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原文传递施工水域船舶航行碰撞风险识别方法研究

论文题名：	施工水域船舶航行碰撞风险识别方法研究
关键词：	施工水域;船舶航行;碰撞行为;风险识别
摘要：	施工水域船舶航行碰撞风险识别是施工水域船舶航行安全监管领域的重要手段。在通航水域开展水上施工是越来越常见的水上施工方式，为了保障施工水域内的船舶航行安全，提高船舶碰撞风险识别能力成为船舶航行安全监管领域亟待解决的重要问题。为此，在国家不断加强水上施工安全监管的背景下，开展施工水域船舶航行碰撞风险识别方法研究，具有提升施工水域船舶航行安全整体水平的理论价值和现实意义。本文的主要研究工作如下：　　（1）为了开展施工水域船舶航行安全的相关研究，梳理了多种常见工程船的施工方式，并基于其施工特点，将工程船的施工类型分为四类。深入分析处于操纵能力受限制船舶的航行特点，发掘各类船舶的碰撞风险来源。为了处理环境因素对工程船开展水上施工的影响，将施工水域按照环境特征分为航道施工水域与开阔施工水域，并分别归纳两类施工水域对船舶安全航行造成影响的环境特点；　　（2）针对操纵能力受限船的航行特点，提出了基于多级船舶领域的操纵能力受限船碰撞风险识别方法，用于解决操纵能力受限船在施工水域中的碰撞风险识别问题。根据操纵能力受限船的航行特点，采用船间效应定量计算方法与船舶操纵性定量计算方法联合构建针对操纵能力受限船的船舶领域模型，在此基础上提出基于多级船舶领域的操纵能力受限船碰撞风险识别方法，该方法有效克服了单一船舶领域模型应用于船舶碰撞风险识别时的不足，具有为操纵能力受限船提供显示碰撞风险趋势的能力。研究结果表明，提出的船舶领域模型能够代替传统的船舶领域模型来表述操纵能力受限船周围所需的安全航行水域范围；在此基础上构建的碰撞风险识别方法较传统方法更具优势，能够有效显示两船会遇过程中的碰撞风险发展趋势，有助于施工水域监管部门对操纵能力受限船航行安全的监管；　　（3）针对开阔施工水域的环境特点，结合工程船的施工特点，提出了基于特别谨慎航行角的碰撞风险趋势分析方法。首先在船舶避碰几何学相关理论与模型的基础上，提出船舶特别谨慎航行角模型，该模型具有动态显示船舶间发生碰撞风险的航行角度范围的能力；其次，基于特别谨慎航行角模型，提出开阔施工水域船舶碰撞风险综合评分算法。该算法不仅能够有效识别船舶间的碰撞风险发展趋势，还能在开阔施工水域的众多船舶中，甄别具有最紧迫碰撞风险的船舶。研究结果表明，提出的特别谨慎航行角模型能够显示船舶间的碰撞风险航行角度范围；基于慎航角模型的碰撞风险评分算法具有定量分析航行经过的船舶间、航行经过船与工程船间碰撞风险发展趋势的能力；提出的碰撞风险综合评分方法不仅能够监控开阔施工水域内航经的碰撞风险发展趋势，同时能够根据碰撞风险评分的权重，对碰撞风险源排序，从监管的角度识别航行经过船当前具有最大碰撞风险的船舶，有助于施工水域监管部门对开阔施工水域船舶航行安全的监管；　　（4）针对航道施工水域的环境特点，结合工程船的施工特点，提出了基于局部标准参考航线的船舶碰撞风险度量方法。首先利用 Delaunay 三角剖分算法实现通航环境模型的自动构建，结合航行经过船的安全航行水深实现可航水域网络搜寻，进而为航行经过船规划局部标准参考航线；其次，提出基于局部标准参考航线的船舶碰撞风险度量算法，通过求解航行经过船当前船位相对局部标准参考航线的偏离程度，来度量航行经过船对施工区内工程船构成的碰撞威胁。研究结果表明，提出的局部标准参考航线规划算法能够为航行经过船规划出安全的航线，其环境建模算法较传统算法更加准确、高效；基于局部标准参考航线的碰撞风险度量方法能够有效解决航道施工水域中的船舶碰撞风险识别问题，进而有助于施工水域监管部门对航道施工水域船舶航行安全的监管。　　最后，总结施工水域船舶航行碰撞风险识别方法研究的理论成果，并对该领域未来的研究方向进行了展望。
作者：	潘伟
专业：	交通运输规划与管理
导师：	谢新连
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022