一种基于水上交通宏观基本图的航道服务水平评价方法

本发明公开了一种基于水上交通宏观基本图的航道服务水平评价方法,该方法包括:选择所要研究的航道区域,从一年的AIS数据中筛选出在该航行区域航行的船舶AIS数据;在该航道区域的基础上建立直角坐标系,由AIS数据中的经纬度信息计算出船舶在坐标系中的坐标;通过船舶轨迹时空图得到船舶交通流的密度、速度、流率,将求得的密度、速度和流率绘制成水上交通基本散点图;从水上交通基本散点图的流率‑密度关系图中得出最优密度值;将划分结果绘制到流率‑速度散点图中,完成航道服务水平在基本图上的绘制。帮助交通研究者掌握水上交通运行规律,对航道的设计提供重要依据,能在水上交通工程领域得到广泛应用。

专利类型: 发明专利
申请(专利)号: CN202110156283.9
申请日期: 2021年2月4日
公开(公告)日: 2021年6月18日
公开(公告)号: CN112991819A
主分类号: G08G3/00,G,G08,G08G,G08G3
分类号: G08G3/00,G01C23/00,G05D1/02,G,G08,G01,G05,G08G,G01C,G05D,G08G3,G01C23,G05D1,G08G3/00,G01C23/00,G05D1/02
申请(专利权)人: 上海海事大学
发明(设计)人: 程云龙,刘轶华,陈均豪,涂波
主申请人地址: 201306 上海市浦东新区临港新城海港大道1550号
专利代理机构: 上海元好知识产权代理有限公司
代理人: 张静洁,曹媛
国别省市代码: 上海;31
主权项: 1.一种基于水上交通宏观基本图的航道服务水平评价方法,其特征在于,该方法包括: 选择所要研究的航道区域,从一年的AIS数据中筛选出在该航行区域航行的船舶AIS数据,并且按日筛选出每一天的数据; 在该航道区域的基础上建立直角坐标系,由AIS数据中的经纬度信息计算出船舶在坐标系中的坐标(x,y); 绘制给定区域和时间段内的船舶轨迹时空图,通过船舶轨迹时空图得到船舶交通流的密度、速度、流率,将求得的密度、速度和流率绘制成水上交通基本散点图; 从水上交通基本散点图的流率-密度关系图中得出最优密度值,以最优密度划分三级、四级服务水平,将最优密度值均分,分别得到划分一级和二级服务水平及划分二级、三级服务水平的密度值; 将划分结果绘制到流率-速度散点图中,完成航道服务水平在基本图上的绘制。 2.如权利要求1所述的基于水上交通宏观基本图的航道服务水平评价方法,其特征在于,在航用海图或电子海图上划定所需研究的航道区域,一般为矩形,以矩形区域各个顶点的经纬度信息为筛选条件,编写Python批处理程序,从AIS数据中筛选出该研究区域一年的AIS数据,并且按日筛选出每一天的AIS数据。 3.如权利要求1所述的基于水上交通宏观基本图的航道服务水平评价方法,其特征在于,根据选择的航道区域建立坐标系,由墨卡托航法,我们可以用AIS数据提供的实时经纬度计算出船舶与原点O的实时距离S,单位为km。再根据图中的三角形关系便可以计算出船舶P对应的坐标(x,y): x=S cosθ (1) y=S sinθ (2) 式中,S表示船舶与原点O的距离,x表示船舶位置的横坐标,y表示船舶位置的纵坐标,θ为航向角,可由墨卡托航法计算得出。 4.如权利要求1所述的基于水上交通宏观基本图的航道服务水平评价方法,其特征在于,为了求得交通流三参数,我们需要用到船舶航迹时空图,时空图从时空维度描述了船舶的航行轨迹。 5.如权利要求1所述的基于水上交通宏观基本图的航道服务水平评价方法,其特征在于,将航道长度记为L,船舶数量N会随时间变化,将船舶数量记为N(t),可以得到某一时刻t的交通流量、密度和空间平均速度的计算公式如下: q(t)=v(t)×k(t) (5) 式中,k(t)代表t时刻的交通密度,N(t)代表t时刻航道内的船舶数量,L表示航道长度;i代表船舶编号,n代表最后一只船的编号,vi(t)代表第i只船在t时刻的瞬时速度,v(t)代表在t时刻所有船舶的平均速度;q(t)代表交通流量。 6.如权利要求5所述的基于水上交通宏观基本图的航道服务水平评价方法,其特征在于,根据微分法有如下计算公式: 式中,Δt为一段微小的时间增量,一般取1-5s,Δx为Δt内船舶的纵坐标变化量,xi(t)为船舶i在t时刻的纵坐标,xi(t+Δt)为船舶i在t+Δt时刻的纵坐标。 7.如权利要求1所述的基于水上交通宏观基本图的航道服务水平评价方法,其特征在于,标准船舶长度记为L0,L0可以从船舶长度数据的统计分析中得到,折算系数α和换算后的交通量N′可以用下式计算得到: N′=α1+α2+α3+…+αi+…+αn (8) 式中,αi为当量交通量的折算系数,Li为第i艘船的实际船舶长度,L0为标准船舶长度;N′为换算后的交通量。 8.如权利要求1所述的基于水上交通宏观基本图的航道服务水平评价方法,其特征在于,最优密度为实际交通流率达到航道通行能力时所对应的密度值最优密度值划分三级、四级服务水平,并将最优密度值均分,分别得到划分一级和二级服务水平及划分二级、三级服务水平的密度值。
法律状态: 公开