效率的因素，掌握其影响规律，从而可以有针对性地制定措施，实施船舶交通管理。国际海事组织（IMO）的决议《船舶定线制的一般规定》中就指出船舶定线制的设计应当符合船员航行习惯，所谓习惯就是指船舶行为。武汉理工大学船舶行为研究成果不仅具有上述实践方面的意义，而且丰富了船舶交通研究的理论。船舶交通研究较其他交通形式的研究起步较晚，许多问题（包括船舶行为）的研究开展得不够，加之船舶交通本身状态复杂，适用的研究方法、理论欠缺，许多方面的问题尚未研究，船舶交通理论尚不完善，而通过船舶行为的研究则可充实、发展船舶交通理论，同时，也为船舶交通研究的其他方面提供了数据。例如，在船舶交通模拟中，要建立船舶航行模型、操船模型、避碰模型等，其建立模型的理论依据和数据就要来源于船舶行为的研究成果。武汉理工大学第二节船舶领域绝大多数后继船舶驾驶员避免进入的前一艘在航船舶周围的领域。武汉理工大学水道中船舶领域边界的确定武汉理工大学日本水道中船舶同向航行情况下后继船舶相对于前船位置的分布图武汉理工大学日本沿海水道中的船舶领域模型武汉理工大学椭圆形船舶领域的尺度武汉理工大学相对航迹分布示意图武汉理工大学船舶相对位置分布武汉理工大学不存在和存在船舶领域对中心船附近船舶密度的影响武汉理工大学开阔水域船舶领域模型武汉理工大学大海上船舶领域的尺度和影响因素武汉理工大学藤井与Goodwin建立船舶领域模型的异同相同点：两者都是海上交通研究的重大成果，为交通容量和船舶会遇到深入研究开辟了道路。从本质上讲两人建立的船舶领域概念和模型是一致的。即每一艘海上船舶周围都存在一个保证航行安全避免碰撞事故所需的水域。不同点：1、藤井的领域围绕他船，Goodwin围绕本船；2、藤井领域的研究水域是水道，Goodwin开阔水域；3、藤井领域的范围比Goodwin提出的领域大；4、从建立船舶领域模型的船舶数据来看，藤井的观测数据主要是20-500总吨的小船，Goodwin主要是中大型船舶，而且船舶吨位分布较广。武汉理工大学第三节船舶领域模型的发展武汉理工大学平滑Goodwin领域模型边界后的圆形船舶领域模型武汉理工大学变更中心船位置和船首向的椭圆领域武汉理工大学船舶领域的乘法因子武汉理工大学变更中心船舶位置和船首向的椭圆领域武汉理工大学对遇与追越情况下的船舶领域尺寸（以链为单位）武汉理工大学船舶反向航行（对遇）的船舶领域武汉理工大学船舶领域船舶领域的形状武汉理工大学船舶标准分隔尺寸武汉理工大学第四节动界以驾驶人员开始采取行动以避免紧迫局面时与他船的距离为基础的超级领域。武汉理工大学动界和船舶领域模型尺度的调查数据的统计分布武汉理工大学动界和领域相对船舶的位置平滑边界后的动界模型武汉理工大学第五节会遇武汉理工大学会遇密度分布图武汉理工大学多佛尔海峡西南向通航分道附近的会遇情况武汉理工大学多佛尔海峡24h内的会遇数目武汉理工大学日本某水域3min内的交叉会遇密度分布武汉理工大学第六节避碰行为武汉理工大学采取避碰行动时两船距离统计分布武汉理工大学采取避碰行动时目标船会遇最近距离统计分布武汉理工大学CPA/D统计分布曲线武汉理工大学避碰行动的种类武汉理工大学转向避碰行动幅度统计分析武汉理工大学两船实际通过距离统计分析武汉理工大学互见中影响避碰行动的主要因素武汉理工大学多佛尔海峡通航分隔制中船舶实际通过距离的统计分布武汉理工大学最小安全追越距离曲线（被追越船船长325m，旋回半径为0.4nmile）武汉理工大学避让操船措施武汉理工大学避让次数分布武汉理工大学转向幅度分布图武汉理工大学思考题1、概念：船舶行为、船舶领域、动界2、影响船舶行为的因素3、研究船舶行为的意义4、藤井与Goodwin船舶领域模型的异同点和各自的特点5、分析避碰行为的四个表征值的统计与研究结果