基于AIS数据的桥区水域船舶碰撞预警系统的研究与实现

摘要

随着我国经济社会的发展，水上交通在综合运输体系中的地位越来越重要。长江等内河航运呈现船舶高速化和大型化，以及船舶交通密度越来越大等趋势。同时，长江等主要内陆河流及沿海水域的桥梁建设快速发展，对桥区所在航道的空间环境、水流流速和流向等均带来不同程度的影响，桥区通航不确定性因素增多，船-桥、船-船碰撞风险增大，碰撞事故时有发生，给人员、船舶、桥梁、水域环境安全等带来不同程度的影响，迫切需要寻求保障桥区水域船舶航行安全的技术解决方案。 本文以武汉水道桥区水域为特定研究对象，以长江海事局提供的1.26亿条AIS数据作为数据基础，挖掘分析桥区水域船舶领域边界模型，探索船舶航迹推算方法，构建桥区水域船舶碰撞风险评价模型，实现桥区船舶碰撞预警系统的设计和主要功能。具体研究内容如下： （1）以海量历史AIS数据作为基础，利用统计学方法，挖掘分析了武汉水道桥区水域不同船型、船长、船速条件下的动态船舶领域边界模型，在全面考虑通航安全影响因素的前提下，准确刻画了适应特定水域的船舶动态安全距离，为桥区船舶碰撞风险评价及预警提供了基础。 （2）针对基于DCPA、TCPA的船舶碰撞风险评价方法所存在的明显缺陷，在构建的动态船舶领域模型基础上，分别从空间和时间的角度提出了新的碰撞危险度概念，并给出具体的空间碰撞危险度、时间碰撞危险度测量方法，以及综合船舶碰撞危险度（Collision Risk Index，CRI）模型，构建了桥区水域船舶碰撞风险评价框架。 （3）通过对船舶航迹推算方法进行比较分析，结合桥区水域船舶行为特征实际，从算法准确性及复杂性等方面进行考虑，优选三次指数平滑算法对船舶位点进行预测，并基于预测船位提前对船舶碰撞风险进行评价和预测，对冲了网络延迟、数据处理等在时间上的开销，对碰撞风险预警的实时性具有重要意义。 （4）基于桥区水域船舶碰撞预警系统功能需求分析，结合系统一般设计原则，从预警准则、预警流程、系统总体结构、功能模块、系统数据库、系统主界面等方面对预警系统进行了设计，进一步对船舶碰撞预警系统进行了实现。

目录

声明

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2基于AIS数据的桥区船舶碰撞预警国内外研究现状

1.3桥区水域船舶碰撞预警研究中存在的不足

1.4本文的主要研究内容与结构

1.5课题来源

1.6本章小结

第2章AIS技术在碰撞预警系统中的应用

2.1AIS技术概述

2.2AIS数据

2.3AIS数据在碰撞预警系统中应用的优势

2.4本章小结

第3章基于AIS数据的桥区船舶碰撞预警算法

3.1基于AIS数据的船舶领域计算方法

3.2船舶航迹预测算法

3.3碰撞危险度计算方法

3.4本章小结

第4章桥区水域船舶碰撞预警系统设计

4.1预警系统概述

4.2桥区水域船舶碰撞预警准则制定

4.3预警流程设计

4.4功能需求分析

4.5系统设计

4.6本章小结

第5章桥区水域船舶碰撞预警系统实现

5.1数据预处理

5.2系统主要功能实现

5.3系统安装与运行结果分析

5.4系统优势分析

5.5本章小结

第6章总结与展望

6.1研究工作总结

6.2创新点

6.3研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录