CN114510783B - 一种基于气象水文环境信息的狭水道航行安全评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于气象水文环境信息的狭水道航行安全评估方法,包括:步骤1、采集狭水道航段信息,获取狭水道的起始位置Pa坐标和终点位置Ps坐标,获取船舶到达起始位置Pa的时间Ta、船舶狭水道航段计划航速Vt、通过终点位置Ps的时间Ts;步骤2、查询Ta至Ts时间段内的风速Fv、风向浪高Hm、能见度Ci;获取计划航向航段平均船间距D、船舶吨位W、船舶长度L、船舶横向受风面积Soc、船舶水面上体积Voc以及船龄G;步骤3、根据获取的要素信息计算要素影响因子,进而分别计算船舶倾覆风险系数及碰撞风险系数,并对其结果融合计算航行安全风险系数,进行风险评估。本发明通过对航行安全进行评估,为船舶狭水道航行计划的制定提供辅助决策依据。
Description
技术领域
本发明涉及航海导航技术领域,具体涉及一种基于气象水文环境信息的狭水道航行安全评估方法。
背景技术
狭水道通常指可航行水域的宽度狭窄、船舶操纵受到限制的通航水域,船舶在狭水道航行通过时容易发生倾覆、碰撞,属于船舶事故高发区域。
船舶航行安全的影响要素除了船舶自身的船龄、吨位、尺寸、航速外,风、浪、能见度等气象水文信息也会影响船舶的航行安全。
发明内容
为了辅助船舶进行狭水道航行计划制定,本发明提供了一种基于气象水文环境信息的狭水道航行安全评估方法。
本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的:
一种基于气象水文环境信息的狭水道航行安全评估方法,该方法包括以下步骤:
步骤1、船舶通过狭水道前,采集狭水道航段信息,获取狭水道的起始位置Pa坐标和终点位置Ps坐标,获取船舶到达起始位置Pa的时间Ta、船舶狭水道航段计划航速Vt、通过终点位置Ps的时间Ts;
步骤2、查询Pa至Ps水域Ta至Ts时间段内的气象水文预报要素信息,气象水文预报要素信息包括风速Fv、风向浪高Hm、能见度Ci;获取船舶通过狭水道航段的船舶状态要素信息,船舶状态要素信息包括计划航向/>航段平均船间距D、船舶吨位W、船舶长度L、船舶横向受风面积Soc、船舶水面上体积Voc以及船龄G;
步骤3、根据获取的气象水文预报要素信息及船舶状态要素信息,综合计算船舶在Ta至Ts时间段内通过该狭水道的航行安全风险,航行安全风险包括倾覆风险和碰撞风险,包括以下步骤:
S1、根据获取的气象水文预报要素信息及船舶状态要素信息,计算要素影响因子;
S2、根据要素影响因子,分别计算船舶在Ta至Ts时间段内经过Pa至Ps水域航行的倾覆风险系数与碰撞风险系数,并对其结果进行融合计算,获得船舶在该狭水道、该航行计划中的航行安全风险系数与安全评估结果。
进一步地,在步骤3中,根据获取的气象水文预报要素信息及船舶状态要素信息,分别计算横向风速影响因子qf、船舶横向受风面积影响因子qsoc、浪高影响因子qh、能见度影响因子qc、船龄影响因子qg、航速影响因子qvt、吨位影响因子qw、风速影响因子qfv、航段拥挤度影响因子qρ、船舶水面体积影响因子qvoc;其中qf、qsoc、qh、qg、qvt、qw、qfv、qvoc分别与Soc、Hm、G、Vt、W、Fv、Voc呈正态相关;qc、qρ分别与Ci、/>呈负态相关。
进一步地,将Soc、Hm、G、Vt、W、Fv、Voc、Ci、/>分别划分为若干区间,区间数量相同;qf、qsoc、qh、qg、qvt、qw、qfv、qvoc、qc、qρ分别对应/>Soc、Hm、G、Vt、W、Fv、Voc、Ci、/>的区间取值,qf、qsoc、qh、qg、qvt、qw、qfv、qvoc、qc、qρ的起始数值及数值变化幅度一致。
进一步地,在步骤3中,分别计算船舶倾覆风险系数Rf和船舶碰撞风险系数Rc;
Rf=[λ1qfqsoc+λ2qh+λ3qc]*(1+λ4qg)*(1+λ5qvt)/(1+λ6qw);
其中,λ1=0.4,λ2=0.5;λ3=0.1;λ4=0.005;λ5=0.01;λ6=0.07;
Rc=[η1qfv+η2qh+η3qc]*(1+η4qvt)*(1+η5qρ)*(1+η6qvoc);
其中,η1=0.05,η2=0.1,η3=0.85,η4=0.05,η5=0.04,η6=0.02。
进一步地,该方法中,航行安全风险Rs是根据船舶倾覆风险系数Rf和船舶碰撞风险系数Rc进行融合计算得出, 其中θ1=0.27,θ2=0.16,Rs越大风险程度越大。
相比与现有技术,本发明的有益效果在于,本发明综合考虑船舶自身因素与通过狭水道时间段内的气象水文环境条件,对船舶倾覆风险及碰撞风险进行分别计算,再综合计算并评估船舶在该狭水道的航行安全风险,有效提升狭水道航行安全风险评估的准确性,为船舶狭水道航行计划的制定提供辅助决策依据,提升航行安全。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步描述:
一种基于气象水文环境信息的狭水道航行安全评估方法,该方法包括以下步骤:
步骤1、船舶通过狭水道前,采集狭水道航段信息,获取狭水道的起始位置Pa坐标和终点位置Ps坐标,获取船舶到达起始位置Pa的时间Ta、船舶狭水道航段计划航速Vt、通过终点位置Ps的时间Ts;
步骤2、查询Pa至Ps水域在Ta至Ts时间段内的气象水文预报要素信息,气象水文预报要素信息包括风速Fv、风向浪高Hm、能见度Ci;获取船舶通过狭水道航段的船舶状态要素信息,船舶状态要素信息包括计划航向/>航段平均船间距D、船舶吨位W、船舶长度L、船舶横向受风面积Soc、船舶水面上体积Voc以及船龄G;
步骤3、根据获取的气象水文预报要素信息及船舶状态要素信息,综合计算船舶在Ta至Ts时间段内通过该狭水道的航行安全风险,航行安全风险包括倾覆风险和碰撞风险。
风险评估时,包括步骤S1-S2:
S1、根据获取的气象水文预报要素信息及船舶状态要素信息,计算要素影响因子;
S2、根据要素影响因子,分别计算船舶在Ta至Ts时间段内经过Pa至Ps水域航行的倾覆风险系数与碰撞风险系数,并对其结果进行融合计算,获得船舶在该狭水道、该航行计划中的航行安全风险系数与安全评估结果。
进行风险分析时,根据获取的气象水文预报要素信息及船舶状态要素信息,分别计算横向风速影响因子qf、船舶横向受风面积影响因子qsoc、浪高影响因子qh、能见度影响因子qc、船龄影响因子qg、航速影响因子qvt、吨位影响因子qw、风速影响因子qfv、航段拥挤度影响因子qρ、船舶水面体积影响因子qvoc;其中qf、qsoc、qh、qg、qvt、qw、qfv、qvoc分别与Soc、Hm、G、Vt、W、Fv、Voc呈正态相关;qc、qρ分别与Ci、/>呈负态相关。
具体地,可以将Soc、Hm、G、Vt、W、Fv、Voc、Ci、/>分别划分为若干区间,区间数量相同;qf、qsoc、qh、qg、qvt、qw、qfv、qvoc、qc、qρ分别对应/>Soc、Hm、G、Vt、W、Fv、Voc、Ci、/>的区间取值,qf、qsoc、qh、qg、qvt、qw、qfv、qvoc、qc、qρ的起始数值及数值变化幅度一致,比如影响因子的起始数值都是1,第二个区间影响因子的取值都是3,第三个区间影响因子的取值都是5。
本实施例中将Soc、Hm、G、Vt、W、Fv、Voc、Ci、/>分别划分为5个范围区间,对应的qf、qsoc、qh、qg、qvt、qw、qfv、qvoc、qc、qρ分别针对5个区间进行取值,如下表所示:
根据横向风速影响因子qf、船舶横向受风面积影响因子qsoc、浪高影响因子qh、能见度影响因子qc、船龄影响因子qg、航速影响因子qvt、吨位影响因子qw计算船舶倾覆风险系数Rf;
根据风速影响因子qfv、浪高影响因子qh、能见度影响因子qc、航速影响因子qvt、航段拥挤度影响因子qρ、船舶水面体积影响因子qvoc;计算船舶碰撞风险系数Rc;
Rf=[λ1qfqsoc+λ2qh+λ3qc]*(1+λ4qg)*(1+λ5qvt)/(1+λ6qw),
其中,λ1=0.4,λ2=0.5;λ3=0.1;λ4=0.005;λ5=0.01;λ6=0.07。
Rc=[η1qfv+η2qh+η3qc]*(1+η4qvt)*(1+η5qρ)*(1+η6qvoc);
其中,η1=0.05,η2=0.1,η3=0.85,η4=0.05,η5=0.04,η6=0.02。
根据船舶倾覆风险系数Rf和船舶碰撞风险系数Rc综合计算航行安全风险系数Rs,其中θ1=0.27,θ2=0.16,Rs越大风险程度越大。本实施例中将Rs的计算结果进行风险等级划分,如下表所示:
Rs | 1≤Rs<2 | 2≤Rs<4 | 4≤Rs<6 | 6≤Rs<8 | Rs≥8 |
风险等级 | 安全 | 较安全 | 中等 | 较危险 | 危险 |
下面给出具体实例进行说明:
步骤1
狭水道航段起始位置Pa坐标(110.4°E,21.3°N)和终点位置Ps坐标(110.4°E,21.0°N),获取船舶到达起始位置Pa的时间Ta(北京时间2021年11月5日08:00)、船舶狭水道航段计划航速Vt(9.6节)、通过终点位置Ps的时间Ts(2021年11月5日10:20);
步骤2
查询2021年11月5日08:00到10:20时间段内从Pa到Ps航段的气象水文预报信息,风速Fv为8节、风向为西偏北30°、浪高Hm为1米、能见度Ci为3海里;获取船舶通过狭水道航段的船舶状态信息,船舶的计划航向/>为南偏西45°、航段平均船间距D为60米、船舶吨位W为3000吨、船舶长度L为55米、船舶横向受风面积Soc约630平方米、船舶水面上体积Voc约为7200立方米、船龄G为12年。
步骤3
将获取的气象水文预报要素信息及船舶状态要素信息代入,获取对应的要素影响因子qf、qsoc、qh、qg、qvt、qw、qfv、qvoc、qc、qρ取值,如下表所示:
qf | qsoc | qh | qg | qvt | qw | qfv | qvoc | qc | qρ |
3 | 5 | 1 | 5 | 3 | 5 | 1 | 5 | 5 | 5 |
代入计算得到
Rf=[0.4*3*5+0.5*1+0.1*5]*(1+0.005*5)*(1+0.01*3)/(1+0.07*5)≈5.47;
Rc=[0.05*1+0.1*1+0.85*5]*(1+0.05*3)*(1+0.04*5)*(1+0.02*5)≈6.68;
将Rc和Rs代入计算Rs:
Rs=3.06,判定船舶在计划时段通过该狭水道航段的航行安全等级为较为安全。
本实施例只是对本发明的进一步解释,并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改,但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (3)
1.一种基于气象水文环境信息的狭水道航行安全评估方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤1、船舶通过狭水道前,采集狭水道航段信息,获取狭水道的起始位置Pa坐标和终点位置Ps坐标,获取船舶到达起始位置Pa的时间Ta、船舶狭水道航段计划航速Vt、通过终点位置Ps的时间Ts;
步骤2、查询Pa至Ps水域在Ta至Ts时间段内的气象水文预报要素信息及船舶状态要素信息;气象水文预报要素信息包括风速Fv、风向浪高Hm、能见度Ci;船舶状态要素信息包括计划航向/>航段平均船间距D、船舶吨位W、船舶长度L、船舶横向受风面积Soc、船舶水面上体积Voc以及船龄G;
步骤3、根据获取的气象水文预报要素信息及船舶状态要素信息,综合计算船舶在Ta至Ts时间段内通过该狭水道的航行安全风险,航行安全风险包括倾覆风险和碰撞风险,包括以下步骤:
S1、根据获取的气象水文预报要素信息及船舶状态要素信息,计算要素影响因子;分别计算横向风速影响因子qf、船舶横向受风面积影响因子qsoc、浪高影响因子qh、能见度影响因子qc、船龄影响因子qg、航速影响因子qvt、吨位影响因子qw、风速影响因子qfv、航段拥挤度影响因子qρ、船舶水面体积影响因子qvoc;
S2、根据要素影响因子,分别计算船舶在Ta至Ts时间段内经过Pa至Ps水域航行的倾覆风险系数Rf与碰撞风险系数Rc,并对其结果进行融合计算,获得船舶在该狭水道、该航行计划中的航行安全风险系数与安全评估结果;
Rf=[λ1qfqsoc+λ2qh+λ3qc]*(1+λ4qg)*(1+λ5qvt)/(1+λ6qw);
其中,λ1=0.4,λ2=0.5;λ3=0.1;λ4=0.005;λ5=0.01;λ6=0.07;
Rc=[η1qfv+η2qh+η3qc]*(1+η4qvt)*(1+η5qρ)*(1+η6qvoc);
其中,η1=0.05,η2=0.1,η3=0.85,η4=0.05,η5=0.04,η6=0.02;航行安全风险Rs是根据船舶倾覆风险系数Rf和船舶碰撞风险系数Rc进行融合计算得出,其中θ1=0.27,θ2=0.16,Rs越大风险程度越大。
2.根据权利要求1所述的一种基于气象水文环境信息的狭水道航行安全评估方法,其特征在于,在所述步骤3中,qf、qsoc、qh、qg、qvt、qw、qfv、qvoc分别与Soc、Hm、G、Vt、W、Fv、Voc呈正态相关;qc、qρ分别与Ci、/>呈负态相关。
3.根据权利要求2所述的一种基于气象水文环境信息的狭水道航行安全评估方法,其特征在于,将Soc、Hm、G、Vt、W、Fv、Voc、Ci、/>分别划分为若干区间,区间数量相同;qf、qsoc、qh、qg、qvt、qw、qfv、qvoc、qc、qρ分别对应/>Soc、Hm、G、Vt、W、Fv、Voc、Ci、/>的区间取值,qf、qsoc、qh、qg、qvt、qw、qfv、qvoc、qc、qρ的起始数值及数值变化幅度一致。
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