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原文传递基于船舶操纵和失控模拟的桥区水域范围界定研究

论文题名：	基于船舶操纵和失控模拟的桥区水域范围界定研究
关键词：	桥区水域;船桥水动力;复航尺度;船舶操纵;失控模拟;船桥防撞
摘要：	频繁发生的跨江、跨海大桥被撞事故，使船-桥防撞问题引起社会的广泛关注。如何在桥梁和船舶数量进一步增加、通航环境更加复杂的情况下降低船-桥碰撞风险，如何利用有限的水域监管资源，科学有效地提高桥区水域船舶通航安全系数，成为亟待解决的问题。从海事监管角度出发，解决上述问题的关键就是桥区水域范围的界定。　　本文根据桥区水域通航船舶的特征以及海事监管的需求，基于船舶操纵和失控模拟，开展桥区水域范围尺度界定研究，以期提高现有桥区水域范围界定的科学性、针对性。　　论文主要开展了以下工作：　　（1）通过对目前国内外船撞桥事故的统计，说明了桥区水域范围界定研究的必要性和紧迫性。　　（2）基于船-桥水动力干扰分析的船-桥水动力干扰区研究。应用CFD技术，采用定常和非定常两种方法对船-桥水动力干扰效应进行了数值研究，确定了船-桥干扰造成的欠控区尺度，旨在界定桥区水域船舶禁入区，以避免因船-桥干扰使船舶横向偏移或转首而导致船-桥碰撞事故的发生。　　（3）船舶应急操纵复航尺度的界定研究。利用船舶运动建模和船舶控制模型，通过模拟确定了船舶在外界因素干扰下紧急避让或航线变更后恢复到原航向、原航线所需的船舶复航水域尺度。该项研究旨在界定海事部门重点监管的桥区水域范围，以避免在此水域范围内因外界干扰使船舶难以恢复到安全通过桥区的航线和航向上而导致船-桥碰撞事故的发生。船舶复航水域尺度对于确定桥区水域重点监管范围至关重要。鉴于目前对船舶复航尺度尚无系统的研究和明确的界定，本论文以船舶复航尺度作为重点内容之一开展了研究。　　（4）桥区水域船舶交通流AIS数据的反演研究。目前基本上都是针对桥梁设计代表船型来界定桥区水域范围，但随着船舶专业化程度的进一步提升，船舶分类越来越细化，不同类型的船舶对桥区安全通航的影响是不同的。本论文基于AIS数据反演提取交通流特征，从交通流层面根据船舶在特定桥区水域分布特征开展了桥区水域范围研究；同时将反演结果用于研究桥区水域船舶失控撞桥概率和界定计入船舶复航尺度的桥区水域范围。该项研究旨在根据桥区水域船舶分布及船舶类型，科学地界定桥区水域重点监控区。　　（5）针对失控船舶的桥区水域范围研究。首先建立了失控状态下船-桥碰撞模型，然后从失控后船-桥碰撞概率出发，运用蒙特卡洛随机模拟的方法，建立了船舶失控状态下的船-桥碰撞概率与桥区水域范围的关系模型。该项研究旨在界定计入船舶失控影响的桥区水域警戒区，为海事部门科学监管，保障桥区水域船舶通航安全及应急抢险提供科学依据，以避免因船舶失控导致船-桥碰撞事故的发生。　　本文基于船-桥水动力干扰提出了受控船-桥干扰欠控区尺度，基于复航尺度的研究提出了船舶应急操纵水域尺度，基于概率分析提出了船舶失控撞击桥梁的危险区。通过以上研究，从受控船舶、船舶应急操纵和失控船舶三个层面对桥区水域进行了界定，分别确定了桥区水域船舶禁入区、重点监控区和警戒区。本文的研究成果为提高桥区水域海事监管的针对性提供了科学依据。
作者：	甘浪雄
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	邹早建
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文