（交通信息工程及控制专业论文）日照港附近水域实施船舶定线制的研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特另! i 加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：删导师( 签名) ：衫删日期 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 日照港是我国综合运输体系的重要枢纽和沿海主要港口，是国家重要的能 源和原材料运输口岸、煤炭装船港和沿海集装箱运输支线港。近年来，日照港的 生产与建设持续快速发展，1 9 9 0 2 0 1 0 年的年均吞吐量递增率为2 0 o 以上。 日照港的迅猛发展，一方面为我国的经济和社会发展做出了重要的贡献，另一 方面，由于船舶交通流量的增加、危险品运输数量的增大以及船舶尺度的增大， 日照和岚山海上基础设施、船舶的通航环境随之发生显著的变化，制约日照港 海域通航安全的因素也越来越多。 为了改善日照港海域的船舶通航环境，降低事故发生率，预防重大海上交 通事故的发生，对日照港附近水域实施船舶定线制的必要性和可行性进行研究， 进而提出相应的船舶定线制方案，源头改善水域的通航条件，确保水域船舶交 通的安全、畅通、有序的重要问题。 通过实地调研、查阅文献资料以及专家咨询等方式，了解了港区船舶定线 制的理论研究现状和国内外的实际应用情况；根据调研情况，整理分析了日照 附近海域通航环境现状，包括通航敏感要素、通航基础设施、水上交通实态观 测和水上交通事故特征分析等；借鉴船舶定线制理论思想，结合港区通航情况。 的实际要求，并有效咨询利益相关方的意见和建议，规划设计了日照港定线制 方案、岚山港定线制方案、日照至岚山定线制方案和过往船舶定线制方案等； 运用层次分析法对各方案进行了评价分析，确定最合适的推荐方案；利用a r i m a 预测模型和干扰预测模型对实施方案进行数据拟合分析和效果预测分析，验证 规划方案的合理性和有效性。 关键词：船舶定线制，层次分析，a r i m a 预测模型，干扰模型 亟堡垄三盔堂堡主堂鱼迨塞 a b s t r a c t r i z h a op o r ti sa ni m p o r t a n ti n t e g r a t e dt r a n s p o r ts y s t e mo fh u ba n dm a j o rp o r t a l o n gt h ec o a s t ，w h i c hi s t h ec o u n t r y sm a j o rp o r to fe n e r g ya n dr a wm a t e r i a l t r a n s p o r t a t i o n , c o a ll o a d i n gp o r ta n dc o a s t a lf e e d e rc o n t a i n e rs h i p p i n gp o r t i nr e c e n t y e a r s ，t h ep r o d u c t i o na n dc o n s t r u c t i o no f r i z h a o p o r ts u s t a i n e da n dr a p i d l yd e v e l o p e d , i t sa v e r a g ea n n u a lr a t ei n c r e a s e s2 0 o o v e rt h et h r o u g h p u tf r o m1 9 9 0t o2 0 1 0 t h e r a p i dd e v e l o p m e n to fr i z h a op o r t ，o nt h eo n eh a n d , h a sm a d ei m p o r t a n tc o n t r i b u t i o n s t ot h ee c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n ti nc h i n a , o nt h eo t h e rh a n d ，s h i pn a v i g a t i o n e n v i r o n m e n tc o n s e q u e n t l yc h a n g e d ，d u et ot h ei n c r e a s ei ns h i p t r a f f i ca n dt h e i n c r e a s i n gn u m b e ro fd a n g e r o u sg o o d st r a n s p o r t ，t h es a f e t yf a c t o rw h i c hc o n s t r a i n t s n a v i g a b l ew a t e r so f r i z h a op o r ti sa l s oi n c r e a s i n g i no r d e rt oi m p r o v es h i pn a v i g a t i o ne n v i r o n m e n ti nr i z h a op o r ta r e a ，r e d u c e a c c i d e n tr a t e sa n dp r e v e n tt h eo c c u r r e n c eo f m a j o ra c c i d e n t sa ts e a , i ti sn e c e s s a r ya n d f e a s i b i l i t yt os t u d ya n di m p l e m e n tt h es h i pr o u t i n gs y s t e mn e a rt h ep o r to fr i z h a o ， t h e ni m p r o v en a v i g a t i o nc o n d i t i o n st oo l l s u r et h es a f e t yo f m a r i n et r a f f i c t h r o u g hv a r i o u s f o r m so fr e s e a r c h ，f o re x a m p l e l i t e r a t u r ea n d e x p e r t c o n s u l t a t i o n ，w eu n d e r s t a n dt h es h i pr o u t i n gs y s t e m i nt h e o r ya n dp r a c t i c a l a p p l i c a t i o n h o m ea n da b r o a d ；a n a l y z e dt h es u n s h i n es t a t eo f t h ee n v i r o n m e n tn e a rt h e n a v i g a b l ew a t e r si n c l u d i n gn a v i g a b l es e n s i t i v ee l e m e n t s ，n a v i g a t i o ni n f r a s t r u c t u r e ，m c a c t u a ls t a t eo fw a t e rt r a n s p o r tc h a r a c t e r i s t i c so fo b s e r v a t i o na n da n a l y s i so f m a r i t i m e a c c i d e n t s ；r e f e r e n c es h i pr o u t i n gs y s t e mt h e o r y , c o m b i n e d w i t ht h ea c t u a lp o r t n a v i g a t i o nr e q u i r e m e n t so ft h es i t u a t i o n a n de f f e c t i v ec o n s u l t a t i o nw i t hs t a k e h o l d e r s ， t h ev i e w sa n ds u g g e s t i o n s ，d e s i g nr i z h a oa n dl a n s h a np o r tr o u t e i n gs o l u t i o n s ；a h p e v a l u a t i o no fe a c hp r o g r a mw a sa n a l y z e dt od e t e r m i n et h em o s ta p p r o p r i a t es o l u t i o n s r e c o m m e n d e d ；a r i m am o d e la n di n t e r v e n s i o na n a l y s i sm o d e lf i tt h ed a t ao nt h e i m p l e m e n t a t i o no fp r o g r a ma n a l y s i s a n dp r e d i c ta n a l y s i sr e s u l t s ，a n dv e r i f i c a t et h e s h i p s r o u t e i n gs y s t e mt ob e r e a s o n a b l ea n de f f e c t i v e k e yw o r d s ：s h i p s r o u t e i n gs y s t e m ；t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ；a r i m am o d e l ；i n t e r v e n t i o n a n a l y s i sm o d c l n 武汉理工大学硕士学位论文 目录 第1 章绪论1 1 1 研究目的与意义1 1 2 研究内容及研究方法2 1 3 国内外研究现状分析4 1 3 1 国外船舶定线制相关研究现状及发展水平4 1 3 2 国内船舶定线制相关研究现状及发展水平5 1 3 3 国内外a r i m a 及其干预分析模型研究现状及应用7 1 4 论文组织结构9 第2 章日照港附近海域交通环境状况调查10 2 1 自然环境概况l o 2 1 1 气象1 0 2 1 2 水文1 1 2 1 3 地质地貌1 1 2 2 港口概况1 2 2 2 1 港区现状及规划1 2 2 2 2 航道概况1 3 2 2 3 锚地概况1 6 2 2 4 通航敏感水域1 9 2 2 5 助航信息系统2 1 2 3 日照港及附近海域船舶交通流调查2 2 2 3 1 船舶交通量与港口吞吐量统计2 2 2 3 2 日照港及附近海域主要航路与航法统计2 7 2 3 3 海上交通实态观测统计2 9 2 4 水上交通安全事故特征分析3 9 2 4 1 水上交通事故分类统计3 9 2 4 2 水上交通事故的分布规律统计4 2 2 5 本章小结4 4 第3 章日照港附近海域船舶定线制方案设计及评价4 6 3 1 船舶定线制概述4 6 3 2 实施船舶定线制的必要性与可行性分析5 2 3 2 1 实施船舶定线制符合国际海事组织的有关规定5 2 i i i 武汉理工大学硕士学位论文 3 2 2 实施船舶定线制是增强水上交通安全和保护海洋的需要5 3 3 2 3 实施船舶定线制符合船舶航行习惯及定位条件5 3 3 2 4 在日照港附近海域实施船舶定线制是广大海员的要求5 4 3 3 日照港附近海域船舶定线制的设计方案5 9 3 3 1 进出石臼港区船舶定线制方案设计5 9 3 3 2 进出岚山港区船舶定线制方案设计6 l 3 3 3 来往石臼港区岚山港区之间的船舶推荐航路设计6 4 3 3 4 过往船舶推荐航线设计6 8 3 4 对日照港附近水域船舶定线制方案的评价及选择6 9 3 4 1 层次分析法( a h p ) 理论研究6 9 3 4 2 利用a h p 对石臼港区定线制方案的评价7 0 3 4 3 利用a h p 对岚山港区定线制方案的评价8 5 3 4 4 利用a h p 对石臼至岚山船舶定线制方案的评价9 3 3 4 5 利用a h p 对过往船舶的定线制方案的评价9 3 3 4 6 船舶定线制方案的确定9 4 3 5 本章小结：9 4 第4 章船舶定线制实施效果预测分析9 5 4 1a r i m a 预测模型9 5 4 1 - 1 时间序列模型概述9 5 4 1 2a r i m a 模型概述9 6 4 1 3a r i m a 预测模型的拟合及预测9 8 4 2 应用干预模型对船舶定线制实施效果的预测分析1 0 7 4 2 1 干预分析概述1 0 7 4 2 2 干预分析模型的拟合预测。1 0 9 4 2 3 对实施干预措施的评价1 1 2 4 3 本章小结1 1 3 第5 章结论与展望1 14 5 1 主要研究成果1 1 4 5 2 创新点1 1 4 5 3 研究展望1 1 4 致谢116 参考文献1 17 攻读硕士学位期间发表的论文12 0 i v 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究目的与意义 第1 章绪论 日照港位于鲁东南黄海之滨，东经1 1 9 0 3 37 ，北纬3 5 。2 3 ，水上距青岛6 5 海 里，南距连云港4 0 海里。根据日照港总体规划，日照港规划为“一港二区” 的格局，即日照港分为石臼港区、岚山港区两个综合性港区。 日照港是我国综合运输体系的重要枢纽和沿海主要港口，是国家重要的能 源和原材料运输口岸、煤炭装船港和沿海集装箱运输支线港。近年来，日照港的 生产与建设持续快速发展，1 9 9 0 - 2 0 1 0 年的年均吞吐量递增率为2 0 o 以上。 2 0 0 8 年辖区进出港船舶( 包括旅游船艇) 4 1 9 6 7 艘次，完成货物吞吐量1 5 1 亿 吨。2 0 0 9 年，在世界金融危机大形势下，日照港口生产与建设逆势上扬，继续 保持了快速发展势头，进出港船舶达到4 8 5 3 4 艘次，完成货物吞吐量突破1 8 1 亿吨。2 0 1 0 年达到5 6 0 0 0 余艘次，其中超大型船舶将达到1 1 0 0 余艘次，油轮3 0 0 0 余艘次，化学品船舶1 2 0 0 余艘次，港e l 吞吐量突破2 2 亿吨。此外，该市沿海 有4 0 0 0 多条渔业船舶从事海上作业。 日照港的迅猛发展，一方面为我国的经济和社会发展做出了重要的贡献， 另一方面，由于船舶交通流量的增加、危险品运输数量的增大以及船舶尺度的 增大，日照和岚山海上基础设施、船舶的通航环境随之发生显著的变化，制约 日照港海域通航安全的因素也越来越多。主要表现在：船舶交通流量的逐年大 幅增加和船舶大型化的发展，导致船舶碰撞、搁浅等事故和险情风险日益增加； 主要交通流交汇区内船舶之间的无序交通已成为导致事故发生的重要原因；该 区域特殊的气象条件( 雾) 对船舶的安全航行构成严重威胁；海上交通与海上 风电规划、人工渔礁建设、水产养殖及捕捞之间的用海矛盾愈来愈突出【1 1 。 为了改善日照港附近海域的水上通航环境，降低水上交通事故的发生率， 为附近海域创造一个优良的通航环境，对日照港附近水域能否实施船舶定线制 进行深入研究，进而提出相应的船舶定线制方案，这是一项能从根源上改善该 水域的通航环境以确保船舶交通的安全、畅通、有序的重要研究课题 2 - 3 1 。 在船舶航行水域采用船舶定线制进行航路优化是国际海事组织推荐的一项 措施，旨在改进交通密度大的区域、交通流汇聚区或者由于水域受限等因素而 导致船舶操纵受到限制的水域的航行安全，同时也用于防止或减少由于船舶水 武汉理工大学硕士学位论文 上交通事故而导致对海洋环境得污染或其它破坏的风险等【3 卅。 为保证日照港附近水域的航路畅通，促进海洋资源开发、海洋环境保护和 海上交通的可持续发展，对日照港附近水域定线制进行规划研究，进一步优化 通航环境是十分必要的。 1 2 研究内容及研究方法 1 主要研究内容 ( 1 ) 船舶定线制实施的必要性及可行性分析 通过对日照港附近水域通航环境和交通实况调查与分析，主要包括日照港 附近水域自然情况、港口和航路现状、水域船舶流分析、水域水上交通事故统 计分析等，通过日照港水域通航环境综合评价，对日照港船舶定线制实施的必 要性及其可行性进行分析【1 1 。 ( 2 ) 船舶定线制规划设计考虑因素的选择与分析 结合日照港有关政策、相关法律法规以及政府开发资源的权利和习惯做法 等，考虑邻近水域内现有的交通流形式，包括沿岸交通流、穿越交通流、军事 禁航区和锚地等、港口或沿岸设施发展可能引起的交通流形式的变化、水域内 渔场及水产养殖区的存在、水域内现有沿海勘探或海底开发活动及未来可能的 发展情况、水域内现有助航标志、水道测量和海图资料的充分性、主要气象水 文等情况、水域内现有环境情况和可预见的发展情况等相关要素，将从航迹分 布、交通密度、船舶会遇、航路改变、航路水深、助航设施、碍航物情况、渔 船的活动、事故分布等几个方面对船舶定线制规划方案的制定加以研究。 ( 3 ) 船舶定线制方案设计 船舶定线制方案设计主要包括定线制实施区域的确定、定线制类型及相关 尺度的确定及对比等。 ( 4 ) 船舶航路优化理论评价模型 通过航路优化评价方法及评价模型的综述分析，引入船舶定线制，并对船 舶定线制航路优化评价模型：a h p 模型、a r i m a 时间序列预测模型及干扰分析 预测模型进行研究。 ( 5 ) 日照港水域船舶定线制效果预测 通过日照港水域通航环境数据拟合，对日照港船舶定线制干扰模型进行分 析，预测日照港实施船舶定线制进行航路优化的效果。 2 武汉理工大学硕士学位论文 2 主要研究方法和技术路线 对于日照港附近水域通航环境现状的分析，主要采用现场调研、现场观测、 资料统计分析、专家咨询等方法来开展。对于船舶定线制方案部分，主要根据 相关的法律法规、规范和航海习惯、航海通常做法以及日照港港区水域的通航 环境状况，采用理论分析、理论计算的方法来开展。具体的技术路线为： ( 1 ) 调查日照港附近水域的水文、气象和通航环境现状等情况； ( 2 ) 调查、分析近年的水上交通事故、险情及船舶流量情况，运用数学模 型评价水域的通航现状及未来发展趋势； ( 3 ) 结合代表船型，运用排队论等理论和数学模拟等方法对日照港附近水 域通航环境进行综合评价； ( 4 ) 对在日照港附近水域实施船舶定线制的必要性和可行性进行分析评 估； ( 5 ) 分析对航路影响较大的不利因素，建立定线制航路优化评价模型，提 出最优化的定线制方案及船舶通航安全管理措施； ( 6 ) 对日照港水域船舶定线制的实旌效果进行预测分析 采取的技术路线具体流程图如下图所示。 图1 2 1 采取的技术路线图 3 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 国内外研究现状分析 1 3 1 国外船舶定线制相关研究现状及发展水平 在过去上千年的航海实践中，船舶的航行路线都是由船长自行确定的。为 防止船舶在雾中碰撞，1 8 5 9 年世界上实行了第一个分道通航制，1 8 7 5 年又采用 了躲避浮冰的船舶定线制。 根据记载，现代的分道通航制基本是从1 9 5 6 年开始，其倡导者为西班牙的 g a r c i a - f i - i a s ，他在1 9 5 6 年提出在直布罗陀海峡及其附近水域建立由通航分道和 分隔带组成的现代分道通航制，以便改善当地繁忙的水上交通环境。随后，法 国的罗宾臣、奥德和比利时的波尔等人也对分道通航制进行了进一步的研究和 试行。 1 9 6 1 年英、法、德三国的航海学会成立了一个联合工作小组，该小组的成 立目的在于专门研究水上交通繁忙、船舶事故多发的多佛尔海峡水域的船舶定 线制课题。1 9 6 7 年6 月1 日，多佛尔海峡分道通航制正式实施，成为当今世界 上第一个实施的现代船舶定线制，这项工作共经历了1 2 年的时间。其后，船舶 定线制在世界各地都逐步得到了推广发展，如博斯普鲁斯海峡、劳伦斯海峡等 这些繁忙的海域基本上都尝试建立了船舶定线制措旌。 目前，世界上生效的船舶定线制基本上是按照国际海事组织( i m o ) 的规范标 准设计的。为了更好地建立船舶定线制并充分发挥其作用，i m o 于19 8 5 年通过 了船舶定线制的一般规定，对世界各国建立和实施船舶定线制进行理论和实 践指导，标志着定线制的完整框架已经基本确立。后来，经过修订的s o l a s 公 约也对船舶定线制的有关问题做出了强制性的规定。目前，很多国家都在不断 加强在这方面的研究，近几年每年都有新的定线制和现有的定线制修正案提交 i m o 通过。截止2 0 1 0 年，国内外各类分道通航制、其他形式船舶定线制等已近 3 0 0 个。 目前分道通航制是船舶定线的主要最常用的形式。虽然i m o 船舶定线制 的一般规定对分道通航制的设计标准提出了原则性的要求和建议，但是在具 体设计时还涉及到一些关键的技术细节问题。现有分道通航制的实施实践也反 映出现行分道通航制中存在的部分问题，需要加以解决。近年来海上交通研究 中有关设计分道通航制的技术问题主要包括：分道通航制的长度、宽度、外界 限以及分道通航制的离岸距离等【1 埘。 4 武汉理工大学硕士学位论文 在i m o 讨论船舶定线制会议时c o c k e r o t t 认为，在海岬附近的分道通航制的 最外侧边界，应与相关的灯塔保持在1 5 - 2 0 n m i l e 的距离之内，p a t o n 则认为，分 道通航制适应设在离岸5 - 1 5 n m i l e 距离处。如何保证分道通航制的间断性和全程 性也是曾经研究的重要问题之一嘲。 在使用分道通航制的实践中发现，向岸一侧的边界线过去常用窄分隔带或 分隔线标示，将通航分道和沿岸通航区分开，贴近分隔制外界线航行尤其是交 通流方向相反的船舶极易在此形成对遇局面，反而很可能导致碰撞事故的发生。 考虑到这种危险的现实存在，l e w i s o n 建议这种边界的分隔带宽至少应为l n m i l e ； 如果当地水域有限，则宁可使分隔两个通航分道的分隔带窄一些或可考虑在边 界线上设置浮标。通航分道的宽度如何，涉及交通量、交通流密度、定位精度、 地理情况等因素1 7 - 9 。 英国的c u r t i s 是一位海上交通工程学者，他曾对通航分道中的追越问题进行 了深入的理论研究，提出了不良能见度时的最小安全追越距离( m s o d ) ，他提 出通航分道的宽度应该达到能使船舶在最小安全距离上进行追越1 8 。 英国的a b d e l g a l i l 在研究通航分道中在航船舶所需的安全水域时，以船舶 领域理论为基础提出了船舶之间的标准分隔的基本概念，他通过研究和实践提 出标准分隔的宽度可以作为确定通航分道宽度的一项基本依据f l o 】。 日本学者藤井认为建立船舶定线制是理顺水上交通的第一步，也是重要的 一环。在海上确定通航分道宽度的主要因素取决于定位精度。他针对在大海上 和沿海交通拥挤及操纵受限的水域提出了对通航分道宽度的设置建议【i l 】。以单船 在航道中安全航行来说，航道宽度应考虑操船幅度和船岸间距，以实行双向通 航或允许多船同时并排行驶的航道为例，则还要考虑船舶间距的数值因航道地 形、水文条件而异等因素。 1 3 2 国内船舶定线制相关研究现状及发展水平 邵哲平等利用厦门海事局v t s 中心的设备进行了连续3 天的水上交通流实 态观测，并对附近海域海上交通事故进行统计和时空规律分析，得到厦门湾附近 水域的船舶交通特点，提出了厦门湾附近水域船舶定线制的设计方案【1 6 1 。 翁跃宗等于2 0 0 3 年1 1 月8 日1 1 日利用海峡西岸四个岸基雷达站，实施连续 7 2h 的交通流观测，在利用雷达观测数据的处理与分析的基础上，分析船舶交通 数据特征，开发基于电子海图的交通数据处理与分析的软件工具，将可进行人工 5 武汉理工大学硕士学位论文 跟踪标绘的船舶回波作为船舶交通的统计对象，针对大范围、大数据量的观测数 据进行处理，采用分类显示航迹和交通流模型图形等方法：揭示台湾海峡主航道 的交通流模式。结合i m o 关于船舶定线的一般规定，规划和设计了台湾海峡 主航道船舶定线制，并对船舶定线制设计和规划中的一些技术问题进行了初步 探讨和研究【1 7 1 。 张锡海、曾涛等对曹妃甸水域如何进行航路优化进行了研究，提出了结合 分道通航制和警戒区的有机组合的船舶定线制形式【1 2 】。其中，定线制的长度由 船舶速度状况分析得出。沿岸航道宽度通过日本学者藤井、英国学者g o l d w e l l 的船舶领域概念等综合分析确定，进港航道宽度由国内海港总平面设计规范 得出。分隔带宽度则依据分隔带的最小宽度应不小于可用定位方法中相应定位 精度标准误差横向分量( 垂直于分隔带量取) 的3 倍。并对曹妃甸水域船舶交通安 全进行了相应的安全评价。 梁勤华研究了如何渤海海区的交通流进行规划，主要规划和推荐渤海海域 中西部的优化航路，他的主要研究结果是：在渤海西部水域，旌行分道通航制、 推荐航线和警戒区结合的定线制措施；在渤海中部水域，老铁山水道和秦皇岛 港之间施行推荐航路的船舶定线制措施；在东部水域，老铁山水道和营口港之 间施行推荐航路的船舶定线制措施；在长山水道海域，可以运用分道通航制的 船舶定线制措施【1 3 】。 刘敬贤等人在梁勤华对渤海海区规划航路的基础上，更加详细和深入的对 渤海海峡尤其是渤海海峡以东海域的船舶交通流形式进行了分析和研究，对该 海域船舶定线形式、船员习惯航路及相关通航环境的大量统计分析，深入分析了 该海域现有船舶定线制连接部分的类型、组合方式、尺度、位置等问题，提出 了连接该海域现存定线制的推荐方案【1 4 】。 山东海事局及武汉理工大学相关研究人员于2 0 0 8 年至2 0 1 0 年间，对山东 沿海的公共航路和避风锚地问题进行了调查分析和研究，并提出了山东沿海公 共航路和避风锚地的推荐方案，并最终由海事部门发布实施。该课题组充分利 用山东沿海原有的船舶定线制形式、有关航海图书资料中涉及的习惯航法、调 研船员习惯航法等，将相关航路连接成网，并充分利用了山东沿海的a i s 网路， 掌握对山东沿海海船船舶的航行规律，并进行深入研究和分析，提出相关航路 方案【15 1 。 可以说，船舶定线制在船舶交通较拥挤水域的实施，有效地分隔了相反的 船舶交通流，大大减少船舶碰撞事故的发生，对提高实施水域的船舶航行安全 6 武汉理工大学硕士学位论文 水平，提高船舶交通效率等方面发挥了重要的作用。 1 3 3 国内外a r j m a 及其干预分析模型研究现状及应用 a r i m a 模型( a u t o r e g r e s s i v ei n t e g r a t e dm o v i n ga v e r a g em o d e l ) 的全称为自回 归综合移动平均模型，是由美国的b o x 和j e n k i n s 在2 0 世纪7 0 年代初提出的一 种时间序列预测方法，所以这一模型又称为b o x - j e n k i n s 模型，或者b j 预测模 型。其中a r 是自回归，p 为自回归项，m a 为移动平均，q 为移动平均项数，d 为为保证时间序列达到平稳状态时的差分次数【l 9 1 。 时间序列a r i m a 预测模型以随机理论为基础，数学模型理论严谨、简单结 构，易于理解、方便普遍推广使用、模型设计速度快捷、预测结果精度高，较 适合现实生活和经济生产中各类随机性强的时间序列的分析和预测。a r i m a 预 测保留了传统预测方法的诸多优点，解决了非平稳时间序列的处理问题，但还 存在着非平稳序列分析效果差、多步预测误差较大、缺乏系统的软件实现等问 题。 而干扰分析模型( i n t e r v e ：n s i o na n a l y s i sm o d e l ) 是时间序列a r i m a 模型的 一种细化和拓展研究，a r i m a 干扰分析模型的研究也始于美国威斯康辛大学的 b o x 教授，上世纪7 0 年代b o x 与t i a o 教授共同发表了一篇经济与环境问题的 干预预分析及应用的文章，被多次应用去描绘经济政策的变化或突发事件给 经济带来的影响作定量分析【2 1 - 2 2 1 。 a r i m a 预测模型及其干预模型已经发展的比较完善，并被广泛的应用于各 种领域，在经济统计、医药卫生、生物生态、水文气象、交通运输等都有这方 面的研究。现代统计方法、计量经济模型在某种程度上已经能够帮助企业对未 来进行预测【2 3 1 。 冯文权在干预分析模型及其应用一文详细的介绍干预分析模型的基本 概念、模型识别以及应用等方面的基本方法，供广大预测工作者研究和应用参 考【2 4 】冯文权，蔡基栋等讨论了干预分析模型及其应用，对政策干预施加于经济 活动的影响提出了几种侧算方法，并具体分析了经济体制改革对工业的干预及 其给经济带来的影响，从定量分析的角度来评估政策干预或突发事件对经济环 境和经济过程的具体影响【2 5 1 张利以a r i m a 模型为基础，结合j a v a 语言、s t r u t s 、h i b e r n a t e 、s p r i n g 等 技术，提出了n a r i m a 时间序列分析方法，拟解决非平稳序列分析效果差、多 7 武汉理工大学硕士学位论文 步预测误差较大、缺乏系统的软件实现等问题 2 6 1 。 陈蓉基于预测模型的理论分析，设计了话务量预测模型的框架，研究a r m a 模型、b p 神经网络和s v m 回归模型的建模理论，比较各种模型的优劣，探讨 各种模型的预测效果和性能，通过实验仿真评估不同模型的预测性能，得出s v m 预测模型的预测误差最小，a r m a 模型的预测误差略高于s v m ，b p 模型的预 测效果最差，而s v m 的预测速度比a r m a 预测要快的结论1 2 7 。 孙雪利用时间序列分析理论建立了a r i m a 模型，对2 0 0 0 至2 0 0 8 年的进出 口贸易额进行了有效分析，依据历史数据验证模型的正确性，研究我国进出口总 额变化的总体趋势和基本特征，给出了预测我国进出口总额的一种有效方法【2 8 1 。 张小斐，田金芳在对我国国内生产总值数据研究的基础上，应用面向短时序 数据的平滑a r i m a 分析模型，并通过计算机软件实现，通过与灰色模型预测结果 进行了对比【2 9 1 。同时还充分考虑当外界干预事件存在时，人口发展结构模型的变 化，应用干预分析模型建立新的长期预测，并进行了实证分析验证，为人口决策 提供了一种科学的量化预测分析方、法f 姗。 杨楠，刑力聪在时间序列分析的基础上，对于房地产价格指数序列加入一 些干预变量的影响，尝试确立合适的干预分析模型，定量描述这一“干预效应”， 并对房价指数序列进行预测【5 引。 周忠彬等依据某医院2 0 0 0 年1 月到2 0 0 7 年5 月月门诊量数据，分析其时间 序列变化的趋势，分别应用a r i m a 非干预模型和干预模型对其进行预测分析和 研究：+ 结果表明该时间序列具有明显季节性变化兼具有增长趋势，a r i m a 干预。 模型预测值较非干预模型预测值更接近实际值，表明在原始数据变化趋势复杂， 影响因素较多时，应用a r i m a 干预模型进行预测更能得出符合实际情况的预测 效果【3 2 1 。 黄彦等利用s a s 程序实现a r i m a 模型的建立、识别、应用，探讨a r i m a 预测模型在季节性时间序列资料分析中的应用，采用条件最小二乘方法估计模 型参数，依据a i c 和s b c 判断准则来确定阶数，确定最终的a r i m a 预测模型， 应用a r i m a 预测模型对甲型肝炎月发病率进行分析预测【3 3 1 。 景崇毅等针对民航运量数据提出对主体a r i m a 模型的残差序列进行二次 建模，以便修正原模型的精度系数和适应性能，引入遗传进化因子来估计二次 建模的参数，利用一个典型的民航运量时间序列进行建模仿真研究，仿真结果 表明该方法合理更为有效，更能够减小模型的预测误差和增进改善该模型的适 应性【3 4 1 。 8 武汉理工大学硕士学位论文 李佳萌，曾涛等利用a r i m a 理论，建立天津港交通量的时间序列预测模型， 对数据进行平稳化后，通过s a s 8 2 软件，拟合a r i m a 模型，对天津港进出港交通 流量进行预测分析和应用。结果显示，模型中各参数均有统计学意义，且通过残差 序列白噪声检验【3 5 1 。 1 4 论文组织结构 共分为五章： 第l 章为绪论。主要阐述了论文研究的目的意义、研究内容及方法、国内 外相关方面的研究现状、论文的组织结构布置等； 第2 章是对日照港附近海域交通环境状况的调查统计和分析。包括自然环 境状况概述、港口通航环境要素统计和分析、港区水上交通事故统计及特征分 析以及附近海域的船舶交通流调查和统计分析； 第3 章是日照港附近海域船舶定线制方案设计及评价。主要包括船舶定线 制理论的研究和概述，依据国际国内法规及专家问卷调查进行实施船舶定线制 的必要性及可行性分析的研究，根据港区通航形势及海域交通流轨迹、事故时 空分布规律、港区现状及规划状况，提出日照港和岚山港海域的船舶定线制方 案，并根据层次分析法理论模型对各对比方案进行评价，最终确定要采取的定 线制形式。 第4 章是该海域实施船舶定线制的效果预测分析。时间序列模型的理论概 述，尤其是a r i m a 预测模型的理论研究及干预分析模型的理论研究，运用 a r i m a 预测模型进行数据拟合分析，应用干预理论模型对实施措施前后进行数 据拟合和预测，并对实施效果进行评价。 第5 章是结论与展望。 9 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章日照港附近海域交通环境状况调查 为了规划船舶定线制，首先应该对日照港附近海域交通环境状况进行调查 研究，分析通航环境敏感要素的影响，对日照港附近海域的整体通航环境进行 综合评估。 本章将包括以下内容，一是介绍日照港和岚山港的气象、水文、地质地貌 等自然环境概况，二是调研和统计港区的现状及规划，主要包括码头泊位、航 道、锚地、助航系统以及其他通航敏感要素的统计，三是调研日照港区港口吞 吐量、船舶交通流量以及水上交通事故的静态数据统计及特征分析，更为重要 的是为了给后续研究提供研究依据和基础，依托a i s 系统为进行海上交通实态 观测和数据时空分布规律统计分析。 2 1 自然环境概况 2 1 1 气象 1 气温概况 该港区年气温比较温和，年平均气温1 2 7 ，极端最高气温为3 7 5 c ，极 端最低气温为1 3 7 。 2 ：降水概况 。1 。 该地区降水有明显的季节性变化特征，降水大多集中在每年的6 、7 、8 三 个月，其降水量占全年降水量的5 7 5 9 。 年平均降水量为8 1 4 1 m m ，降水量的年际变化很大，最大达到1 4 2 6 1 m m ( 1 9 6 4 年) ，最小仅有5 0 4 2 m m ( 1 9 5 5 年) ，变幅达9 2 2 1 m m 。日最大降水量为 1 7 3 2 m m ( 1 9 6 7 8 1 6 ) 。 3 风况 本海域全年各向风频率相对比较均匀。常风向为n 向，频率9 1 ；次常风 向n n e 向，频率7 9 。强风向为w s w ，实测最大风速2 1 9 m $ ，发生在1 9 7 6 年7 月，历年平均风速为4 2 9 m s ，多年平均大于等于6 级风的日数为4 6 d a ，多 年平均大于等于8 级风的日数为1 6 2 d a 。 4 雾 本海域多年平均雾r 数为3 0 3 d 。一般雾日连续出现2 - 一3 d ，最长达9 d 。 l o 武汉理工大学硕士学位论文 5 灾害性天气 自1 9 6 0 年以来，影响石臼港区的台风约9 0 个，年均为2 4 个。导致该海域 出现邳级风的台风，共出现3 4 个，占3 8 ，其中1 8 次出现7 级风。台风影响 本港区的最大风速是2 3 m s ( 9 2 1 6 台风) 次者是2 1 m s ( 7 4 1 2 台风) 。 2 1 2 水文 1 潮汐 港区属规则半日潮。以石臼港区理论最低潮面起算：平均海平面2 7 3 m ， 平均潮差3 0 2 m ，平均高潮位4 2 2 m ，平均低潮位1 2 2 m ，最大潮差4 9 0 m 。 2 波浪 日照港区海域波浪主要是以风浪为主的混合浪。波高( h 4 ) 超过3 0 m 的 大浪以台风过程引起的居多，其波向绝大部分为偏东向。涌浪主要出现在夏秋 季节，主要以东向涌浪为主。 3 海流 日照港区海域潮流性质分别属规则半日潮和不规则半日潮流，岚山港潮流 性质属正规半日潮流。日照海域潮流以半日潮流居主导地位，潮流的往复性质 极为显著，且呈逆时针方向旋转。 2 1 3 地质地貌 日照港在大地构造上处新华夏系第二隆起带鲁东地盾的胶南隆起区。区内 基岩广泛出露，其岩性主要是燕山晚期花岗岩( 似斑状花岗闪长岩) 和元古界 变质岩系。由于长期处于剥蚀环境，缺失古、中生界，第四系不发育。区域构 造线方向主要是n e 和近e w 。 港区在地貌上属鲁中南低山丘陵的东翼，岸线总的呈北东一南西走向，整 个岸段为较平直的岬湾相问的基岩砂质海岸。沿岸广泛发育绝对高程1 0 - - 一2 0 m 的准平原化剥蚀面，形成平坦的陆域条件。剥蚀面向湾缓倾，凸入海中的形成 岬角和礁滩。岬角与岬角之间为砂砾质浅湾，多有凹进的沙坝和泻湖发育，并 见有绝对高程5 m 左右由中细砂组成的海积阶地。近岸水深条件较好，潮滩较窄， 底质为砂砾；水下岸坡较陡，深水近岸，底质为泥，淤泥层较薄；基岩埋藏较 浅，加之区内砂石料丰富，故易于填筑。区内无大河入海，沿岸沙坝和泻湖是 全新世中期的产物。现河流和面状水流入海泥沙很有限，沿岸无大量泥沙过境， 武汉理工大学硕士学位论文 岸线和岸坡稳定，泥沙淤积甚，傲【3 7 1 。 石臼、岚山港区及附近断裂构造不发育，没有发生破坏性地震的构造背景。 2 2 港口概况 2 2 1 港区现状及规划 日照港位于山东半岛南翼黄海之滨，现有石臼港区( 已更名为日照港) 和 岚山港区。石臼港区在日照市老城区东南1 0 k i n 的石臼街道办事处，地理坐标 3 5 0 2 37 0 0 ，n ，1 1 9 0 3 37 0 0 ”e ；岚山港区位于黄海海洲湾北岸，地处日照市岚山区 佛手湾，地理坐标3 5 0 0 5 3 5 ”n ，1 1 9 0 2 2 1 7 e 。 日照港是我国沿海主枢纽港，以装卸矿砂、煤炭、水泥、散粮、木片、集 装箱为主的综合性港口。2 0 1 0 年，日照港货物吞吐量突破2 2 亿吨，位居全国 第八位。日照港现有各类生产性泊位4 8 个，其中：石臼港区3 3 个，岚山港区 1 5 个，最大泊位吨级为3 0 万吨。石臼港区有四个作业区，其中东作业区由原石 臼港的大宗散货区和日照港东港区组成，北作业区为原日照港中港区，西作业 区为原日照西港区，南作业区为新规划作业区，在西作业区的西南侧。岚山港 区有南、中、北三个作业区，其中北作业区为新规划作业区。 为了更充分的发挥日照港的区位及资源优势，2