郑中义――海上交通工程

海上交通工程郑中义教授大连海事大学航海学院绪论一、早期的海上交通研究•研究制定海上避碰规则；•推荐与指定海上航路。二、海上交通研究的开始•道路交通工程的确立；•二次世界大战结束后，世界经济复苏；•多佛尔海峡碰撞事故多；•日本与1976年成立海上交通工程学研究组。三、海上交通工程学的确立•日本首先命名为海上交通工程；•1971年，发表海上交通工程的综述论文•1972年在英国召开第一次海上交通工程学术会议四、海上交通工程的内容与研究方法•特点（1）是工程科学的分支；（2）研究对象是海上交通；（3）研究方法借鉴道路交通工程；（4）研究目的主要是增进海上交通安全和提高交通效率。•海上交通工程的研究方法：调查-分析-应用-再调查•欧洲与日本早期海上交通工程研究的区别(1)理论体系，基础研究(2)应用第一章海上交通要素第一节海上交通的概念第二节船舶与驾驶人员特性第三节海上交通环境5第一节海上交通的概念一、海上交通的定义•荷兰学者Wepster定义为：指定区域内单个船运动的组合。因此由西欧十几个国家共同完成的重大海上交通科研项目（COST301）主报告第一卷（概念与定义）中指出：海上交通可定义为“给定海域（或空间）内发生的，使用这一空间的所有船舶的运动”。•日本海上交通工程学者藤井认为：船舶行为的总体就是海上交通。•吴兆麟教授综合海上交通的定义为：指定区域内船舶行为的总体与运动的组合。•交通事故是指碰撞、搁浅、触碰等与船舶运动有关的事故6•“海上交通”定义如何理解船舶交通不是指运动的船舶，而是指船舶的运动；船舶交通不是指某一艘船的运动或行为，而是指某区域内所有船舶的运动或行为的总体。二、海上交通的分类•按水域类型分：有港口船舶交通、水道船舶交通和沿海船舶交通等。•研究港口船舶交通时：分为进口船舶交通与出口船舶交通。•研究水道船舶交通时：分为过往交通与穿越交通。•研究沿海水域船舶交通时：常常以大多数船舶的运动方向分类，分别研究东行交通与西行交通（如直布罗陀海峡等）或北上交通与南下交通（如我国成山头附近水域）。•研究定线制的船舶交通时：使用交通、穿越交通、使用沿岸通航带的船舶交通等。•在研究船舶交通时，有时从船舶交通的构成上进行研究，包括船舶各类、船舶尺度等；有时也从船舶操纵性、船舶国籍等方面进行研究，这也是一种交通构成。•另外在研究某水域船舶交通或行为时，特别注意特殊船舶影响。第二节船舶与驾驶人员特性一、船舶特征1.船舶尺度：用来表明船舶的大小。•标准船的概念•船舶的分级总吨（吨）•船舶参数的关系满载吃水（米）型宽（米）型深（米）2.船舶速度：分为船速(对水速度)和航速(对地速度)。•船舶定速：即海上速度（90%额定功率、96～97%额定转速）•港内速度：主机额定转速70～80%对应的速度•安全航速：第6条规定：“每一船舶在任何时候应用安全航速行驶，以便9250LGT2Lf07.0DLm16.0BLm08.0D能采取适当而有效的避碰行动，并能在适合当时环境和情况的距离以内把船停住。”•《规则》还规定：“在决定安全航速时，考虑的因素中应包括下列各点：第一，对所有船舶：(1)能见度情况；(2)通航密度，包括渔船或任何其他船舶的密集程度；(3)船舶的操纵性能，特别是在当时情况下的冲程和回转性能；(4)夜间出现的背景亮光，诸如来自岸上的灯光或本船灯光的反向散射；(5)风、浪和流的状况以及靠近航海危险物的情况；(6)吃水与可用水深的关系。第二，对备有可使用的雷达的船舶，还须考虑：(1)雷达设备的特性、效率和局限性；(2)所选用的雷达距离标尺带来的任何限制；(3)海况、天气和其他干扰源对雷达探测的影响；(4)在适当的量程内，雷达对小船、浮冰和其他漂浮物有探测不到的可能性；(5)雷达探测到的船舶数目、位置和动态；(6)当用雷达测定附近船舶或其他物体的距离时，可能对能见度作出更确切的估计。•船舶特性时间：船舶长度与速度之比。是反映船舶操纵性的特征之一。3.船舶冲程和旋回（1）船舶冲程•停车冲程•倒车冲程•冲程与安全航速（2）船舶旋回•紧迫局面与船舶旋回•安全航速与船舶旋回二、驾驶人员特征船舶驾驶人员是指船长、值班驾驶员、引航员等实际下达指挥操纵船舶命令的人员。1.视觉特征•视力（静、动）•视野（静、动）•色彩感觉•影响因素（位置、背景光、光、盲区、年龄、能见度、照度等）2.听觉3.反应特征•驾驶人员在驾驶船舶过程中不断接受本船、他船、助航设施与标志、水文气象与航路条件及交通管理方面的各种外界信息，并在刺激后作出相应的反应。•反应特性的影响因素：(1)反应时间与受刺激的感觉器官有关;(2)反应时间与运动系的种类(左手、左脚、右手、右脚)有关;(3)反应时间与刺激的强度有关;(4)反应时间与人体的状态有关;(5)反应时间与驾驶环境有关;(6)反应时间与速度有关;(7)反应时间与饮酒量有关;(8)反应时间与药物有关。4.疲劳、兴奋与生理节律（1）疲劳（2）生理节律•每天5483596058575755526352704552706054567046575751374665507451482902040608010012345678910111213141516171819202122232425262728293031•每月•每年5.人为因素与海上交通事故1371181501801621661161291101731701270501001502001月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月第三节海上交通环境海上交通环境是指船舶运动所处的空间与条件，包括航行水域，该水域的自然条件和交通条件三方面。一、航行水域航行水域是船舶运动的场所和空间。从海上交通系统说，航行水域由港口和航路组成。从地理上说，航行水域包括江河湖海及称之为港湾、海峡、水道、运河、航道等水域。海上交通工程学所着重研究的是港口及其附近水域、重要水道（海峡）和沿海水域中的船舶交通。18第三节海上交通环境二、自然条件自然条件指的是水域的气象、水文与地形条件等。地形条件是指船舶航行与操纵的空间范围是否受到限制的程度。水文条件指的是水深、水流、潮汐、波浪、冰冻等对船舶交通有影响的各种因素。气象条件是指能见度、大风和台风等条件。19第三节海上交通环境三、交通条件交通条件指的是港口和航道的布置和设施、水域中助航标志和设施、交通管理规章和手段等。它是通过人工努力为便利船舶交通而创造的各种硬环境和软环境，亦可称为认为交通环境。20第二章海上交通调查第一节海上交通调查概述第二节海上交通观测第三节航海模拟器试验第四节查阅资料和发放调查表21第一节海上交通调查概述一、调查目的（1）发现妨碍海上交通安全和效率的因素；（2）寻求改善海上交通的办法和措施；（3）检验引进新的海上交通设施、规则和系统的效果；（4）积累预报未来海上交通状况的数据资料；（5）为建立交通流理论模型提供基础资料，等等。22第一节海上交通调查概述二、调查项目（1）船舶密度分布（6）船舶到达规律（2）航迹分布（7）船舶领域（3）交通流（8）交通容量（4）交通量（9）会遇率（5）船速分布（10）避碰行为23第一节海上交通调查概述三、调查工作海上交通调查工作包括搜集海上交通原始数据、确定数据处理方法和目标、具体处理数据三部分。四、调查方法从搜集海上交通原始数据的方法看，海上交通调查方法主要有下列几种：（1）海上交通观测（marinetrafficobservation）；（2）查阅港口船舶记录与统计报表；（3）航海模拟器试验（marinesimulatorexperiment）；（4）问卷调查（questionairetechnigue）。24第二节海上交通观测通常所说的海上交通调查主要指交通观测。海上交通观测一般又可分为视觉观测、雷达观测和航空摄影三种方法。一、视觉观测二、雷达观测三、雷达观测记录1.直接观测记录2.人工标绘3.雷达图像摄影4.雷达信息直接输入计算机四、航空摄影五、交通观测点位置1.岸边观测点2.静止船舶观测点3.航行船舶观测点4.空中观测点25第三节航海模拟器试验航海模拟器是从事航海专业人员培训和航海技术研究的新型手段。一般分为操纵模拟器和雷达模拟器。后者是按照国际海事组织（IMO）要求对船员进行“雷达观测和标绘”培训的必备实验手段。我校主持研究的“高品质航海模拟器及其开发平台”通过交通部鉴定，亦通过了国际著名船级社DNV（挪威船级社）所提出的A级（最高级别）航海模拟器性能指标的认证。该研究成果已先后在国内外16家航海院校和培训中心推广应用，已取得了很好的经济效益和社会效益。26第四节查阅资料和发放调查表一、查阅资料1.进出港船舶资料2.港口航道资料3.海事资料4.锚地资料5.气象资料二、发放调查表向广大船员发放调查表也是海上交通调查的一种方法，主要用于收集有关船舶行为方式的原始数据。27第三章海上交通实况第一节船舶密度及其分布第二节船舶航迹分布第三节交通流第四节船舶速度分布第五节交通量第六节船舶交通的统计特性第七节交通容量28第一节船舶密度及其分布一、船舶密度船舶密度是指某一瞬时单位面积水域内的船舶数，它反映水域中船舶的密集程度。船舶密度还在一定程度上反映水域中船舶交通的繁忙程度和危险程度。二、船舶密度分布船舶密度分布，实质上是指一个水域中船舶的空间分布。三、船舶密度及其分布图船舶密度及其分布根据海上交通调查中收集的原始资料加以整理求得，并以船舶密度及其分布图表示。29第二节船舶航迹分布船舶航迹，即船舶航行轨迹，是船舶运动路线的记录。一个水域中所有船舶的航迹就显示出海上交通路线的特征或交通型式。航迹分布是指一个水域内所有船舶运动路线的空间分布。航迹分布这一概念与船舶密度分布有相似之处，前者是线的空间分布，后者是点的空间分布。航迹分布在一定程度上反映一个水域的交通拥挤程度和交通危险程度航迹分布也是表征海上交通实况的一个重要概念。它和船舶密度分布一样，是船舶交通的基本要素之一。航迹分布以航迹分布图表示。30第三节交通流一、交通流概念交通流指的是一条道路上连续不断地沿着这条道路朝着同一方向运动的各种交通工具的总体运动特征。二、交通流模型图式一般来说，一个交通流模型设计一下五个基本要素：（1）交通流的位置，它根据航迹分布图确定；（2）交通流的方向，它根据船舶的运动方向确定；（3）交通流的宽度，它根据航迹分布图确定；（4）交通流的密度，它根据密度分布图确定；在交通流模型中是将交通流的密度假定为均匀分布，以便于理论研究和具体计算；（5）交通流的速度，它根据船舶速度分布曲线确定，在交通流模型中是将交通流的速度假定为均匀分布的（取速度平均值），以便于理论研究和具体计算。31第三节交通流三、交通流基本模型关系式根据海上交通调查搜集到的船舶实况资料，假设船种单一、船速均匀，航向相同，航迹宽度不变，即可得到交通流量、交通流密度、交通流速度、交通流宽度之间的关系式。这就是船舶交通流基本模型，可以用下式表示：Q=ρ•V•W式中：Q——交通流量（艘/小时）；ρ——交通流密度（艘/海里2）；V——交通流速度（节）；W——交通流宽度（海里）。32在既定的水道中或给定交通流宽度的情况下，可以用以下几张图大致表示交通流量、交通速度和交通密度之间的关系。33第三节交通流第四节船舶速度分布从海上交通工程研究对象来说，所谓船舶速度不是指单个船舶航行速度或最大船速，而是指在一个水域中活动的或通过一个水域或水道的所有船舶的速度的分布范围和速度平均值。由于可以在航迹分布基础上建立交通流模型，故船舶速度分布一般指归纳到一个交通流模型中的各个船舶速度的分布情况；该交通流模型中的各个船舶航行速度的平均值即平均速度就是交通流速度。船舶平均速度是交通流模型的五个要素之一。研究船舶速度分布的另一个目的是预测归于同一个交通流模型中的船舶之间会发生追越会遇的频率。34第五节交通量交通量是指单位时间（年、月、日、小时）内通过水域中某一地点的所有船舶的数量，是交通流量或船舶流量的简称。它的大小直接反映一个水域船舶交通的规模和繁忙程度，并在一定程度上反映该水域船舶交通的拥挤