港口航道交通流仿真模型的研究与分析

港口航道交通流仿真模型的研究与分析
摘要：随着我国社会经济的不断发展，船舶发展水平随之也得到了不断的提升。

就目前我国船舶的发展情况来看，其发展趋势逐渐趋向了大型化、高速化，且数
量也不断增多。

该现象的出现使得船舶交通日趋繁忙，最终导致港口航道交通量
不断增加，交通事故频频发生。

因此，加强对港口航道交通流仿真模型的研究与
分析，不仅是船舶交通安全的基本保证，也将将促进船舶发展在今后得到进一步
提升。

因此，本文将针对港口航道交通流仿真模型的研究与分析进行阐述。

关键词：港口航道；交通流；仿真模型研究分析
引言：随着我国船舶行业的不断发展，现如今我国船舶逐渐趋向了大型化、高速
化的方向发展。

在时间的不断推移之下，我国船舶的数量逐渐增多，船舶交通更
是日趋繁忙。

在此背景之下，港口航道交通量也在不断的增加，船种与船型的变
化更是使得港口航道船型变得十分混杂，在此期间即使实施不同程度的港口船舶
交通管理，船舶交通事故仍然不可避免。

船舶交通系统作为人、船、环境三者之
间相互影响的随机动态大系统，其变化规律虽然很难用确定的解析公式进行描述，但却可以用船舶交通仿真技术进行定量的研究分析。

由于该方法能够在极大的程
度上掌握其变化的规律，并为方案论证提供相应的科学依据，因此，为提升船舶
交通的安全性，相关人员需要对港口航道交通流仿真模型的研究与分析加以重视。

针对港口航道交通流仿真模型的研究与分析，本文首先将对船舶交通流的产生模
型进行阐述，并对港口交通流仿真模型进行研究，以供参考。

1.船舶交通流的产生模型
对于船舶交通而言，船舶交通宏观仿真模型所包含的内容主要有船舶模型与
航路模型两个部分。

航路模型可以用航道长度、宽度、交通量和交通流类型等参
数进行描述，船舶模型通常则需要用船长、航速以及船型等参数来描述。

本文所
需要阐述的交通流主要指的是船舶流。

因此，在进行船舶交通流仿真的过程中，
首先需要做的是根据海上交通实时动态的调查结果，确定船舶到达的规律。

通常
情况下，船舶到达服从泊松分布，两船相继达到的时间间隔服从负指数分布，其
概率函数为：
f(x)=
式中，x需要大于或者等于0；B为两船相继到达的平均时间间隔。

另外，通过该仿真过程可以了解到，在仿真过程中，门线上产生的船舶位置
需要服从相应的正态分布。

在了解海上船舶交通的实时情况之后，相关人员可利
用Parzen窗法以及船舶的位置点密度对其进行计算，并得出相应的船舶速度分布
情况。

除此之外，由于船舶的产生是随机的，所以在船舶交通仿真的过程中，产
生的船舶沿哪一条航线航行将是一个非常值得研究的问题，相关人员一定要对其
加以重视。

2.港口航道交通流仿真模型的研究与分析
由上述可见，船舶交通流的产生模型研究对船舶的发展以及船舶的安全性都
有着十分重要的意义，相关人员一定要对其加以重视。

对于船舶交通仿真系统而言，其不仅是一个动态仿真系统，更重要的是综合应用了系统科学、数理统计、
以及系统工程理论等多种学科理论。

离散事件系统中，事件作为其中最基本的概念，其发生将会引起系统状态的不断变化。

而本文中船舶的到达、靠泊等均为离
散事件。

针对港口航道交通流仿真模型的研究与分析，本文将用事件来分析真实
的船舶交通系统。

首先，船舶的运动模型与单个船舶操作仿真的要求不同，海上
交通常需要处理上百艘船舶的运动，这对其计算量以及计算速度都有着非常高的
要求。

因此，针对该现象，通常情况下可不考虑船舶上的形状之间的差异，从而
在很大的程度上降低计算难度。

操船开始之后，船舶的中心轨迹（即船舶中心任
意时刻的纵距和横距）都可由相关的方程来求得，如：以及，其中v(t)为操作舵
后的速度，y(t)为操舵后的转头角。

当船刚一开始回旋，由于船体斜航时的水阻力增加及推进器效率的降低等原因，船速将小于转向前的速度，所以这里取
v(t)=0.9V0。

其次是船舶减速运动模型。

对于船舶减速运动模型而言，船舶减速运
动模型主要是为了避免两船在对遇的过程中出现碰撞危险而进行的研究。

由于两
船在对遇的过程中，只是简单依靠转向是不能够有效的避免危险的，因此，还需
要马上进行减速。

在此过程中，减速的运动方程通常为，此时若将k设为船的阻
力系数，那么在给出相应的初始条件的时候，就可求得相应的计算方程及结果。

然后是船舶会遇模型。

对于港口航道交通仿真模型研究而言，对其进宏观的研究
的目的在于在一定程度上减少交通事故。

但会遇作为船舶发生碰撞的必要条件之一，其包含的主要内容有：对遇、追越以及交叉相遇等。

两船交叉相遇时的避碰
撞模型主要表现在，当两船交叉相遇构成碰撞危险的时候，有的船给右舷船舶让路。

如果此时环境允许的话，还需要做的就是避免穿越他船的前方。

总的来说，
交叉相遇时的两船之间不是互让的关系，而是让路船与直航船的区别。

对于两者
之间的区分，可根据两者之间的颜色进行。

如：让路船通常显示的是绿灯，该船
主要负责避让，直航船显示红灯，在此过程中需要负责的是按照原有的航向和航
速前行。

最后是SJ避碰模型。

SJ避碰模型指的是操船者的主观碰撞危险度判断值。

通常情况下由相对距离变化率及相对方位的变化这两个部分表示。

这个模型给出
的SJ值通常是以海上避碰为主，其标定值可定义为：SJ=-3表示极危险，SJ=-2危险、SJ=-1为轻微危险、SJ=0为界于安全和危险之间、SJ=1为微安全、SJ=2为安全、SJ=3为安全。

另外，通过SJij=aij+bij×R`+Cij×8这个式子可以了解到，当某一
时刻的相对距离变化率、相对方位变化率及其归属程度求出后，SJ就可在一定程
度上被求出。

在SJ避碰模型中，若想通过改变航向、航速等来解决避碰的问题，
首先需要做的就是判断该船舶为让路船还是避让船，若船舶为避让船，则需要对
其周围的环境进行进一步考虑。

结束语
总而言之，随着我国社会经济的不断发展，为了在一定程度上提高船舶运行
的安全性，以及提高船舶今后的发展，相关人员就需要对港口航道交通流仿真模
型的研究与分析加以重视，且需要对其进行深入的研究。

参考文献
[1]何鑫.基于Agent和元胞自动机的港口交通流建模与仿真[D].大连海事大学, 2017.
[2]赵一帆.厦门港主航道VTS决策支持关键技术研究[D].集美大学,2017.
[3]齐乐.基于元胞自动机的海上航道内船舶交通流研究[D].大连海事大学,2017.
[4]周锋.基于元胞自动机的沿海港口水域船舶交通流演化仿真研究[D].武汉理
工大学,2012.
[5]宋团.虚拟现实技术在船舶交通流仿真中的应用研究[D].武汉理工大学,2011.
[6]肖忠良.基于元胞自动机的港口交通流仿真研究[D].哈尔滨工程大学,2011.。