航道顺直段船舶交通流仿真分析
发布时间：2021-01-24 16:19
面对日益增长的船舶吨位以及繁忙的江、海轮混合的船舶运输,航道通过能力和服务水平受到影响。深入航道船舶交通流规律,有利于优化水运交通组织方式,保证航道的通行效率和航行安全,具有重要研究意义。本文考虑船舶交通特征,提出基于前船航速的船舶领域模型,建立航道顺直段船舶交通流元胞自动机模型,分析不同船舶领域以及船舶尺寸对船舶交通运行特征的影响。针对船舶航行实际情况,结合航运安全规则,考虑船舶安全间距,基于元胞自动机建模原理,建立了顺直航段可换道的双向交通流仿真模型:以京杭运河实际通航资料对模型进行验证。在此基础上,结合船舶领域、停车视距的概念,分析了定值船舶领域、基于简化法计算制动距离的船舶领域、基于积分法和考虑相对速度的船舶领域的计算模式。通过仿真分析船舶领域、船舶尺寸以及航道瓶颈对航道交通流的影响,结果表明:在自由流阶段,与运河实际通航船流数据拟合较好的船舶领域模型在高密度交通流状态下差异较为显著,若将以往经过低密度交通流验证的船舶模型直接用于高密度交通流进行仿真分析,存在一定风险;针对长江深水航道船型,在不同船舶尺寸下,航道的船舶航行速度分布差异较小,对于不同船型组成,长江航道的船舶航速极...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
船舶领域长轴计算示意图
第三章船舶交通流仿真模型27《长江江苏段船舶定线制规定（2017）》中要求在可以追越的航道中，追越船必须按规定鸣放声号，并取得前船同意后，方可以追越。被追越船应当同意追越船追越，并应当尽可能采取让出一部分航道和减速等协助避让的行动。演化规则中采用考虑前方船速的船舶安全间距对船舶行为进行判别：图3-1船舶追越过程示意图1）船舶换道判别：船舶追越需综合考虑追越动机、对向航道空间条件和本航道空间条件，使追越行为能够改善该船航行状况，并且不会对临近水域其它船舶造成安全隐患，设定以下判别算法：（1）船舶受到前方慢船阻塞，水域空间不能满足其以期望的速度航行：111jjiiVtVt，NL式中，Vi(t)、V1j(t)分别表示第i个元胞上的船舶以及其同航道的前船速度；N1j、Li分别表示第i个元胞上的船舶与同航道的前方船舶之间空的元胞数与所需的安全间距；模型中所有参数的上标“1”的含义为与i船同航道，上标“0”表示对向航道的参数。（2）对向航道前方、后方航段的交通条件较好，即航段内有足够的空间供其安全航行：0000oppjbbNL，NL式中，N0j（N0b）、L0j（L0b）分别表示第i个元胞上的船舶与对向航道的前（后）方船舶之间空的元胞数与所需的安全间距。（3）船舶在完成追越后，前方有足够的空间使其返回母航道，避免长期占用对向航道而堵塞航段或造成安全事故。11"backjNL式中，N0j’表示第j个元胞上的船舶与航道的前方船舶之间空的元胞数；L0j表示i船考虑回归原航道时前方船舶所需的最小追越空间。（4）即使在上述条件均满足情况下，追越行为也仅能按一定概率发生，一方面是考
东南大学硕士学位论文40到的时空图，从图中可知，对向航道来船可能会造成本航道船舶的慢化和轻微拥堵；在考虑前船速度的船舶安全间距下，航道船舶分布更为均匀，即不存在长时间的无船，也没有很明显的拥堵现象，航道使用效率和服务水平均较好。a）积分法b）Coldwellc）简化法d）相对速度图4-2低密度时不同船舶领域对应的的航道时空图图4-3为在航道船流密度增大的情况下，对于船舶领域取不同的几组值进行仿真得到的时空图，不同船舶安全间距下航道中船舶的疏密程度即拥堵情况不同：由于安全间距的控制，船舶进入航道的时间受到影响，Coldwell模型中船舶间距较大，致使能够进入航道中的船舶不多，所以船舶分布比较均匀，这虽然保证了航道在某种程度上的服务质量，但是航道通过能力受到影响。对于另外三种船舶安全间距，拥堵出现的时间和空间位置有一定区别，并且拥挤程度也不同，定量分析见下文三参数分析。a）积分法b）Coldwell
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶智能化研究现状与展望[J]. 柳晨光,初秀民,谢朔,严新平. 船舶工程. 2016(03)
[2]基于可接受间隙理论的内河港区段航道通过能力[J]. 何良德,许忠厚,董晓红,王俊杰,陆园园. 科学技术与工程. 2015(22)
[3]基于元胞自动机的船舶交通仿真模型及应用[J]. 李伟峰,马文耀,王庆武,于家根,严粱. 中国航海. 2015(02)
[4]多桥水域航道通过能力仿真研究[J]. 徐武雄,初秀民,刘兴龙. 交通运输系统工程与信息. 2015(03)
[5]内河水网航道通过能力仿真[J]. 牟军敏,陈曦,陈琳瑛,唐伟明,刘莹. 中国航海. 2015(01)
[6]桥区航道船舶通过能力仿真[J]. 侯海强,余玉欢,严新平,刘兴龙. 大连海事大学学报. 2015(01)
[7]船舶交通流建模与仿真研究进展[J]. 徐武雄,初秀民,刘兴龙. 水利水运工程学报. 2014(06)
[8]基于停船视距和积分运算的船舶领域计算方法[J]. 刘金龙,张玮,刘曙明. 中国港湾建设. 2014(09)
[9]内河航道船舶交通流研究[J]. 吴中,王雪洁. 贵州大学学报(自然科学版). 2014(01)
[10]基于时空资源理论的受限复杂航段船舶通过能力[J]. 谭志荣,王茂清,刘敬贤,刘钊. 大连海事大学学报. 2013(04)
硕士论文
[1]内河梯级多线船闸交通建模与仿真分析[D]. 孔庄.东南大学 2017
[2]京杭运河船舶交通流特性研究[D]. 唐月明.东南大学 2016
[3]航道交汇水域船舶交通组织的影响分析[D]. 郑娟.大连理工大学 2011
[4]澜沧江船舶航行诱导系统关键技术研究[D]. 乔春福.大连海事大学 2011
[5]长江干线典型航道通过能力仿真研究[D]. 张蕾.武汉理工大学 2009
本文编号：2997553
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
船舶领域长轴计算示意图
第三章船舶交通流仿真模型27《长江江苏段船舶定线制规定（2017）》中要求在可以追越的航道中，追越船必须按规定鸣放声号，并取得前船同意后，方可以追越。被追越船应当同意追越船追越，并应当尽可能采取让出一部分航道和减速等协助避让的行动。演化规则中采用考虑前方船速的船舶安全间距对船舶行为进行判别：图3-1船舶追越过程示意图1）船舶换道判别：船舶追越需综合考虑追越动机、对向航道空间条件和本航道空间条件，使追越行为能够改善该船航行状况，并且不会对临近水域其它船舶造成安全隐患，设定以下判别算法：（1）船舶受到前方慢船阻塞，水域空间不能满足其以期望的速度航行：111jjiiVtVt，NL式中，Vi(t)、V1j(t)分别表示第i个元胞上的船舶以及其同航道的前船速度；N1j、Li分别表示第i个元胞上的船舶与同航道的前方船舶之间空的元胞数与所需的安全间距；模型中所有参数的上标“1”的含义为与i船同航道，上标“0”表示对向航道的参数。（2）对向航道前方、后方航段的交通条件较好，即航段内有足够的空间供其安全航行：0000oppjbbNL，NL式中，N0j（N0b）、L0j（L0b）分别表示第i个元胞上的船舶与对向航道的前（后）方船舶之间空的元胞数与所需的安全间距。（3）船舶在完成追越后，前方有足够的空间使其返回母航道，避免长期占用对向航道而堵塞航段或造成安全事故。11"backjNL式中，N0j’表示第j个元胞上的船舶与航道的前方船舶之间空的元胞数；L0j表示i船考虑回归原航道时前方船舶所需的最小追越空间。（4）即使在上述条件均满足情况下，追越行为也仅能按一定概率发生，一方面是考
东南大学硕士学位论文40到的时空图，从图中可知，对向航道来船可能会造成本航道船舶的慢化和轻微拥堵；在考虑前船速度的船舶安全间距下，航道船舶分布更为均匀，即不存在长时间的无船，也没有很明显的拥堵现象，航道使用效率和服务水平均较好。a）积分法b）Coldwellc）简化法d）相对速度图4-2低密度时不同船舶领域对应的的航道时空图图4-3为在航道船流密度增大的情况下，对于船舶领域取不同的几组值进行仿真得到的时空图，不同船舶安全间距下航道中船舶的疏密程度即拥堵情况不同：由于安全间距的控制，船舶进入航道的时间受到影响，Coldwell模型中船舶间距较大，致使能够进入航道中的船舶不多，所以船舶分布比较均匀，这虽然保证了航道在某种程度上的服务质量，但是航道通过能力受到影响。对于另外三种船舶安全间距，拥堵出现的时间和空间位置有一定区别，并且拥挤程度也不同，定量分析见下文三参数分析。a）积分法b）Coldwell
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶智能化研究现状与展望[J]. 柳晨光,初秀民,谢朔,严新平. 船舶工程. 2016(03)
[2]基于可接受间隙理论的内河港区段航道通过能力[J]. 何良德,许忠厚,董晓红,王俊杰,陆园园. 科学技术与工程. 2015(22)
[3]基于元胞自动机的船舶交通仿真模型及应用[J]. 李伟峰,马文耀,王庆武,于家根,严粱. 中国航海. 2015(02)
[4]多桥水域航道通过能力仿真研究[J]. 徐武雄,初秀民,刘兴龙. 交通运输系统工程与信息. 2015(03)
[5]内河水网航道通过能力仿真[J]. 牟军敏,陈曦,陈琳瑛,唐伟明,刘莹. 中国航海. 2015(01)
[6]桥区航道船舶通过能力仿真[J]. 侯海强,余玉欢,严新平,刘兴龙. 大连海事大学学报. 2015(01)
[7]船舶交通流建模与仿真研究进展[J]. 徐武雄,初秀民,刘兴龙. 水利水运工程学报. 2014(06)
[8]基于停船视距和积分运算的船舶领域计算方法[J]. 刘金龙,张玮,刘曙明. 中国港湾建设. 2014(09)
[9]内河航道船舶交通流研究[J]. 吴中,王雪洁. 贵州大学学报(自然科学版). 2014(01)
[10]基于时空资源理论的受限复杂航段船舶通过能力[J]. 谭志荣,王茂清,刘敬贤,刘钊. 大连海事大学学报. 2013(04)
硕士论文
[1]内河梯级多线船闸交通建模与仿真分析[D]. 孔庄.东南大学 2017
[2]京杭运河船舶交通流特性研究[D]. 唐月明.东南大学 2016
[3]航道交汇水域船舶交通组织的影响分析[D]. 郑娟.大连理工大学 2011
[4]澜沧江船舶航行诱导系统关键技术研究[D]. 乔春福.大连海事大学 2011
[5]长江干线典型航道通过能力仿真研究[D]. 张蕾.武汉理工大学 2009
本文编号：2997553
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