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内河渡船穿越航道碰撞风险建模与仿真
| 论文题名： | 内河渡船穿越航道碰撞风险建模与仿真 |
| 关键词： | 内河渡船;航行安全;碰撞风险评估;态势感知 |
| 摘要： | 渡船在长江等内河中应用广泛，在跨江运输中发挥着重要作用。渡船上通常载有大量乘客和车辆，对安全性的要求非常严格。但是由于渡船在穿越航道时具有会遇频率高、会遇态势复杂的特点，存在较高的碰撞风险，一旦发生事故容易导致严重后果。 为实现渡船穿越过程中的碰撞风险评估，保障渡船航行安全，以渡船为研究对象，以船舶AIS数据作为主要数据来源，首先对渡船航行行为进行分析，明确了渡船的穿越特征、穿越中受到的影响。随后根据渡船行为特征和历史会遇数据，提出了渡船穿越场景的碰撞风险评估模型。最后基于对历史轨迹数据的统计和拟合，构建了渡运水域船舶交通流仿真模型。具体研究内容如下： （1）内河渡船航行行为特征分析。根据渡船和目标船航行特点，提取渡船和顺航道行驶船舶的轨迹。利用改进的Hausdorff距离衡量不同轨迹的相似度，应用DBSCAN算法实现渡船轨迹聚类，并提取出渡船的典型轨迹。通过渡船行为分析深入描述了渡船具有航程较短、主动避让、易受冲突影响的特性。 （2）渡船穿越场景碰撞风险建模。提取出了渡船穿越过程中的多船会遇场景，从会遇特征中挖掘了渡船多船会遇频繁、会遇态势紧迫的特点。构建渡船碰撞风险评价指标体系，利用熵权法确定各指标的权重，基于历史会遇场景中各指标的概率分布确定风险影响因子值，从而构建渡船穿越过程中多船会遇碰撞风险评价模型。基于提出的模型实现了渡船穿越场景的实时风险评价和航程风险量化，最后验证了模型的有效性和适用性。 （3）渡运水域交通流仿真与风险预测。通过对历史船舶交通流数据的统计分析，提取出了渡运水域渡船和顺航道行驶船舶的分布规律，结合典型轨迹知识库构建了交通流仿真算法，建立快速仿真系统。随后通过流量、密度、分布特征、会遇特征、碰撞风险水平验证了仿真结果的有效性。最后利用仿真系统实现了渡船未来场景的碰撞风险预测，并进一步提出风险缓解策略。 本研究有助于实现渡船穿越过程中的碰撞风险态势感知，提高智能化监管与调控水平，为提升渡船安全性提供参考依据。 |
| 作者： | 蔡明佑 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 张金奋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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