CN116978260B - 基于ais船舶标准化的海上交通流态势评估方法 - Google Patents

基于ais船舶标准化的海上交通流态势评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于AIS船舶标准化的海上交通流态势评估方法，本发明划分N个水域，测算进出每个水域边界AIS船舶自然交通流量；将船舶类型划分为客船、货船、危险品船、非运输船等四种，通过总结近几年我国沿海港口进出港海船的吨级分布，选取每类船舶标准船型，确定AIS船舶换算系数，并计算AIS船舶标准交通流量；计算海上交通流强度，并对N个水域海上交通流强度归一化处理，测算出每个水域交通流态势指数，将评估水域设为高、较高、中、较低、低态势水域五个交通流态势等级，分别对应不同的交通流态势指数区间，进而研判海上交通流态势变化趋势及空间分布规律，提高海上交通流态势评估的精度和可靠性。

Description

基于AIS船舶标准化的海上交通流态势评估方法
技术领域
本发明涉及海上交通流技术领域，尤其涉及一种基于AIS船舶标准化的海上交通流态势评估方法。
背景技术
海上交通流态势为某一海域、某一时间段内的船舶流量状况，是海上运输和海洋开发活动的重要表现形式；开展海上交通流态势评估，可准确掌握海上交通流历史变化规律和空间分布特征，为海上交通安全管理、政策制定和工程咨询提供技术支撑，对保障海上交通安全、提高海上交通效率意义重大；随着海上交通运输和海洋开发活动日益繁忙，船舶大型化、船型多样化趋势明显，海上交通流呈现流量密度大、船舶结构复杂、交通冲突加剧、安全形势趋紧等特征，对海上交通流态势评估技术提出了更高要求。
早期海上交通流基础数据通常采取人工、仪器现场观察获取，或用进出港船舶签证、船舶报告数量代替，研究重点是船舶交通流量、密度和速度等参数之间的关系，如GreeNShields模型及其修正模型；近几年，多采用AIS(Automatic IdeNtificatioNSystem，船舶自动识别系统)船舶数据研究海上交通流特征，包括船舶流量以及位置、航速、密度、宽度、船种、吨位、船籍等；目前研究成果中的船舶交通流量均为自然流量，未考虑船舶类型和大小，也就是说，1艘货船、1艘高速客船和1艘油船在船舶交通流量统计上是无差别的，1艘300吨的船舶和1艘300,000吨级船舶也是均按1艘次船舶统计流量；基于船舶自然流量的态势评估，其精度和可靠性势必受到很大影响，难以精准支撑海上交通安全管理、政策制定和工程咨询等应用。
发明内容
为此，本发明提供一种基于AIS船舶标准化的海上交通流态势评估方法，用以解决现有技术中船舶自然流量的态势评估精度和可靠性低的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于AIS船舶标准化的海上交通流态势评估方法，包括，
步骤S1：划分N个水域，对划分的每个水域进行编号，记为第1水域、第2水域……第N水域；
步骤S2：测算进出每个水域边界船舶自然流量；
步骤S3：将船舶类型归为客船、货船、危险品船和非运输船；
步骤S4：通过总结近几年我国进出港海船的吨级，选取每类船舶的标准船型，确定AIS船舶换算系数，并计算AIS船舶标准交通流量；
步骤S5：计算海上交通流强度，并对N个水域的海上交通流强度归一化处理，测算出每个水域交通流态势指数；
步骤S6：将评估水域设为高、较高、中、较低、低态势水域五个交通流态势等级，分别对应不同的交通流态势指数区间。
进一步地，
所述步骤S2中，AIS船舶自然流量定义为一定时间内，进出每个水域所有边界线的船舶自然交通流量之和。
进一步地，
所述步骤S3中，所述客船包括高速客船、客滚船、客渡船、普通客船等；所述货船包括散货船和集装箱船等；所述危险品船包括油船、液化气船和散装化学品船等；所述非运输船包括渔船、公务船、工程船和拖轮等。
进一步地，
所述步骤S4中，所述AIS船舶换算系数Ci计算公式为：
式中：Li为需要标准化换算的船舶总长，Bi为需要标准化换算的船舶型宽,Lo为标准船型的总长,Bo为标准船型的型宽。
进一步地，
所述步骤S4中，所述AIS船舶标准流量为不同船舶类型、不同船舶主尺度换算为标准船后的流量。
进一步地，
所述步骤S4中，将所述客船、所述货船、所述危险品船及所述非运输船四类船舶换算为标准船型，其标准流量为：
式中：Fj为第j类船舶AIS标准交通流量，j＝1,2,3,4，且所述客船、所述货船、所述危险品船及所述非运输船AIS标准交通流量分别对应F1、F2、F3和F4，Nj为第j类船舶换算系数的个数，Cj,i为第j类船舶第i个换算系数，Mj,i为第j类船舶第i个换算系数对应的船舶自然交通流量；
全部AIS船舶标准交通流量为：
式中：F为全部船舶AIS标准交通流量，wj为第j类船舶的权重，j＝1,2,3,4，货船权重为1.0，客船权重定为5.0、危险品船权重定为3.0，非运输船舶权重定为1.0。
进一步地，
所述步骤S5中，所述海上交通流强度为任一水域、任一时间内AIS船舶标准交通流量与该水域面积之比值，其公式为：
式中：Rn为第n个水域的海上交通流强度，n＝1,2……N-1,N，Fn为第n个水域的AIS船舶标准交通流量，Sn为第n个水域的面积。
进一步地，
所述步骤S5中，所述海上交通流态势指数为：
式中：rn为第n个水域的海上交通流态势指数，max(Rn)为全部水域中海上交通流强度的最大值，min(Rn)为全部水域中海上交通流强度的最小值。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过划分水域，将AIS船舶交通流量中的不同船舶类型、不同船舶主尺度自然流量换算为标准流量，提出并测算海上交通流态势指数，划分海上交通流态势等级，研判海上交通流态势变化趋势及空间分布规律，提高了船舶自然流量的态势评估的精度和可靠性，评估结果可为海上交通安全巡航执法、涉水工程施工现场监管、海事救助装备设施布局规划、海事救助建设项目技术咨询、通航设施安全影响评估等工作提供重要支撑。
附图说明
图1为实施例中基于AIS船舶标准化的海上交通流态势评估方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，为实施例中基于AIS船舶标准化的海上交通流态势评估方法的流程示意图。本发明提供一种基于AIS船舶标准化的海上交通流态势评估方法，包括,
步骤S1：划分N个水域，对划分的每个水域进行编号，记为第1水域、第2水域……第N水域；
步骤S2：测算进出每个水域边界船舶自然流量；
步骤S3：将船舶类型归为客船、货船、危险品船和非运输船；
步骤S4：通过总结近几年我国进出港海船的吨级，选取每类船舶的标准船型，确定AIS船舶换算系数，并计算AIS船舶标准交通流量；
步骤S5：计算海上交通流强度，并对N个水域的海上交通流强度归一化处理，测算出每个水域交通流态势指数；
步骤S6：将评估水域设为高、较高、中、较低、低态势水域五个交通流态势等级，分别对应不同的交通流态势指数区间。
通过划分水域，将AIS船舶的不同类型、不同主尺度自然流量换算为标准流量，提出并测算海上交通流态势指数，划分交通流态势等级，研判海上交通流态势变化趋势及空间分布规律，评估结果可为海上交通安全巡航执法、涉水工程施工现场监管、海事救助装备设施布局规划、海事救助建设项目技术咨询、通航设施安全影响评估等工作提供重要支撑，提高了船舶自然流量的态势评估的精度和可靠性。
进一步地，
所述步骤S2中，AIS船舶自然流量定义为一定时间内，进出每个水域所有边界线的船舶自然交通流量之和。
进一步地，
所述步骤S3中，所述客船包括高速客船、客滚船、客渡船、普通客船等；所述货船包括散货船和集装箱船等；所述危险品船包括油船、液化气船和散装化学品船等；所述非运输船包括渔船、公务船、工程船和拖轮等。
进一步地，
所述步骤S4中，船舶吨级按总载重吨和总吨计，其中总载重吨用于货船和危险品船，表示船舶重量，为船舶装载货物的最大重量；总吨用于客船和非运输船，表示船舶容积，为船上所有固定围蔽处所的容积。2018～2022年，我国进出港海船平均载重吨为5071吨，且趋于平缓，预计在短时期内不会发生根本性改变，因此选取5000吨级海船为换算标准船型；如表1为2018～2022年进出港海船数量及总载重吨统计表。
表1 2018～2022年进出港海船数量及总载重吨统计表
AIS船舶基本信息共24项，并未涉及船舶总载重吨和总吨信息，但有与船舶总载重吨和总吨信息有关的总长、型宽等船舶主尺度信息，故拟将船舶吨级换算为船舶主尺度；采用总长、型宽的乘积作为标准船换算依据，对应的乘积区间分别取上、下相邻乘积的中间值；以5000吨级船舶为标准船，相应换算系数为1，可以得出AIS船舶换算系数计算公式为：
式中：Li为需要标准化换算的船舶总长，Bi为需要标准化换算的船舶型宽,Lo为标准船型的总长,Bo为标准船型的型宽。
海上客船、货船、危险品船主尺度及换算系数如表2海上客船(普通客船为准)主尺度及换算系数表、表3海上货船(散货船为准)主尺度及换算系数表和表4海上危险品船(油船为准)主尺度及换算系数表所示，非运输船舶换算系数参照客船选取。
表2海上客船(普通客船为准)主尺度及换算系数表
表3海上货船(散货船为准)主尺度及换算系数表和表
表4海上危险品船(油船为准)主尺度及换算系数表
进一步地，
所述步骤S4中，所述AIS船舶标准交通流量为不同船舶类型、不同船舶主尺度换算为标准船后的交通流量。
进一步地，
所述步骤S4中，AIS船舶标准交通流量为不同船舶类型、不同船舶主尺度换算为标准船(5000吨级)后的交通流量；将所述客船、所述货船、所述危险品船及所述非运输船四类船舶换算为标准船型，其标准交通流量为：
式中：Fj为第j类船舶AIS标准交通流量(艘次)，j＝1,2,3,4，且所述客船、所述货船、所述危险品船及所述非运输船AIS标准交通流量分别对应F1、F2、F3和F4，Nj为第j类船舶换算系数的数量，Cj,i为第j类船舶第i个换算系数，Mj,i为第j类船舶第i个换算系数对应的船舶自然交通流量(即对应船舶总长和型宽乘积区间内的船舶自然交通流量)；
全部船舶AIS标准交通流量为：
式中：F为全部船舶AIS标准交通流量，wj为第j类船舶的权重，j＝1,2,3,4，货船权重为1.0，客船权重定为5.0、危险品船权重定为3.0，非运输船舶权重定为1.0。
进一步地，
所述步骤S5中，所述海上交通流强度为任一水域、任一时间内AIS船舶标准交通流量与该水域面积之比值，其公式为：
式中：Rn为第n个水域的海上交通流强度，n＝1,2……N-1,N，Fn为第n个水域的AIS船舶标准交通流量，Sn为第n个水域的面积。
进一步地，
所述步骤S5中，所述海上交通流态势指数为：
式中：rn为第n个水域的海上交通流态势指数，max(Rn)为全部水域中海上交通流强度的最大值，min(Rn)为全部水域中海上交通流强度的最小值。
为提高海上交通流态势评估的精准性，将评估水域设五个交通流态势等级，分别为高、较高、中、较低、低态势水域，具体对应不同的交通流态势指数空间，如表5海上交通流态势等级与态势指数区间对应关系所示。
表5海上交通流态势等级与态势指数区间对应关系
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于AIS船舶标准化的海上交通流态势评估方法，其特征在于，包括，
步骤S1：划分N个水域，对划分的每个水域进行编号，记为第1水域、第2水域……第N水域；
步骤S2：测算进出每个水域边界船舶自然流量；
步骤S3：将船舶类型归为客船、货船、危险品船和非运输船；
步骤S4：通过总结近几年我国进出港海船的吨级，选取每类船舶的标准船型，确定AIS船舶换算系数，并计算AIS船舶标准交通流量；
步骤S5：计算海上交通流强度，并对N个水域的海上交通流强度归一化处理，测算出每个水域交通流态势指数；
步骤S6：将评估水域设为高、较高、中、较低、低态势水域五个交通流态势等级，分别对应不同的交通流态势指数区间；
所述步骤S4中，所述AIS船舶换算系数计算公式为：
，
式中：为需要标准化换算的船舶总长，/>为需要标准化换算的船舶型宽,/>为标准船型的总长,/>为标准船型的型宽；
将所述客船、所述货船、所述危险品船及所述非运输船四类船舶换算为标准船型，其标准流量为：
，
式中：为第j类船舶AIS标准交通流量，j=1,2,3,4，且所述客船、所述货船、所述危险品船及所述非运输船AIS标准交通流量分别对应/>、/>、/> 和/>，/>为第j类船舶换算系数的个数， />为第j类船舶第i个换算系数，/>为第j类船舶第i个换算系数对应的船舶自然交通流量；
全部AIS船舶标准交通流量为：
，
式中：为全部船舶AIS标准交通流量，/>为第j类船舶的权重，j=1,2,3,4，货船权重为1.0，客船权重定为5.0、危险品船权重定为3.0，非运输船舶权重定为1.0；
所述步骤S5中，所述海上交通流强度为任一水域、任一时间内AIS船舶标准交通流量与该水域面积之比值，其公式为：
，
式中：为第n个水域的海上交通流强度，n=1,2……N-1,N，/>为第n个水域的AIS船舶标准交通流量，/>为第n个水域的面积；
所述海上交通流态势指数为：
，
式中：为第n个水域的海上交通流态势指数，/>为全部水域中海上交通流强度的最大值，/>为全部水域中海上交通流强度的最小值。
2.根据权利要求1所述的基于AIS船舶标准化的海上交通流态势评估方法，其特征在于，所述步骤S2中，AIS船舶自然流量定义为一定时间内，进出每个水域所有边界线的船舶自然交通流量之和。
3.根据权利要求1所述的基于AIS船舶标准化的海上交通流态势评估方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述客船包括高速客船、客滚船、客渡船、普通客船；所述货船包括散货船和集装箱船；所述危险品船包括油船、液化气船和散装化学品船；所述非运输船包括渔船、公务船、工程船和拖轮。
4.根据权利要求3所述的基于AIS船舶标准化的海上交通流态势评估方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述AIS船舶标准流量为不同船舶类型、不同船舶主尺度换算为标准船后的流量。
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