港口锚地碰撞可能性的模拟：导航交通冲突技术（NTCT）的应用外文翻译资料

 2022-07-31 21:30:57

英语原文共 14 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

港口锚地碰撞可能性的模拟：导航交通冲突技术（NTCT）的应用

Debnath, AK (Debnath, Ashim Kumar)[ 1 ] ; Chin, HC (Chin, Hoong Chor)[ 2 ]

摘要：尽管自模拟港口水域碰撞方面做了大量的工作，但没有多少研究致力于模拟港九锚地的碰撞。本文旨在通过将导航交通技术（NTCT）应用于锚地的碰撞可能性和检查导致碰撞的因素来填补文献中的这一重要空白。基于NTCT的原理，开发了碰撞可能性测量模型和碰撞可能性预测模型。这些模型通过使用新加坡港口水域锚地的船舶运动数据来说明。结果表明，测得的碰撞可能性与港口驾驶员所感知的碰撞可能性非常一致。在连接海岸线和国际航道的锚地发现了更高的碰撞可能性，但在连接封闭水域的锚地则没有。较高的运行速度，较大数量的孤立危险标记和白天条件与碰撞可能性的降低相关。

关键词：1港口安全 2 船舶碰撞 3 新加坡港口

1引言

在涉及船只的所有港口水事故中，港口水域的碰撞占了很大一部分（Goossens和Glansdorp，1998； Akten，2004； Darbra和Casal，2004； Yip，2008）。许多研究人员（例如Debnath和Chin，2007； Chin和Debnath，2008； Chin等人，2010； Debnath和Chin，2010； Weng等人，2012）认为大量的海港由于船舶数量和大小的快速增长，航行的碰撞将任然是主要关心点。

为了解决港口航行中的这一重要安全问题，许多研究人员(例如GoossensandGlansdorp,1998;Akten, 2004;DarbraandCasal,2004;Liuetal2006; Yip, 2008) 通过分析航行事故的历史记录来研究了解碰撞的特征和原因。作为历史数据的替代方法，最近一些研究人员(例如., Debnath and Chin, 2006; Debnath and Chin, 2010; Montewka et al., 2010; Debnath et al., 2011; Weng et al., 2012; Li et al., 2014) 已经研究了碰撞事件的替代指标，例如航行交通冲突和船只之间的近距离接触。

除了努力分析历史碰撞记录和碰撞事件的替代指标外，研究人员还使用多种方法研究了与导航碰撞有关的安全性问题，例如基于交通流的方法（Montewka等人，2012； Silveira等人，2013），基于交通模拟的方法 （van Dorp和Merrick，2011； Blookus-Roszkowska和Smolarek，2012； Goerlandt等人，2012），使用流量指标的方法（Qu等人，2011； Suman等人，2012），贝叶斯网络（Hauml;nninen等人） （2013年； Montewka等人，2014年）以及模糊失效模式和影响分析方法（Zaman等人，2014年）。IALA IWrap MKII模型（IALA，2012）提出了通过将碰撞候选数乘以因果概率来估算碰撞频率的准则。Burmeister等人（2014年）在锚地碰撞的背景下详细描述了IWrap模型。Goerlandt和Kujala（2014）回顾了研究船舶-船舶碰撞的不同方法，发现这些方法之间的可靠性较低，因此强调需要进一步研究以完善现有方法或开发新方法。Sormunen等。 （2014）进一步讨论了使用基于交通模拟方法的不确定性，并强调应改进模拟方法以估计船舶遭遇情景如何发展为碰撞情景。可以说，使用现实世界的交通运动数据来了解遭遇情景如何演变成碰撞情景可能有助于减少交通模拟模型中存在的不确定性。

利用现实交通流量数据的常用方法是基于替代指标的方法。基于碰撞替代指标的安全分析方法很有吸引力，因为它克服了传统方法依赖历史碰撞记录的主要局限性。Debnath和Chin（2010）在他们的文章中详细讨论了这个问题，该文章介绍了一种新颖而积极的方法来衡量碰撞风险，即导航交通冲突技术（NTCT）。NTCT利用交通冲突作为历史冲突记录的替代方法，因此它允许以主动方式管理冲突。使用NTCT的主要好处在于，安全分析人员无需等待数年即可积累大量的碰撞-由于这些碰撞是随机的，零星的事件，因此实际上不可能累积大量的碰撞。 在水路状况和导航辅助设备不断变化的情况下，可以通过分析相对较短时间段内的交通流量数据来采取预防或纠正措施。

尽管在开发主动安全管理技术领域中有最新进展，但是在将这些技术应用于港口锚地方面几乎没有进行任何研究。到目前为止，几乎所有的研究工作（例如Debnath和Chin，2010； Montewka等，2010； Debnath等，2011； Weng等，2012）都致力于检查与航道和航道中的碰撞有关的安全性问题。港口水域中船只运动的主要部分发生在航道和航道中，这可能就是为什么这些水域已成为大量研究的目标的原因。

来自港口水域的碰撞统计数据表明，在港口水域的其他部分，特别是在锚地中，碰撞的可能性可能很高。例如，Yip（2008）根据对香港水域航行事故的分析报告，有20％的碰撞发生在锚地上（其中一些可能包括驳船交通），而只有10％的碰撞发生在航道上。此外，刘等。 （2006）认为，经常有船只在繁忙的海港任意停泊。 特别是，出发时间表明确的船只往往会锚泊在航道或航道的边界附近，以便于进入。这种任意的锚泊做法，再加上高密度的船只（锚泊和进行中的船只），可能会导致船只之间的空间有限，从而给打算锚泊或脱离锚地的船只造成困难的操纵过程（Usui，2002）。因此，这些因素可能导致涉及移动中的船只和锚泊船只的碰撞。Burmeister等。 （2014年）认为，锚泊会对航行安全构成威胁，因为锚泊船只可能会成为导致与移动船只相撞的障碍。Zhang and Zhao（2013）强调了锚泊船只的正确定位是避免与移动船只发生碰撞的一项重要技术，他们还认为在港口水域这种碰撞并非罕见。总之，与其他港口水域（例如航道）相比，很少有人关注与港口水域锚地有关的安全问题。 在最近的研究中，Burmeister等人。（2014年）使用IALAIWrapMkII模型（IALA，2012年）研究了锚地的碰撞风险。他们提出了一种方法论，以扩展IWrap模型在评估锚泊船只和航行中船只之间的碰撞频率和物质后果方面的用途。使用模拟数据说明了开发的方法。尽管这项研究标志着估计锚泊中碰撞频率的良好尝试，但仍需要进一步研究，特别是在1）使用实际交通流量数据代替模拟数据，以及2）检查锚泊中碰撞的影响因素。

本文旨在通过应用NTCT来利用实际交通流量数据测量锚地中的碰撞可能性并研究造成碰撞的因素，从而填补港口航行安全文献中的这些重要空白。具体而言，开发了一种主动碰撞可能性能测量模型，该模型可以对锚地中的碰撞可能性进行定量测量。为了检查影响因素的影响，开发了一个预测模型，该模型检查了碰撞可能性与锚地的几何形状，交通和监管控制特征之间的关系。通过使用从港口的船舶交通信息系统（VTIS）获得的船只移动数据，说明了在新加坡港口水域内锚地的测量模型和预测模型。本文的其余部分首先讨论了两个模型，然后描述了用于说明模型的数据。 接下来提供模型校准和验证结果，然后提供结论。

2方法

2.1碰撞可能性测量模型（CPMM）。

NTCT由Debnath和Chin（2010）开发，着眼于导航碰撞的替代指标，以估计水路中的碰撞可能性。NTCT方法论的基本原理是基于这样的假设，即船舶之间的所有相互作用都属于与安全相关的事件的连续范围（Debnath和Chin，2006年），并且在层次结构系统的顶部发生了碰撞。一个关键特征是“近距离”船只交互作用（也称为“碰撞候选者”）-在空间和时间上两个或多个船只足够接近并且除非采取规避行动其轨迹将交叉的情况-处于层次结构中的碰撞之下。这些交互作用称为近距离错失，交通冲突或碰撞可能性的替代度量。NTCT重点关注这些碰撞事件的替代指标，以便定量估计两船相互作用或水道内所有相互作用（即航道，锚地）的碰撞概率。要估算给定时间段内锚点的碰撞可能性，首先需要估算锚点上所有两个容器相互作用的碰撞可能性。航行交通的本质上本质上是二维的（特别是在锚泊水域内，船只需要在锚泊的水域之间航行）。因此，两个船只对潜在碰撞事件的接近度都应在空间和时间上都代表。Debnath和Chin（2010）提出了最小会遇距离（DCPA）和最小会遇时间（TCPA）指标，以表示一对船只之间的时空接近性。这些指示器广泛用于船上导航和导航研究，因此对于导航员和研究人员具有普遍的接受性。研究（例如，Chin和Debnath，2009年； Debnath和Chin，2010年）表明，这些指标能够很好地代表相互作用的碰撞可能性。

为了得出与DCPA和TCPA有关的船舶相互作用中的碰撞可能性，Chin and Debnath（2009）针对不同的船舶尺寸类别开发了一套统计回归模型。通过采用这些模型，可以在整个互动过程中以较短的时间间隔（例如2至5秒）估算一次互动中的碰撞可能性。应当注意的是，在此估计过程中，船舶之间的相互影响较远（即，不可能发生碰撞）是必须排除的。提出了“船域（SD）”概念作为定义要排除哪些船的可接受标准（有关详细信息，请参阅Debnath（2009））。因此，对于在锚地中存在的船只的SD范围内的一艘船的相互作用，估计了碰撞的可能性（以下将这些相互作用称为“会遇”）。将锚泊中的每艘船与所有其他船配对，锚泊处的船SD为该船的SD，并估算每对船的碰撞可能性。

在涉及一对船只的相遇过程中，根据在不同时间点估计的碰撞可能性，可以识别出相遇的最严重点（当碰撞可能性最高时）。让我们将Cmax作为交互中发现的最高碰撞可能性。将Cmax转换为Crsquo;max=(1/(1-Cmax))并考虑锚点内的所有Crsquo;max值，以得到一个左截断分布（在Crsquo;max=1时）其渐进尾朝右。由于Crsquo;max表示在与碰撞事件的接近程度方面冲突的严重性（即，较高的值表示发生碰撞的可能性更大），因此可以通过设置阈值来利用曲线的尾部来估计锚泊中的碰撞可能性 它将严重冲突与非严重冲突区分开来。严重冲突与船只相遇相对应，如果不紧急采取适当的规避措施，可能会导致某种程度的碰撞。一项研究（Debnath，2009年）的经验结果，该研究测试了一组左截断的分布以获得最佳拟合分布，显示说明一个截断的伽玛分布始终为Crsquo;max值的分布提供最佳拟合。截断的伽马分布的累积分布函数可以写为：

其中p（0）是概率质量函数，它表示非冲突相遇的比例（当两个船只不太可能发生碰撞时）； tau;是一个阈值，可与非严肃的人区分开来；gamma;和delta;分别是gamma;分布的估计形状和尺度参数； theta;是表示截断值（＝ 1）的阈值参数。

由于碰撞可能性随船只尺寸而变化，因此有必要针对不同船只类别（vc）考虑不同的阈值（tau;）。。 将Pvc视为不同船只类别的概率质量函数，锚泊中的碰撞可能性可表示为：

其中tau;vc是容器等级vc的阈值； M是船级的总数。

碰撞可能性（CP）用每艘船只遭遇严重冲突的可能性来表示锚地整体碰撞的可能性。根据所涉及船只的类型，锚泊中的碰撞类型可大致分为三类：1）两艘锚泊船舶之间的碰撞（包括漂移船）； 2）锚泊船只与进行中的船舶之间的碰撞； 3）锚泊船舶之间的碰撞。 根据Burmeister等人的定义，两艘船正在进行中。 （2014）。由于当前的研究分析了所有可能的船只对的碰撞可能性，包括锚泊的船只和航行中的船只（即，某个特定船只的SD内的所有船只在某个锚地中），因此在该锚地中估计的碰撞可能性是所有船只的总合值。在当前研究中未对每种碰撞类别进行单独分析。为了捕获可见性和助航设备存在的影响，应该在白天和晚上分别测量碰撞可能性。

2.2碰撞可能性预测模型（CPPM）

当CPMM通过分析锚泊中的船只运动轨迹来测量锚泊中的碰撞可能性时，CPPM允许通过在CPPM中输入锚泊的已知特征来预测碰撞可能性。CPPM在碰撞可能性（由CPMM估计）与锚点的几何，交通和管制控制特性之间建立关系。它将每次遭遇中的CP值建模为二分式响应变量：严重冲突（= 1）和非严重冲突（= 0）。基于Debnath等人开发的建模框架。（2011年），该响应变量可以有效地建模为比例数据（即所有遭遇中严重冲突的比例）。二项式逻辑模型（BLM）是对此类比例数据进行建模的理想选择。

BLM将锚泊点a中在时间t遇到e的严重冲突（发生）的发生概率表示为：

其中Xeat是解释变量的向量，这些变量代表锚点a的几何，交通和调节控制特性； beta;是回归系数的向量； SCat和NSCat分别是时刻t的锚点a中的严重冲突和非严重冲突的数量。

3.数据收集

通过使用新加坡港口水域中锚地的船只移动数据来说明CPMM和CPPM（参见图1的地图，其中显示了九个锚地集群）。这些数据是从港口的VTIS获得的，其中包括船只的轨迹（位置坐标，速度，航向）和数字标识。通常根据锚点处船只的速度和密度，以较短的间隔（几秒钟）更新数据字段。在说明性示例中，使用了白天和黑夜每天四个小时的数据。根据现有研究的结果（Debnath和Chin，2010； Debnath等，2011），认为四个小时的数据足以获得统计上可靠的结果。

CPPM中总共包含15个解释变量，假设它们与锚地中的碰撞可能性有关。这些变量是根据文献中的现有知识（例如Debnath等，2011

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[241437]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章