破冰船护航下船舶碰撞风险建模与避碰决策方法研究

发布时间：2020-07-06 18:24

【摘要】：随着全球气候变暖,北极海冰大量融化,极具价值的北极航道将提升北极地区的实际价值。破冰船护航作为一种极地冰区典型的船舶团队协作作业模式,大大拓宽了极地冰区船舶通航的时间窗口,使船舶商业化运营成为可能。但由于极地冰区通航环境复杂多变,破冰船护航下的船舶碰撞事故发生频繁,极地冰区船舶交通事故统计表明破冰船护航下的船舶碰撞事故所占的比例最高。针对极地冰区典型的船舶作业模式,开展极地冰区破冰船护航下的船舶碰撞风险建模与避碰决策方法研究具有重要的意义。采用风险因素识别、风险建模与分析和交通仿真等方法,分别对破冰船护航下的船舶碰撞风险因素识别、船舶碰撞风险建模与分析及其船舶避碰决策方面开展研究。实现了破冰船护航下的船舶碰撞风险分析和避碰决策时机的选择。主要研究内容如下:(1)破冰船护航下的船舶碰撞风险因素识别。在统计分析破冰船护航下的船舶碰撞事故的基础之上,从外界因素、组织管理不恰当、不安全的监督、不安全行为的前提条件及操作人员的不安全行为五分层次对破冰船护航下的船舶碰撞风险因素进行分析,构建了破冰船护航下的船舶碰撞风险因素层次模型,并对所识别的风险因素发生频次进行统计分析,结合专家知识实现破冰船护航下的船舶碰撞风险因素识别。(2)破冰船护航下的船舶碰撞风险建模与分析。在破冰船护航下的船舶碰撞风险识别的基础之上,构建了破冰船护航下的船舶碰撞风险事故树模型,计算了护航作业过程中的风险因素的结构重要度,列举了最小割集。并结合最小割集和风险因素结构重要度制定风险防控措施,为极地破冰船护航下的船舶碰撞风险防控提供理论指导,实现了破冰船护航下的船舶碰撞风险建模与分析。(3)破冰船护航下的船舶避碰决策方法研究。针对极地冰区破冰船护航下的破冰船和被护航船舶。首先,对不同冰情环境下的船舶航行状态进行模拟,并根据船舶的运动特点预测不同航行态势下的船舶航行速度。其次,结合船舶的操纵性能等分析船舶间的碰撞态势,提出了一种破冰船和被护航船舶在空间维度内的船舶碰撞态势评价方法,以可接受的碰撞风险概率为风险阈值,提出有效的避碰策略。最后,以“永盛轮”和“50 LET POBEDY”为例,运用上述模型计算了不同复杂海冰环境下的护航船舶间安全距离和制定了避碰决策。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.21
【图文】：

模型框架

Reason模型框架

破冰船,值班船,每小时,轨迹

图 4-1 “永盛轮”在破冰船护航下的航行轨迹“永盛轮”在破冰船“50 LET POBEDY”护航下航行时，值班船员每小时对船舶的航行状态数据和冰情数据进行记录，记录了 124 组护航下的船舶航行数据，具体数据参数如表 4-2 所示。

示意图,破冰船,船舶,示意图

图 4-3 破冰船护航下的船舶跟驰模型示意图以破冰船开始采取制动措施为初始时刻，破冰船完成制动时与被护航船舶始位置的距离2S 可用公式（4-7）表示。2 0 2=bS S +S（4-7）其中：b2S 为破冰船制动过程中航行的距离，0S 为被护航船舶开始采取制动

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