水上交通態(tài)勢評估建模與可視化研究.pdf

1、水上交通作為綜合交通的重要組成部分，是我國國民經(jīng)濟特別是對外貿(mào)易發(fā)展的重要保障，隨著國家“一帶一路”的發(fā)展規(guī)劃和全國交通運輸工作會上推進“四個交通”的要求不斷推進，必然會推動水上交通的進一步發(fā)展。然而，水上交通的快速發(fā)展，帶動船舶的大型化、高速化發(fā)展趨勢，促使港口日趨繁忙，通航環(huán)境日趨復(fù)雜，水上交通風(fēng)險不斷增大，給水上交通管理人員和駕引人員提出更高的要求和挑戰(zhàn)。因而，為了進一步保障水上交通通航環(huán)境和船舶航行安全，科學(xué)地認識和掌握水上交通

2、系統(tǒng)迫在眉睫。
　　論文以水上交通為研究對象，通過系統(tǒng)分析不同領(lǐng)域的態(tài)勢研究和應(yīng)用，以態(tài)勢相關(guān)理論和流程框架為支撐，結(jié)合水上交通特點提出了水上交通態(tài)勢的定義，從而將態(tài)勢的研究思想和理念拓展到水上交通領(lǐng)域。水上交通態(tài)勢，抽象而言，是水上交通系統(tǒng)運行狀態(tài)的一種宏觀描述，具體是指由水上交通系統(tǒng)各組成要素的運行狀況、行為特征和相互作用等因素所構(gòu)成的整個系統(tǒng)狀態(tài)和發(fā)展趨勢。
　　論文依據(jù)態(tài)勢感知的“感知、理解和預(yù)測”三個層次，首先結(jié)合

3、現(xiàn)有的信息技術(shù)和E-航海發(fā)展戰(zhàn)略，提出基于E-航海體系架構(gòu)的水上交通態(tài)勢感知體系；然后，從宏觀態(tài)勢層面，通過選取宏觀態(tài)勢評估指標，構(gòu)建宏觀態(tài)勢評估模型和預(yù)測模型；最后，以深圳西部港區(qū)作為實例，進行水上交通態(tài)勢研究和可視化分析，驗證模型的可行性，并進行可視化分析。總結(jié)起來，論文的主要成果如下：
　?。ㄒ唬┨岢鏊辖煌☉B(tài)勢的概念和相關(guān)框架。論文系統(tǒng)分析不同領(lǐng)域態(tài)勢相關(guān)理論和應(yīng)用研究，結(jié)合水上交通特點，提出水上交通態(tài)勢定義和相關(guān)框架，豐

4、富了水上交通系統(tǒng)的理論研究，為態(tài)勢在水上交通領(lǐng)域的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　?。ǘ?gòu)建水上交通態(tài)勢感知體系框架。論文結(jié)合現(xiàn)有信息和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，從“獲取”“傳輸”和“融合”三方面系統(tǒng)分析現(xiàn)有態(tài)勢感知技術(shù)。然后，結(jié)合E-航海戰(zhàn)略框架構(gòu)建了“岸端-船岸通信-船端”架構(gòu)的水上交通態(tài)勢感知體系，提出態(tài)勢感知系統(tǒng)框架和體系層次結(jié)構(gòu)，為水上交通態(tài)勢感知系統(tǒng)的構(gòu)建提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來源和理論框架支撐。
　?。ㄈ?gòu)建水上交通宏觀態(tài)勢評估和預(yù)測模

5、型。論文從宏觀層面構(gòu)建宏觀態(tài)勢評估框架，開展態(tài)勢評估和預(yù)測建模研究。（1）根據(jù)宏觀態(tài)勢特點，分析宏觀態(tài)勢評估指標，構(gòu)建融合密度因子和迫近因子的宏觀態(tài)勢評估模型，以及區(qū)域分布模型；（2）通過劃分網(wǎng)格，分析各網(wǎng)格的態(tài)勢變化，從而將態(tài)勢在時間維度拓展，建立預(yù)測模型；（3）通過四種交通情景仿真，對評估和預(yù)測模型進行驗證和分析。
　?。ㄋ模┙Y(jié)合實例開展水上交通態(tài)勢評估和可視化分析。論文以深圳港區(qū)西部港區(qū)為實例，以區(qū)域 AIS信息作為態(tài)勢感知

6、數(shù)據(jù)，分別從基本態(tài)勢和宏觀態(tài)勢兩個維度分析態(tài)勢評估和可視化應(yīng)用。（1）對 AIS數(shù)據(jù)進行清洗和預(yù)處理等工作，提供態(tài)勢感知數(shù)據(jù)來源；（2）以交通流基本特點、密度和速度分析基本態(tài)勢，將密度和速度以空間分布的形式進行可視化研究；（3）分析宏觀態(tài)勢和交通密度的變化特點及相關(guān)性，并構(gòu)建基于船舶領(lǐng)域的態(tài)勢分布模型，通過四個不同時刻的實例，進行態(tài)勢評估和預(yù)測的可視化分析。結(jié)果表明，模型和可視化分析具有一定的可行性，為水上交通態(tài)勢的現(xiàn)實應(yīng)用起到一定實踐