海上光污染对船舶夜航安全的影响与对策研究

摘要

随着人类社会工业化与城市化进程的加快，以及人们对海洋资源开发与利用的深入，海上光污染作为一种新型污染形态，对船舶夜航安全产生了严重威胁。
　　从探讨海上光污染的概念出发，利用光学、色度学及视觉工效学等原理，系统分析了海上光污染对船舶夜航安全影响的机理。在此基础上，提出海上光污染对船舶夜航安全的影响因子，并以此为主要评价指标设计了调查问卷;利用SPSS软件对有效问卷的数据进行统计分析，验证了前述机理分析的正确性。
　　采用船舶号灯可识别性作为评价海上光污染程度的指标，建立了基于BP神经网络的船舶号灯识别模型;为了提高船舶号灯神经网络识别模型的识别效率，对克隆选择算法进行了针对性的改进，将灵敏度分析法用于确定寻优尺度因子，并用于BP神经网络的结构优化，提高了寻优的方向性与效率。通过对在海上拍摄的实景照片进行学习和识别的仿真，验证了基于改进克隆优化算法BP网络模型的有效性。
　　为了提高船舶号灯在海上光污染水域的可识别性，提出了一种基于激光二极管阵列的船舶号灯系统设计方法。基于半导体激光器的发光原理及船舶号灯的技术属性要求，以激光二极管作为光源，提出激光船舶号灯的设计方法，并仿真分析了该新型号灯的灯光强度、光弧范围及颜色属性。仿真结果表明，该新型号灯满足《国际海上避碰规则》（下文简称《规则》）对船舶号灯各项技术属性的要求。
　　从法律角度提出防治海上光污染对船舶夜航安全影响的两点措施。其一，在现行《规则》第三条中增加第14款——“高亮度水域”的定义，并修改《规则》第二章第三节的标题及内容，使得《规则》能够更好地指导避碰实践、厘清船舶间的避让责任;其二，在分析认定海上光污染的法律依据及我国对此立法缺位的基础上，提出防治海上光污染的立法构想。
　　综上，本文分析并验证了海上光污染对船舶夜航安全影响的机理;建立了基于改进克隆算法的船舶号灯BP网络识别模型，并取得了良好的仿真效果;从技术与法律两个层面提出了防治海上光污染的措施。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 选题意义

1．2 海上光污染概述

1．2．1 光污染的概念及危害

1．2．2 海上光污染的概念及危害

1．2．3 海上光污染的来源

1．3 国内外相关领域研究现状

1．3．1 光污染方面的研究现状

1．3．2 BP神经网络及克隆选择算法方面的研究现状

1．3．3 船舶号灯方面的研究现状

1．4 主要研究内容及结构安排

第2章 海上光污染对船舶夜航安全影响机理分析与验证

2．1 引言

2．2 海上光污染对船舶号灯可识别性的影响

2．2．1 船舶号灯的基础知识

2．2．2 亮度对比度对船舶号灯可识别性的影响

2．2．3 颜色对比度对船舶号灯可识别性的影响

2．2．4 海上光污染对人体视觉工效的影响

2．3 海上光污染与能见度不良对船舶航行安全影响的关系

2．3．1 海上光污染与能见度不良对船舶航行安全影响的区别

2．3．2 海上光污染与能见度不良对船舶航行安全影响的联系

2．4 海上光污染对船舶夜航安全影响的调查验证

2．4．1 问卷的设计及其发放与回收

2．4．2 问卷调查的基本数据分析

2．4．3 调查问卷的信度与效度分析

2．4．4 视觉工效、号灯可识别性与船舶夜航安全之间的相关性分析

2．4．5 职位与年龄变量的方差分析和均值分析

2．4．6 海上光污染分布规律分析

2．5 本章小结

第3章 基于克隆优化BP神经网络的船舶夜航光环境评价

3．1 引言

3．2 BP神经网络原理

3．3 BP网络学习算法推导及结构设计

3．3．1 学习算法推导

3．3．2 BP网络结构设计与训练

3．4 神经网络理论在船舶号灯可识别性方面的应用

3．4．1 船舶号灯识别模型结构的确定

3．4．2 数据的归一化与反归一化

3．4．3 训练与仿真

3．4．4 网络学习规则

3．4．5 网络学习改进

3．5 船舶号灯识别系统BP网络训练结果

3．5．1 学习算法比较与选择

3．5．2 仿真结果

3．6 基于改进克隆优化算法的船舶号灯神经网络识别模型

3．6．1 改进的分级克隆免疫算法

3．6．2 仿真验证

3．7 本章小结

第4章 基于半导体激光技术的新型船舶号灯系统

4．1 引言

4．2 半导体激光技术的发光原理

4．2．1 激光的基本原理

4．2．2 半导体激光器的发光原理

4．2．3 激光的光束特点

4．3 新型船舶号灯灯光强度及光弧范围的设计与仿真

4．3．1 半导体激光船舶号灯光强及可见距离的设计

4．3．2 半导体激光船舶号灯水平光弧及垂直光弧的设计

4．3．3 Lighttools环境下号灯可见距离及光弧范围的仿真

4．4 新型船舶号灯颜色属性的设计与仿真

4．4．1 《规则》对号灯颜色属性的要求

4．4．2 半导体激光号灯颜色属性的设计方案

4．4．3 半导体激光号灯颜色属性的仿真

4．5 本章小结

第5章 规制海上光污染对船舶夜航安全影响的措施

5．1 引言

5．2 对现行《国际海上避碰规则》的修改建议

5．2．1 修改现行《规则》的必要性分析

5．2．2 对海上光污染水域进行界定

5．2．3 规制船舶在海上光污染水域航行时的避让关系与行动原则

5．3 防治海上光污染的立法构想

5．3．1 我国认定海上光污染侵害的法律依据及其适用

5．3．2 我国对海上光污染具体规定的缺位

5．3．3 有关海上光污染的立法构想

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文及相关科研项目情况

致谢

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