船舶航行安全评估研究_方程

据层的数据级别 ( class) 赋值与该 数据图件的图例
排列顺序的大小相同, 见表 2.
X 1 = { 1 if class ( / 水深 0 ) > 1}
( 2)
X 2 = { 1 if class ( / 距离航行障碍物距离 0 ) > 1}
( 3)
X 3 = { 1 if class ( / 风力 0 ) < 10}
7
89
差
4 大于 10 km
( AND ) 0运算, 在区域某一点上, 如果所有的数据层 的 5个条件变量都是 / TRUE0值, 则结果变量 OUTPUT 为 / 10, 在其他情况下, OUT PUT 为 / 00. 即
OUTPUT = X1 AND X2 AND X3 AND X4 AND X5 3) 生成二值图 [ 4 ] . RESULT ( OUTPUT )
1. 2 G IS空间分析方法的理论基础
基于 地 理 信 息 系统 ( G IS: G raph ic Inform at ion System )的航行安全评估的分析方法的理论基础是 G IS 的空 间栅格 叠加 分析 、缓 冲区 分析 .
图 1 海洋环境空间结构图
1) 空间栅格叠加分析模型: 空间栅格叠加分析
构成的面对象. 这 个距离称为缓 冲区的宽度. 物体
O i 的缓冲区定义如下:
B i = {X Bd (x, O i ) [ R }
( 1)
式中, O i 的半径为 R 的缓冲区是全部距 O i 的距离
不大于 R 的点的集合, d 一般是指最小欧氏距离.
收稿日期: 2007- 07- 09 作者简介: 方 程 ( 1980- ), 男, 研究生, 主要研究方向是作战指挥学.
( 1. 海 军兵种指挥学院 研究生队, 广东 广州 510431; 2. 海军兵种指挥学院 航海系, 广东 广州 510431)
摘 要: 船舶航行安全评估主要研究船舶平台安全与海洋环境相互之间的关系. 海洋环境影响船
舶安全航行的空间特性决定了船舶航行安全评价适合采用定量和空间分析相结合的地理信息系统
航行危险物
水文 风 能见度
与礁石、沉船、障碍物、海上 限制区、渔 网渔栅区的距离
G[ G安全 g[ g安全 大于 1 km
障碍物数据来源于航保部门测量保障的 1B50万、1B20万、1B10 万矢量数字海图; 中国海 域全 部比例 尺栅 格数 字海 图; 大比 例 尺港湾矢量数字海图; 中国海区的栅格数字海图.
参考文献:
[ 1] 陈述彭, 鲁学军, 周成 虎. 地理 信息 系统 导论 [ M ]. 北 京: 科学出版社, 1999: 78- 113.
[ 2] 刘晓静, 古向平, 蒋 云. 海 军战场 环境学 [M ]. 北京: 解放军出版社, 2002: 23- 28.
[ 3] 方 英. 航海学 [M ]. 北京: 海军出版社, 1986: 85- 98. [ 4] 夏青峰, 刘晓静. 水面舰艇作战环境评估研 究 [ C] / /第
响, 表现为海区内的岛屿、岸滩、礁石、沉船等使使船 2. 3 模型的建立
舶发生触礁、碰撞或搁浅等危险; 另一方面, 船舶航
根据分析可知, 按照布尔规则集的形式, 有关航
行安全还受海洋水文气象环境的影响, 当船舶在恶 行安全海域的选择条件如下:
劣的海况下航行时可能造成断裂、倾覆等危险. 从航
1) 船舶航行应位于这样的海域, 水深要大于船
六届全军地理年会. 北京: 中国人民解放军, 2006: 4549.
RESEARCH ON THE NAV IGAT ION SAFETY EVALUAT ION OF SH IP
FANG Cheng, SONG Chong- li ( Graduate D iv ision, Navy A rm s Comm and ing A cadem y, Guangzhou 510431, China)
级别 图例 级别 图例 级别 图例 级别 图例 级别 图例
1 0~ 5 m
1 0~ 1 n m ile
0
1
2
3
好
0
1
2
好
1
0~ 1 km
2 5~ 10 m
2 1~ 2 n m ile
4
5
6
7
8
9
中
3
4
5
6
中
2
3
1~ 4 km
4~ 10 km
3 > 10 m
3 > 2 n m ile
10 11 12 差
Abstract: GIS ( Graphic In form at ion System ) , w ith high efficient ab ility on m anag ing and analyzing specia l data, has been w idely used in nav iga tion field, and w hat s' m ore, it takes important part in the nav igation safety o f sh ip. The thesis m ade up spec ia l evaluat ion on the area. K ey w ord s: Graph ic Inform ation System; nav igation safety; ocean env irenm ent
第 16卷第 1期 20 08年 3 月
广州航海高等专科学校学报
JOURNAL OF GUANGZHOU MARIT IME COLLEGE
文章编号: 1009- 8526( 2008) 03- 0026- 03
V o.l 16 N o. 1 M ar. 2008
船舶航行安全评估研究
方 程1, 宋崇利 2
海安全方面考虑, 船舶在制定航线时应考虑以下几 舶吃水加上安全水深;
个方面 [ 3] .
2) 海域与礁石、沉船、障碍物、海上限制区、渔
1) 必须满足航行安全的水深条件;
网渔栅保持一定的距离;
2) 距离岛岸及海上礁石、危险物、限制区等保
3) 海域内的海浪等级小于船舶可以安全航行
持足够的距离通过;
的最高海浪等级;
参评的环境因子. 这些环境因素对于船舶的航行安 全都具有 / 一票否决权 0, 即当这些要素中有一个因 素超过规定的阀值时, 船舶的航行安全性将受到严 重威胁. 因此运用 G IS空间多因子叠加模型中的二 值非权重布尔逻辑模型, 将海域分为安全海域和非 安全海域两部分. 但是船舶航行安全评估不仅仅需 要解决环境对平台安全性的影响, 更重要的是对船 舶专项作业的安全评估. 这是今后研究船舶航行安 全评估需要解决的重要问题.
3) 必须满足航行安全的气象条件;
4) 海域内的风力等级小于船舶可以安全航行
4) 必须满足航行安全的水文条件.
的最高风力等级;
2. 2 模型的假设
5) 海域内的能见度距离大于船舶可以安全航
对于安全水深的确定, 在实际航海过程中水深 的变化还受到潮汐及海面波浪的影响, 尤其在大风
行的最小能见距离. 根据上述条件, 组织有关海区的系列数据资料
水文气象部门提供的各海区的基本水文气象要素预报
表 1中, G 是海浪等级, G安全 是船舶可以安全航 行的最高海浪等级, g 是风力等级, g安全 是船舶可以 安全航行的最高风力等级.
应用二值布尔逻辑模型程式将五层数据图结合
起来进行布尔运算, 结果生成一张二值图 ( 1, 0) , 其 中, / 10值表示海域地点满足上述船舶航行安全海 域的所有四个条件, / 00值表示海域地点不满足船 舶安全航行的所有四个条件.
航行安全海域wenku.baidu.com估的二值非权重布尔逻辑模型 程式如下:
1 ) 将 输 入 的 四 层 数 据 图 二 值 化 ( TRUE, FALSE )或 ( 0, 1) . 根据每层图件的数据分类级别是 否满足相应的布尔逻辑条件算子, 而将该层数据图
转化成二值图, 如果图件数据的某分类级别满足相
应的布尔逻辑条件变量 ( 从 X 1 到 X 5 ) , 则该分类级 别为 TRUE ( = 1) , 否则为 FALSE ( = 0) . 各输入数
2. 4 评价结果处理
1) 可通行海域 (浅蓝色 ) 此区域内的环境要 素, 包括水深、障碍物、水文气象等条件全部满足船 舶安全航行.
2) 不可航行海域 (白色 ) 此区域内的环境要 素, 包括水深、障碍物、水文气象等条件中有其中一 项不满足船舶安全航行.
3 结束语
本文主要通过运用海洋 区域空间理论、GIS空 间分析理论, 建立了船舶航行安全评估模型, 通过分 析包括水深、障碍物、水文、气象等各环境要素, 确定
( G IS: Graphic Inform at ion System ) 技术, 相对传统的地图分析, 基于 GIS技术的船舶航行安全评估在
方法上有质的突破.
关键词: 地理信息系统; 航行安全; 海洋环境
中图分类号: U 676. 1
文献标识码: A
船舶航行安全评估即评价海洋环境对船舶平台 安全的影响程度. 船舶无论执行何种任务, 必须首先 要保证自身的安全, 因此针对已定的航行安全, 采用 定性与定量相结合的方法, 建立相应的一系列环境 影响指标, 并通过数学建模予以解决. 航行安全评估 是一项极其复杂的工作, 对于提高船舶运输能力, 正 确选择航线等起着重要的作用.
模型在图层的组织上采用栅格数据的方式, 用栅格
方式来组织存储数据的最 大优点就是数据 结构简
单, 各种要素都可以用规则格网和相应的属性来表
示, 且这种格网数据不会出现类似于矢量数据多层
叠加后精度有限导致边缘不吻合的问题. 2) 缓冲区分析模型: 缓冲区是离开一个或几个
给定地物的中心线或边界不超过某一距离的多边形
1 航行安全评估模型建立的理论基础
1. 1 海洋环境空间结构理论
海洋环境空间结构理论模型, 是以综合整体的 区位理论作指导, 运用逻辑演绎的方法, 从海洋空间 的角度, 考察和分析海洋空间结构特征, 以及组成要 素在空间中的相互作用, 是一个解释性的区域模型. 海洋环境空间结构为点、线、面区位要素结合而成的 海洋环境实体的组合, 包括目标、通道、地 (海 ) 域和 网络、地带、地 (海 ) 域类型的全部内容. 这些成为海 洋环境区域研究的核心内容和基本要素 [ 1 - 2 ] , 如图 1 所 示.
( 4)
X 4 = { 1 if class ( / 海浪 0 ) < 7}
( 5)
X 5 = { 1 if class ( / 能见度 0 ) [ 1}
( 6)
2) 对于各输入层的布尔逻辑条件变量进行 / 与
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广州航海高等专科学校学报
第 16卷
表 2 各数据层属性表
水深 距离航行障碍物距 离
风力 海浪 能见度
浪情况下, 由于浪涌的影响, 水深值会出现较大的变 图. 有关的数据资料及其来源见表 1.
化. 本模型不研究潮汐及海浪对水深变化的影响, 并
表 1 船舶航行安全航行安全评价因子及数据来源
图名
描述
数据来源
水深
H标 注 \ h吃 水 + h安全
水深数据来源于航保部门测量保障的 1B50万、1B20万、1B10万 矢量数字海图; 中 国海域 全部 比例尺 栅格 数字 海图; 大 比例 尺 港湾矢量数字海图; 中国海区的栅格数字海图.
第 1期
方 程, 等: 船舶航行安全评估研究
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作出以下几点近似.
2 基于 G IS的船舶航行安全评估模型
1) 礁石、沉船等孤立危险物近似为点目标;
2) 岛岸、渔栅的危险物近似为线目标;
2. 1 问题的分析
3) 海上限制区、渔网区以及由对条渔栅组成的
船舶航行 安全一方面受海洋空间地理环境影 渔栅区近似为面目标.