海冰影响下船舶北极水域航行风险评估方法
发布时间：2021-12-02 17:45
北极东北航线的开通大大缩短了亚洲至欧洲的航行距离,而海冰是船舶北极航行的主要威胁。针对海冰影响下船舶北极水域航行风险研究,提出基于客观监测数据的贝叶斯动态风险评估方法。通过分析船舶北极水域航行所面临主要风险因素,基于控制理论构建北极东北航道船舶航行风险评价模型。在此基础上,结合贝叶斯网络评价分析方法,根据北极水域海冰动态监测数据,实现船舶北极航行动态风险评价研究。以"永盛轮"北极航行为研究对象,对所研究航线上的航行风险变化进行仿真。评估结果表明,所提方法可实现对船舶北极水域航行风险的动态评估,并突出海冰冰情对船舶极地航行风险的影响,其中,完全无冰和完全有冰状态下的航行风险差值达0.14,模型灵敏性高。
【文章来源】：交通信息与安全. 2020,38(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
结构防护安全RR图1船舶北极水域航行风险前馈控制结构Fig.1FeedforwardcontrolstructureforshipnavigationriskinArcticwaters
的要求。普通船舶无法实现北极水域通航，需要经过特殊的结构加强来达到一定破冰能力，且在冰况较为复杂时还需依赖破冰船的护航。此外，北极水域海拔高、气温低，易对船舶及设备产生影响。对于北极水域航行船舶作业人员，除了需要具有极端环境下的作业技能（如冰区航行时的适任能力），还需要克服心理和生理上产生的变化对作业安全的影响。2.2北极水域船舶航行风险评估贝叶斯网络模型基于1.2节提出的船舶北极水域航行风险致因前馈控制结构，根据风险因素间的逻辑关系，建立北极水域航行风险贝叶斯网络模型，见图2。在该贝叶斯评估模型，共有17个节点，根据节点类型，可以分为输入变量、状态变量和输出变量3类，每种类别又包含多个风险因素，见表1。在图2所建立的船舶航行风险贝叶斯评估模型中，白色节点和其它节点之间的关系为“影响”，能见度和气温会影响船员的生理状态，风速和气温会影响船舶工况，气温过低会干扰通信设备的正常工作，海冰冰情会直接影响船体可靠性。此外，船舶上的通信设备、船舶工况及船舶抗冰等级会影响船体的可靠性，船员的心理状态、生理状态和技能水平会对船员可靠性产生影响。浅灰色节点之间、浅灰色和深灰色节点表1北极东北航道船舶航行风险贝叶斯网络节点分类Tab.1ClassificationofBayesiannetworknodesforshipnavigationriskinthearcticnortheastchannel分类输入变量中间变量输出变量个数881描述无父节点，有子节点的变量含有父节点和子节点的变量有父节点，无子节点的变量所含因素能见度、气温、海冰密集度、海冰厚度、风速、船员心理状态、技能水平、船舶冰级船员生理状态、船舶通讯设备、船舶工况、海冰冰情、船体可靠性、船员可靠性、船?
于2013年9月10日到达荷兰鹿特丹港[19]，“永盛轮”作为1条抗冰船舶，在冰情较差的情况下需要有破冰船的护航作业。由于本研究主要针对船舶极地航行，通过海冰冰情分析，2013年8月28日—9月2日“永盛轮”选择俄罗斯提供的破冰护航服务期间的冰情较差，航行其它阶段海冰对航行的影响不大。因此以“永盛轮”2013年8月28日选择破冰护航服务第1d所处位置为研究航段起点，2013年9月2日结束护航服务处作为航线终点。该段航线的总航行时间为6d，相关信息见图3，航线上每一个点代表船舶平均1d的船舶位置变化。航线终点：到达鹿特丹港所研究航线终点从中国出发所研究航线起点图3“永盛轮”航迹及所研究航段Fig.3Thetrackof"Yongsheng"andtheroutestudied3.1先验概率分布获取海冰的主要特征包括厚度和密集度，本研究中主要针对海冰密集度的动态变化对船舶航行安全的影响，数据来自于美国国家冰雪数据中心（NationalSnow&IceDataCenter，NSIDC）公布的精度为25km×25km的海冰密集度日平均变化卫星监测数据，数据网址为https://nsidc.org/data，本研究中所用到的海冰密集度原始数据见图4。参考文献[3]中对海冰密集度的划分标准，将海冰密集度划分为4个等级，分别为[0,10%]，（10%,30%]，（30%,60%]，（60%,100%]。根据风险因素对船舶航行安全的影响，参考文献[9]将贝叶斯网络中其它节点的状态划分为“good”，“bad”2个状态。根据图4中站点A~站点F在8月—9月的海冰密集度日平均变化数据，结合对海冰密集度的状态等级划分标准，通过统计得出每一状态发生频次
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于知识图谱的国内外北极航线安全研究进展与比较分析[J]. 马晓雪,刘阳,刘雨. 交通信息与安全. 2020(01)
[2]基于贝叶斯网络的浙江沿海船舶通航风险分析[J]. 余静,蒋惠园,胡佳颖. 中国航海. 2018(02)
[3]基于贝叶斯网络的船舶自沉事故后果预测[J]. 张笛,梁峥,范存龙,伍静. 中国航海. 2018(01)
[4]北极航线通航环境评价[J]. 李振福,闫力,徐梦俏,刘柏鹤,马书孟. 计算机工程与应用. 2013(01)
本文编号：3528891
【文章来源】：交通信息与安全. 2020,38(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
结构防护安全RR图1船舶北极水域航行风险前馈控制结构Fig.1FeedforwardcontrolstructureforshipnavigationriskinArcticwaters
的要求。普通船舶无法实现北极水域通航，需要经过特殊的结构加强来达到一定破冰能力，且在冰况较为复杂时还需依赖破冰船的护航。此外，北极水域海拔高、气温低，易对船舶及设备产生影响。对于北极水域航行船舶作业人员，除了需要具有极端环境下的作业技能（如冰区航行时的适任能力），还需要克服心理和生理上产生的变化对作业安全的影响。2.2北极水域船舶航行风险评估贝叶斯网络模型基于1.2节提出的船舶北极水域航行风险致因前馈控制结构，根据风险因素间的逻辑关系，建立北极水域航行风险贝叶斯网络模型，见图2。在该贝叶斯评估模型，共有17个节点，根据节点类型，可以分为输入变量、状态变量和输出变量3类，每种类别又包含多个风险因素，见表1。在图2所建立的船舶航行风险贝叶斯评估模型中，白色节点和其它节点之间的关系为“影响”，能见度和气温会影响船员的生理状态，风速和气温会影响船舶工况，气温过低会干扰通信设备的正常工作，海冰冰情会直接影响船体可靠性。此外，船舶上的通信设备、船舶工况及船舶抗冰等级会影响船体的可靠性，船员的心理状态、生理状态和技能水平会对船员可靠性产生影响。浅灰色节点之间、浅灰色和深灰色节点表1北极东北航道船舶航行风险贝叶斯网络节点分类Tab.1ClassificationofBayesiannetworknodesforshipnavigationriskinthearcticnortheastchannel分类输入变量中间变量输出变量个数881描述无父节点，有子节点的变量含有父节点和子节点的变量有父节点，无子节点的变量所含因素能见度、气温、海冰密集度、海冰厚度、风速、船员心理状态、技能水平、船舶冰级船员生理状态、船舶通讯设备、船舶工况、海冰冰情、船体可靠性、船员可靠性、船?
于2013年9月10日到达荷兰鹿特丹港[19]，“永盛轮”作为1条抗冰船舶，在冰情较差的情况下需要有破冰船的护航作业。由于本研究主要针对船舶极地航行，通过海冰冰情分析，2013年8月28日—9月2日“永盛轮”选择俄罗斯提供的破冰护航服务期间的冰情较差，航行其它阶段海冰对航行的影响不大。因此以“永盛轮”2013年8月28日选择破冰护航服务第1d所处位置为研究航段起点，2013年9月2日结束护航服务处作为航线终点。该段航线的总航行时间为6d，相关信息见图3，航线上每一个点代表船舶平均1d的船舶位置变化。航线终点：到达鹿特丹港所研究航线终点从中国出发所研究航线起点图3“永盛轮”航迹及所研究航段Fig.3Thetrackof"Yongsheng"andtheroutestudied3.1先验概率分布获取海冰的主要特征包括厚度和密集度，本研究中主要针对海冰密集度的动态变化对船舶航行安全的影响，数据来自于美国国家冰雪数据中心（NationalSnow&IceDataCenter，NSIDC）公布的精度为25km×25km的海冰密集度日平均变化卫星监测数据，数据网址为https://nsidc.org/data，本研究中所用到的海冰密集度原始数据见图4。参考文献[3]中对海冰密集度的划分标准，将海冰密集度划分为4个等级，分别为[0,10%]，（10%,30%]，（30%,60%]，（60%,100%]。根据风险因素对船舶航行安全的影响，参考文献[9]将贝叶斯网络中其它节点的状态划分为“good”，“bad”2个状态。根据图4中站点A~站点F在8月—9月的海冰密集度日平均变化数据，结合对海冰密集度的状态等级划分标准，通过统计得出每一状态发生频次
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于知识图谱的国内外北极航线安全研究进展与比较分析[J]. 马晓雪,刘阳,刘雨. 交通信息与安全. 2020(01)
[2]基于贝叶斯网络的浙江沿海船舶通航风险分析[J]. 余静,蒋惠园,胡佳颖. 中国航海. 2018(02)
[3]基于贝叶斯网络的船舶自沉事故后果预测[J]. 张笛,梁峥,范存龙,伍静. 中国航海. 2018(01)
[4]北极航线通航环境评价[J]. 李振福,闫力,徐梦俏,刘柏鹤,马书孟. 计算机工程与应用. 2013(01)
本文编号：3528891
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